一.   系統簡(jiǎn)介：

    在我國遼闊的地域上，廣泛分布著(zhù)數以萬(wàn)計的氣象自動(dòng)監測站，由于其中很多應用與人煙稀少的地區，所以自動(dòng)站很多為無(wú)人職守的。這就要求系統有很高的可靠性和性能指標。以前這一領(lǐng)域一直被澳大利亞和德國產(chǎn)品所占有，其產(chǎn)品多由單片機開(kāi)發(fā)，完成一些特定功能。由于長(cháng)期的使用，所以此類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)已非常成熟，使用很可靠。但其價(jià)格很高，是我們產(chǎn)品的2-3倍。而且靈活性遠不如我們的產(chǎn)品。利用研華生產(chǎn)的ADAM-5510作為數據采集控制器，將所在地域的氣象數據進(jìn)行采集，計算，保存，同時(shí)使用Modem通過(guò)電話(huà)網(wǎng)將數據傳送給上位機。由于A(yíng)DAM-5510本身是一臺“計算機” ，所以數據的采集，計算，保存和上傳都通過(guò)ADAM-5510來(lái)完成。

二、解決方案及系統架構：

1、 ADAM-5510的特性

    研華PC-Based 可編程控制器ADAM-5510采用開(kāi)放的PC架構，不僅容易編寫(xiě)控制邏輯，而且容易與PC系統連接。ADAM-5510內置80188CPU和ROM-DOS操作系統。提供512KB FLASH ROM、512KB SRAM用于用戶(hù)程序下裝、系統操作和數據存儲。ADAM-5510具有兩個(gè)串行口用于與其他設備通訊，另有一個(gè)程序口用于下載和調試程序。

ADAM-5510的高品質(zhì)特性和合理的價(jià)格是河海大學(xué)環(huán)境監測管理信息系統佳構的重要原因。概括如下：

    1、  體積小、接線(xiàn)方便、結構緊湊、價(jià)格便宜，克服了計算機體積大、接線(xiàn)不便、價(jià)格高等缺點(diǎn)；

    2、  編程靈活，有幾千的數學(xué)運算功能，克服了小型PLC數學(xué)運算功能差的缺點(diǎn)。與傳統的PLC相比，ADAM-5510具有較多的數據存儲區域，彈性的可編程能力及通訊庫的支持；

    3、通訊接口多樣，易于實(shí)現各類(lèi)遠程、近程通訊。ADAM-5510具有兩個(gè)串行口，COM1指定為RS-232方式，COM2口指定為RS-485方式。ADAM-5510可通過(guò)MODEM實(shí)現遠程控制。

2、 設計背景與功能要求

    希望使用性?xún)r(jià)比更高的產(chǎn)品來(lái)代替現有的設備，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調研選中了研華公司的ADAM-5510基于PC的可編程控制器?，F將使用要求和實(shí)現方法做一說(shuō)明。

氣象行業(yè)對氣象數據采集器有許多嚴格的產(chǎn)品技術(shù)指標要求和對環(huán)境的苛刻要求：

    1.   高可靠性，平均無(wú)故障時(shí)間>3000小時(shí)，平均使用壽命5年；

    2.   能夠離線(xiàn)單獨工作；

    3.   采集精度達到國家氣象局的要求；

    4.   功耗低，在市電停電、電池供電的情況下，能工作三天；

    5.   足夠大的存儲器，能保存三個(gè)月的數據；

    6.   靈活的通訊方式，便于數據傳輸；

    7.   組網(wǎng)方便；

    8.   精度要求高(電壓0.1%)；

    9.   信號種類(lèi)繁多(數字量、電壓、電阻、頻率、計數器等)；

    10.   數據采集器能過(guò)濾原始數據；

    11.   能對數據進(jìn)行線(xiàn)性化和定標；

    本次選用Advantech的ADAM-5510作為氣象數據采集器是在綜合了ADAM-5510自身優(yōu)缺點(diǎn)和氣象數據采集器的具體要求的基礎上進(jìn)行的一次大膽嘗試。

3、系統構成

    本次開(kāi)發(fā)的數據采集器是作為或6要素（溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、降雨）或單元素（雨量計）自動(dòng)站的核心部分，采集器的性能、穩定性將關(guān)系到整個(gè)自動(dòng)站的的性能和穩定性，因此我們結合自動(dòng)站的要求和現場(chǎng)傳感器的實(shí)際情況在這兩個(gè)方面進(jìn)行了有針對性的加強，在硬件條件已基本確定的情況下，在編程上使用一些措施以彌補硬件的不足和滿(mǎn)足自動(dòng)站的要求。

本次使用的傳感器類(lèi)型、型號、信號類(lèi)型如下：

對采集器的初步要求如下：
1．按照氣象系統的觀(guān)測要求定時(shí)采集數據：

2．對采樣數據進(jìn)行處理：

    a．對溫度值按氣象行業(yè)的要求進(jìn)行修正，對修正值進(jìn)行等權算術(shù)平均，以備用；

    b．對濕度電壓值進(jìn)行修正，根據溫度值計算出相對濕度(注：此項工作目前只有中國氣象科學(xué)院有條件完成)，并對濕度值進(jìn)行等權算術(shù)平均；

    c．鑒于氣壓傳感器的特殊情況，該項暫保留；

    d．將8位格雷碼換算成0-360o的角度，對風(fēng)向進(jìn)行2分鐘和10分鐘滑動(dòng)平均，保留滑動(dòng)平均值；

    e．將風(fēng)速傳感器的頻率值換算成速度值，對風(fēng)速進(jìn)行2分鐘和10分鐘滑動(dòng)平均，保留滑動(dòng)平均值；

    f．將降雨的計數器值換算成降雨雨強，對結果進(jìn)行等權算術(shù)平均，保留每小時(shí)降雨量和每24小時(shí)降雨量；

3．按氣象行業(yè)的格式要求保存以下數據3個(gè)月：

    a.   每天正點(diǎn)前4分鐘的實(shí)時(shí)數據(除風(fēng)向、風(fēng)速外)；

    b.   每天正點(diǎn)前4分鐘風(fēng)向、風(fēng)速10分鐘滑動(dòng)平均值；

4．將采樣數據通過(guò)RS-232或Modem實(shí)時(shí)上傳至上位機；

5．按時(shí)或根據上位機的指令將保存的數據通過(guò)RS-232或Modem上傳至上位機；

根據上述氣象行業(yè)對數據采集器的要求硬件使用了ADAM-5000系列的數據采集模板：

軟件部分根據氣象行業(yè)的特殊要求結合ADAM-5510的自身特點(diǎn)進(jìn)行相應的算法改進(jìn)和優(yōu)化：

    1．對于溫度值根據PT100鉑電阻的非線(xiàn)性特性對其進(jìn)行嚴格的線(xiàn)性化，以使溫度值的的精度達到要求的0.1℃；

    2．相對濕度是一個(gè)較為復雜的值，和溫度、氣壓密切相關(guān)，受條件限制，現只將電壓值上傳，留待上位機處理；

    3．氣壓暫保留；

    4．風(fēng)向的值是8位格雷碼，且無(wú)規律可循，因此使用了一個(gè)400多行語(yǔ)句去求得風(fēng)向值；

    5．風(fēng)速和頻率為線(xiàn)性關(guān)系；

    6．降雨量和計數值之間為線(xiàn)性關(guān)系，但5080只能為頻率模式或計數器模式，

三、結論

    基于A(yíng)DAM-5510的氣象數據采集系統是惡劣環(huán)境下可靠工作而專(zhuān)門(mén)設計的緊湊型、智能化現場(chǎng)信息采集單元，特別適合于采樣及控制點(diǎn)分散，與主機距離教員的數據采集及控制場(chǎng)合。系統配置靈活簡(jiǎn)單，輸入輸出模塊全部為隔離保護方式，內部具有看門(mén)狗電路，大大的提高了系統的可靠性，應用系統開(kāi)發(fā)周期短。解決了氣象行業(yè)多年來(lái)人工記錄的難題。