新型自动气象（气候）站功能规格书 - 图文(3)

10cm、15cm、20cm、40cm、80cm、160cm、320cm） 土壤水分观测 5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、100cm、180cm等层次 表层海水温度、海盐、海表波高、海表流速流向、水质、浮标方向 温湿度、地下水位、积雪、电线积冰、闪电频率 1 1 1 1 1 1 12 （差分电压） 海洋气象观测 智能传感器观测 分采集器应具备监测电路，包括： ? 主板温度测量； ? 主板电源测量。

分采集器应具备指示灯，包括： ? 系统运行指示灯； ? CANopen 操作指示灯； ? CANopen 错误指示灯；

? 分采集器应提供在线编程接口：RS 232。

分采集器能够监测自身的工作状态，至少包括以下内容： a) 主板温度； b) 工作电压； c) 传感器状态。

在不更改任何硬件设备的前提下，可以通过本地终端对分采集器嵌入式软件进行版本升级。

2.2.3 温湿分采

温湿分采由硬件和嵌入式软件组成。硬件包含高性能的嵌入式处理器、高精度的 A/D 电路、参数存储器、传感器接口、CAN总线接口、RS232通信接口、监测电路、指示灯。

温湿分采的选取还应满足下列要求：

a) 应综合考虑速度、功耗、环境要求，具有内置的 Watchdog 功能； b) 应选择 16 位以上的 A/D 转换电路，以满足传感器的测量要求； c) 参数存储器应为非易失性的，容量应满足数据存储的要求。

温湿分采负责气温和湿度（百叶箱）的测量，在工作状态对挂接的传感器按预定的采样频率进行扫描，收到主采集器发送的同步信号后，将获得的采样数据通过总线发送给主采集器。其基本配置要求见表4。

表4 温湿分采基本配置

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接口数（个） 智能传感器 温湿 至少可挂接传感器 气温（1支）、湿度（1支） CAN总线 RS232 1 1 测量通道（个） 并行数频率计模拟量 字量 数量 2 温湿分采应具备监测电路，包括主板电源测量。 温湿分采应具备指示灯，包括： a) 系统运行指示灯； b) CANopen 错误指示灯； c) 应提供在线编程接口：RS 232。

温湿分采应能够监测自身的工作状态，至少包括以下内容： a) 工作电压； b) 传感器状态。

在不更改任何硬件设备的前提下，可以通过本地终端对温湿分采嵌入式软件进行版本升级和测量参数订正。 2.3 总线

主采集器和分采集器或部分智能传感器之间采用CAN总线方式实现双工通信。 总线标准为ISO-11898，物理介质可以为双绞线、光纤等。CAN 总线的特性如下： a) 支持多主方式，可以实现系统冗余或热备份；

b) 可靠的错误处理和检错机制，错误严重的节点可自动关闭输出，发送的信息遭到破

坏后可自动重发，网络具备很高的可靠性；

c) 非破坏总线仲裁，允许多个节点同时发送信息，极高的总线利用率； d) 可实现点对点、一点对多点及全局广播， 无需专门的“调度”； e) 直接通信距离最远达10 km（速率5 kbps）；

f) 最高通信速率可达1Mbps（此时通信距离最远40m）； g) 通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，抗干扰能力强；

h) 规定了数据链路层通信协议，且完全由硬件实现，设计人员无需再为此开发相关软

件（Software）或固件（Firmware）；

i) CAN总线具有较高的性价比――结构简单、器件容易购置且价格便宜、开发技术

容易掌握。

2.4 传感器

自动气象站使用的传感器，根据输出信号的特点，可分三类： a) 模拟传感器：输出模拟量信号的传感器；

b) 数字传感器：输出数字量（含脉冲和频率）信号的传感器；

c) 智能传感器：一种带有嵌入式处理器的传感器，具有基本的数据采集和处理功能，

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可以输出并行或串行数据信号。

模拟传感器、数字传感器、智能传感器连接到主采集器或分采集器，符合自动气象站总线接口的智能传感器可以直接挂在总线上作分采集器使用。

传感器的种类和数量根据实际需要测量的要素确定。 2.5 外围设备 2.5.1 电源

电源是组成自动气象站的外围设备之一。

12V直流电压是采集器的基本工作电压，采集器中其他直流工作电压应由此转换而成，该电压由蓄电池提供，需另外配置辅助电源（太阳能、风能）对蓄电池充电。 2.5.2 微机

即微型计算机，常用作采集器的终端实现对采集器的监控、数据处理和存储，按照业务规范完成地面气象观测业务。 2.5.3 通信接口

主采集器应配置RS 485接口，支持本地通信。

应配置以太网接口（RJ 45），以备接入本地局域网，可用于现场诊断维护或者是接入局域网提供WEB服务控制台。

应配置RS 232接口，以备挂接GPS授时模块和通信模块（无线或光电转换器），进行数据传输、现场测试或软件升级。 2.5.4 外存储器

采集器应具备通过外扩存储器（卡）的方式扩大本地数据存储能力，并将采集数据以文件方式进行存储。 2.6 软件

2.6.1 嵌入式软件

主/分采集器中运行的软件称嵌入式软件，由嵌入式操作系统和应用软件组成。嵌入式操作系统应选择实时性高、性价比好、稳定可靠的多任务实时操作系统（linux /μcos）。

在主采集器中，嵌入式软件建立在实时多任务操作系统的基础上，主要功能是： a) 实现CANopen主站协议，包括 NMT 管理、心跳消息检测、同步信号发送、PDO 发送和接收、SDO 服务、TimeStamp 发送；

b) 主采集器要在内部存储器和外部存储卡上实现 FAT 文件系统，存储数据文件、参数文件、配置文件、日志文件等；

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c) 主采集器应具备 GPS 自动对时功能，保证时间误差不大于1s，GPS对时功能失效时应提供报警功能；

d) 应实现基本的数据采集、数据处理、数据存储和数据传输功能；

e) 建立Web控制台（Web Console），实现远程参数的设置、数据监视、数据文件下载、主采集器复位等功能。

分采集器的软件要实现 CANopen 从站协议，包括接受 NMT 管理、同步信号接收、心跳消息服务、PDO 发送、SDO 服务、TimeStamp 接收，实现数据采集，包括：

a) 对传感器按预定的采样频率进行扫描和将获得的电信号转换成微控制器可读信号，得到气象变量测量值序列；

b) 对气象变量测量值进行转换，使传感器输出的电信号转换成气象单位量，得到采样瞬时值。

通过 CANopen 协议将采样数据发送到 CAN 总线。 2.6.2 业务软件

业务软件是安装在自动气象站微机中的应用软件，其主要功能：

a) 实现对主采集器参数设置、数据采集、各种报警和自动气象站运行监控； b) 实现自动气象站数据的实时上传；

c) 从采集器或外存储器读取数据或数据文件形成规定的采集数据文件； d) 实现对采集数据文件内容的查询、检索； e) 实现数据质量控制； f) 生成基本分析加工产品； g) 完成地面气象观测业务。

业务软件另行编制，本功能规格书仅规定监控功能和命令格式，见附录2。

3 总线物理接口及应用层协议

3.1 物理接口

新型自动气象（气候）站的总线物理接口采用 CAN 总线接口，ISO 11892-2 对此进行了详细规定，网络结构如图4所示。

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图4 CAN总线网络结构

3.2 连接器

连接器采用 CiA DR-303-1的工业级连接器中的开放形式连接器针脚标准，其结构如图5所示，针脚接线描述见表5。

图5 连接器结构

表5 连接器接线描述

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