自动气象站信号模拟器通信系统的设计与实现

基 金 项 目 ： 苏 省 “ 大 人 才 高 峰 ” 目 、 苏 省 科 技 创 新 与 成 果 转 化 专 项 （ Ｅ ０ ８ ３ ） 江 苏 省 传 感 网 与 现 代 气 象 江 六 项 江 Ｂ ２０１９ 、
装 备 优 势 学 科 平 台 共 同资 助 ．
作 者 简 介 ： 炳 莹 （ ９ ６ ）女 ， 士 ． 余 １８ 一 ， 硕 主要 从 事 气 象 仪 器 物 探 测 量 仪 器 方 面 的研 究 ．
将测 量值 经 通信 通 道返 回给 上位 机 。上位 机 软件 将接 收 到 的测量 值 与模 拟 值 进 行 比较 分 析 ， 达 来 到对 数 据采 集 器 检 定 的 目的。在 此 过 程 中 ， 保 要
行接 口要 求 Ｅ Ａ 电 平 ， 者 通 过 ＭＡＸ ３ Ｉ 二 ２ ２电平
转换 芯 片实 现 。ＭＡＸ ３ ２ ２工 作 电压 为 ５ Ｖ， 需 不
了适 当 的通 信 方式和 通信 协议 ， 出 了硬 件抗 干扰 措 施 ， 介 绍 了以 Ｄｅ ｈ 语 言 为基 础 的上 提 并 ｌ ｉ ｐ
位机 通 信模块 设 计 。测试 与 实际应 用结 果表 明， 自动 气象 站 信 号模 拟 器 和上 位 机 之 间可 以可 靠、 定地 实现 通信 。该 通信 系统 在 自动化 控制 系统 和 智能仪 器仪 表 中具 有 良好 的应用 前景 。 稳
各个 采集 器 与传 感 器 的 内部 电路 不 同 ， 由于 供 电
系 统设 备接 地等 诸多 原 因使得 ２台设 备之 间 的地
总线 和串行 通 信 等 多 种 方 式 。调 查 发 现 ， 多 数 大 自动气 象 站及其 数 据采 集 器 、 分 气 象要 素 传 感 部 器 均带 有 串行通 信 模 块 ， 实 现 与计 算 机 的数 据 以 交换 【 。 目前 串行 通 信 接 口有 ＲＳ２ ２ ＲＳ４ ２ ３ 、 －２ 、
第 ３期
２ １ 年 ９月 ０１
气 象 水 文 海 洋 仪 器
Ｍ ｅ ｅ ｒ ｏｇ ｃ ｌ Ｈ ｙｄ ｏ ｏ ｃ ｌａቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ａ ｉ ｅ Ｉ ｔ ｕ ｅ ｓ ｔ ０ ０ｌ ｉ ａ ， ｒ ｌ ｇｉａ ｎｄ Ｍ ｒｎ ｎｓ ｒ ｍ ｎｔ
ＮＯ ３ ．
Ｓ ｐ２ １ ｅ ． ０１
自动 气 象 站 信 号 模 拟 器 通 信 系统 的设 计 与 实 现
・
５ ８・
气 象 水 文 海 洋 仪 器 在整 个 系统 中起 到 了桥梁 的作 用 。
作 深 度 开展 的原 因之 一ｌ 。
新 近研制 的 自动 气象 站信 号模 拟 器就 是 一款
专 门为检 定 自动 气象 站数 据采 集器 和检测 气 象要
素传 感 器工作 状 态而 设计 的高性 能仪 器 。整个 系 统 主要 由传感 器 模 拟 信 号 产 生 子 系 统 、 象 要 素 气 传感 器 检测 子系 统 和运行 在 计算 上 的上 位机 管理 软件 组 成 。其 中传感 器模 拟 信号 产 生子 系统 用 于 产 生 自动气 象站 中各 传 感 器 的 模 拟 电 信 号 （ 括 包 温度 、 湿度 、 辐射 、 蒸发 、 气压 等 ） 将 该标 准传 感 器 ， 模 拟信 号 接入 待检 采集 器 ， 现对采 集 器 的检定 。 实
图 １ 系 统 总 体 框 图
２ ２ 串 口 通 信 模 块 硬 件 设 计 ．
２ ２ １ 电 平 转 换 接 口设 计 ． ．
传 感器 检测 子 系统 ， 于接 收传 感器 电信号 ， 致 用 大
判 定传 感 器工 作状 态 。上 位机 管理 软 件是 配套 的 具 有 良好 人机 交互 功 能 、 线 升级 、 在 测评 结果 分 析
关键 词 ： 自动气 象站 ； 号模 拟器 ； 信 串行 通讯 ； ｌｈ ； Ｃ ｍｍ Ｄｅｐ ｉＭＳ ｏ 中图分 类号 ： Ｐ ６ ． Ｔ ３８ １ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ６０ ９ ２ １ ） ３０ ５ －４ １ ０ —０ Ｘ（０ １ ０ — ０ ７０
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｍ ｐ ｅ ｅ ａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｍ ｕ ｃ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｎ ａ ｏ ａ ｉ ｓ ｇ ｎｄ ｉ ｌ ｍ ｎｔ ｔｏ ｆｃ ｍ ｎｉ ａ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ ｉ ｕｔ ｍ ｔｃ ｗｅ ｔ ｅ ｔ ｔｏ ｉ ｎ ｌｓｍ ｕ ａ ｏ ａ ｈ ｒ ｓ ａ ｉ ｎ ｓｇ ａ ｉ ｌ ｔ ｒ
串行 异步 通信 协议 ＵＡＲ 或 同 步通 信 协 议 Ｓ Ｉ Ｔ Ｐ。
本 系 统 中 应 用 的 是 ＵＡ ＲＴ 模 式 ｊ 。ＭＳ ４ ０单 Ｐ３ 片 机采用 的是 Ｔ ＴＬ 电平 ， ］ 上位 机 的 Ｒ 一３ Ｓ２ ２串
机之 间 都需 要进 行数 据通 信 。上 位机 将控 制信 号 经通 信通 道 发送 给 模 拟 器 ， 拟器 产 生 所 需 的模 模 拟 电信 号并 输 出送 给采集 器 ； 采集 器 采集 数据 后 ，
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓａ ｔｃ ｅ ｄ ｓ ｒｂ ｓ ｔ ｅ ｓｇ ｉｉａ ｃ ｆｃ ｍｍ ｕ ｉａ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ ａ ｐ ｉｄ ｉ ｕ ｏ ａ ｉ ａ ｈ ｒ ｓ ｒ ｃ ： ｉ ｒ ｉｌ ｅ ｃ ｉ ｅ ｈ ｉ ｎ ｆｃ ｎ ｅ ｏ ｏ ｎ ｃ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｐ ｌ ｎ ａ ｔ ｍ ｔｃ ｗｅ ｔ ｅ ｅ
Ｍｅｅ ｒ ｌｇ ｃ ｌＳ ｎ ｏ ｔ ｒ ｔｏ ｏｏ ｉａ ｅ ｓｒ Ｎｅｗｏ ｋ，Ｎａ ｊ ｎ ２ ０ ４ ｎ ｉｇ １ ０ ４；２ Ｎａ ｊ ｎ ｉｅ ｓｔ ｏ Ｉ ｆ ｒ ｔｏ Ｓ ｉｎ ｅ ＆ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ， ． ｎ ｉｇ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｆ ｎ ｏ ｍａ ｉｎ ｃｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ Ｅｌｃｒｎ ｃａ ｄ Ｊ ｆ ｒ ｔ ｎＥｎ ｉ ｅｒｎ ｏ ｌｇ ｅｔｏ ｉ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉｇ Ｃ ｌｅ ｅ。Ｎａ ｊ ｎ １ ０ ４ ｏ ｎ ｉｇ ２ ０ ４ ）
Ｙ ｕ Ｂｉ ｙｉ ｇ ， ｎｇ Ｈ ｏ ｙａ ， ｕ Ｙ ｉ ｑ ｎ ， ｅ ｎｇ ｎ Ｘｉ ｎｇ ｎ Ｚｏ ｎｇ ｕａ Ｘｕ Ｗ ｉ’
（ ．Ｎａ ｊ ｎ ｎｖ ｒ ｉ ｆ Ｉ ｆ ｒ ａ ｉｎ Ｓ ｉｎ ｅ ＆Ｔ ｃ ｎ ｌｇ １ ｎ ｉｇ Ｕ ｉ ｅｓ ｙ ｏ ｎ ｏ ｍ ｔ ｃｅ ｃ ｔ ｏ ｅｈ ｏｏ ｙ， Ｊ ａ ｇ ｕ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｅ ｔ ｆ ｉ ｎ ｓ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇ ｎ ｅｉ Ｃ ｎｅ ｏ ｎ ｒ
响， 如温 度 的分 辨力 １ｍＤ， 大容 许误 差 ３ ，最 ０ｍＱ；
１ 通 信 方 式 的选 择
上 位机 与 设 备 间 的 通 信 主 要 有 ＵＳ Ｃ Ｂ、 ＡＮ
辐 射 的分 辨 力 １ Ｖ， 大 容 许误 差 为 １ Ｖ； 最 ０ 蒸
发 量 的分辨 力 １ Ａ， 最大 容许 误 差 为 １ Ａ。而 Ｏ
收 稿 日期 ： ０ １０ — ０ ２ １－６３．
于 自动站 传感 器 检 定 ， 自动 站 的 核 心数 据 采 集 而 器部 分没 有 涉及 到 ， 就 可 能 使 诸 多气 象 要 素 在 这
该环 节所 积 累 的误 差 和 传感 器 的误 差 的叠 加 ， 对
整个 系统 误 差 带来 严 重 的偏 差 。所 以 ， 据 采 集 数 器 的检定 也 应成 为 自动 气 象站 检 定 的重 要 内容 。 然 而 ， 据采 集器 的检 定 设 备 不 足 是 制约 这 一 工 数
ｓ ａ ｉ ｎ ｓ ｇ ｌｓｍ ｕｌｔ ｒ ｔ ｔｏ ｉ ｎａ ｉ ａ ｏ ．Ｔｈｅ ａ ｐｐｒ ｐｒａ ｅ ｃ ｍｍ ｕｎ ｃ ｔｏ ｏ ｅ ａ ｒ ｔ ｃ ｒ ｅ ｅ ｔ ｄ ｂａ ｅ ｎ ｔ ｏ ｉｔ ｏ ｉａ ｉ ｎ ｍ ｄ ｎｄ ｐ ｏ ｏ ｏｌａ ｅ ｓ ｌｃ ｅ ｓ ｄ ｏ ｈｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ ｏ ｈｅ ｓｇｎ １ｓｍ ｕ ａ ｏ ． Ｔｈｅ ｍｅ ｓ ｅ ｏ ｒ ｗａ ｅ ａ ｔ—ｎｔ ｒ ｅ ｅ ｃ ｒ ｏ ｏｓ ｄ Ｔｈｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ ｆｔ ｉ ａ ｉ ｌ ｔ ｒ ａ ｕｒ ｓｆ ｒｈａ ｄ ｒ ｎ ｉｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅａ ｅ ｐｒ ｐ ｅ ． ｄｅ ｉ ｎ ｏｆＰＣ ｏ ｓｇ ｃ ｍｍ ｕｎ ｃ ｔｏ ｉａ ｉ ｎ ｍｏｄ ｅ ｕｎ ｒ ｔ ｅ ｉｏｎ ｎｔ ｏ ｌ ｉ ｌ ｏ ｎｔ ｏ ｃ ｄ． Ｔｅ ｔ ａ ｄ ｕｌ ｄｅ ｈｅ ｎｖ ｒ ｍｅ ｆ Ｄｅｐｈｉ Ｓ ａ ｓ ｉ ｒ ｄｕ ｅ ｓｓ ｎ ｐｒ ｃ ｉａ ｐｐ ｉａ ｉ ｅ ｕｌｓ ｓ ｗ ｈａ ｈｅ ｃ ｍｍ ｕ ｃ ｔｏ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ａ ｔｃ ｌａ ｌｃ ｔｏｎ ｒ ｓ ｔ ｈｏ ｔ ｔｔ ｏ ｎｉａ ｉ ｎ ｂ ｔ ｅ ｈｅ ＰＣ ｎｄ ｔ ｕｔ ａ ｈｅ ａ ｏｍａ ｉ ａ ｈｅ ｔｃ ｗｅ ｔ ｒ ｓ ａ ｉ ｎ ｓｇｎ ｌｓｍ ｕ ａ ｏ ｓ ｒ ｌ ｂｌ ｎ ｔ ｂ ｅ Ｔｈ ｏｍｍ ｕ ｃ ｔｏｎ ｓ ｓ ｅ ｈａ ｏｏ ｏ ｐ ｃ ｎ ｔ ｔ ｔｏ ｉ ａ ｉ ｌ ｔ ｒ ｉ ｅ ｉ ｅ ａ ｄ ｓ ａ ｌ ． ａ ｅｃ ｎｉａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｓ ａ ｇ ｄ ｐｒ ｓ ｅ ｔ ｉ ｈｅ ａ ｔ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｌｓ ｔ ｍ ｓ ａ ｄ ｉ ｅ ｌ ｎｔｉ ｔ ｕ ｎｔ ． ｕ ｏ ｔｏ ｃ ｎｔ ｏ ｙｓ ｅ ｎ ｎｔ ｌｉ ｇｅ ｎｓ ｒ ｍｅ ｓ Ｋｅ ｒ ： ｕｔ ｙ ｗｏ ｄｓ ａ ｏｍａ ｉ ａ ｈ ｒ ｓ ａ ｉ ｔｃ ｗｅ ｔ ｅ ｔ ｔｏｎ； ｉ ｎａ ｉ ｓｇ ｌｓ ｍｕｌｔ ； ｅ ｉ ｌｃ ｍｍ ｕｎ ｃ ｔｏ Ｄｅ ｐｈ ； ＳＣｏ ａ ｏｒ ｓ ｒａ ｏ ｉ ａ ｉ ｎ； ｌ ｉ Ｍ ｍｍ
余 炳 莹 ， 鸿 彦 ， 行 邹应 全 ， 徐
学 院 ， 京 ２０ ４ ） 南 １ ０ ４
伟
（ ． 京 信 息 工 程 大 学 江 苏 省 气 象传 感 网技 术 工 程 中心 ， 京 ２ ０ ４ ； ． 京 信 息 工 程 大 学 电 子 与信 息 工 程 １南 南 １０４２ 南
摘 要 ： 阐述 了通信 系统 在 自动气 象站 信号 模拟 器应 用 中的意义 ， 针对 信 号模 拟 器 的特 点选择
外 加驱 动器 。
２ ２２ ．． 抗 干 扰 设 计
证 自动 气 象 站 信 号 模 拟 器 和 Ｐ 机 之 间 可 以 可 Ｃ 靠、 稳定 地 实 现通 信 。本 文 针对 通信 方 式 的选 择 和具 体 的通 信 实现 方法 进行 了研 究 。
本 系统 作 为 一 个 高 精 度 的 气 象 信 号 模 拟 系 统 ， 口的干 扰 信 号会 对 信 号 的输 出 精 度 产 生影 串
与提交 的测评 软件 。
系统 中信 号模 拟器 和数 据采 集器 所 用 的微 控 制 芯 片是 ＭＳ ４ ０ １ ９单 片 机 ， Ｐ ３Ｆ ４ 它有 ２个 串行 通 信 接 口， 过 ＵＳ 通 ＡＲＴ控 制寄 存 器 ＵＣ ＴＩ 可选 择
系统 中信 号 模 拟 器 与 上位 机 、 集 器 与 上 位 采
０ 引 言
自动气象 站 在 我 国 已运 行 多 年 ， 备 了数 万 装 台 ， 现 了多 种 气 象要 素 的 自动 采集 、 理 、 储 实 处 存 和传 输 。为保 证 自动 观 测 数据 的 质量 ， 国气 象 中
局规 定 自动气 象 站 每 ２年检 定 １次Ⅲ ， 仅 局 限 但