新型自动站使用手册2VIP专享VIP免费

0第二部分新型自动气象站的系统结构与原理2、新型自动气象站的系统结构与原理2．1、新型自动气象站应用到的新技术在新型自动气象站中应到了两项比较新的技术，即：嵌入式系统技术和外部现场总线技术。2．1．1、嵌入式系统技术嵌入式系统是以高性能CPU数据处理器为核心处理器，嵌入操作系统，配置相关的外围组件，构成单板电脑系统。高性能的CPU一般是指32位CPU，包括：ARM7系列、ARM9系列以及现在比较新的ARMCortexM3系列或其他系列CPU等。操作系统嵌入实时性比较好的操作系统，一般可以嵌入：μC/OS-II、FreeRTOS、μClinux等。以上操作系统的特点是：实时性比较好，规模相对比较小，所需要的硬件资源也不大。但功能相对简单一点。对于功能要求比较多的可以选用Linux操作系统或WindowCE操作系统。其特点是：功能比较齐全，基本上具备标准电脑的全部功能，所构成的系统又称单板电脑。Linux操作系统是开源的可以从网络上找到；WindowCE在使用时是需要付版权费用的。外围部件配置基本上按照标准电脑的部件配置，包括：Flash存储器、RAM存储器、CF卡（或SD卡）存储器、以太网络接口电路以及TCP/IP通讯协议、USB通讯端口、多个RS232/RS485串口、CAN总线。图一、嵌入式系统基本结构图嵌入式系统的数据综合处理能力非常强大，在新型自动站系统中引入了嵌入式系统，可以大大提高自动气象站的数据处理能力，使很多复杂的数据分析、处理计算功能在数据采集器端得以实现。嵌入式系统丰富的外设处理单元、多种通讯端口，可以非常方便地实时自动气象站的数据通讯处理、远程访问的功能。2．1．2、外部总线技术外部总线是用来连接各个数据处理控制、数据处理单元，并完成数据传输、通讯处理功。1外部总线的功能就是实现多个数据处理控制、数据处理单元之间的数据通讯；外部总线的的电气结构要求简单，而且数据传输要稳定可靠。目前在实际应用中外部总线的方式有很多种，使用最多的是RS485方式和CAN总线方式，另外应用比较多的还有SDI-12方式。要想外部总线的结构简单、而且数据传输可靠，基本上都是采用差分信号方式传输，所以数据传输只需要两根线。RS485和CAN总线都是采用两根线进行数据传输。因为是传输差分信号，所以采用双绞线跟有利于提高信号传输的可靠性。以为是所有的设备都挂接在一条通讯线上，因此必须要有一个通讯控制协议，才能够确保数据通讯的稳定可靠。2．1．2．1、RS485通讯方式图二、RS485总线的电气连接结构图RS485方式只能实现一主多从的通讯控制方式，即：一个主数据控制器处理单元，控制整个系统数据传输的流程，在任何时刻要保证只能由一个设备向总线上传输数据。RS485方式的特点电气结构更为简单，实现起来比较方面，缺点需要相对比较复杂的软件控制处理协议，用来实现数据通讯控制。2．1．2．2、CAN通讯方式CAN总线方式与RS485最大的区别在于，其具有硬件控制机制，由硬件控制器实现在发送数据时出现的冲突管理，确保数据传输的可靠性。CAN总线的方式特点，电路运行可靠，有专用的控制协议。缺点实现起来相对比较复杂。图三、CAN总线的电气连接结构图2．1．2．3、SDI-12通讯方式SDI-12主要用于多传感器的数据通讯，有根线构成，+12V直流电源、电源地线和数据线。2．2、新型自动气象站的系统结构设计2．2．1、新型自动气象站的结构设计新型自动气象站采用了最先进的嵌入式系统技术和外部现场总线技术，采用的是“主采集器+外部总线+分采集器+传感器+外围设备”的结构设计方式。新型自动气象站所采用的“主/分采集器”结构方式，是充分考虑到了能够实现全要素、综合观测的能力，同时具备高性能、多功能的数据处理能力，以及任意扩展的能力。新型自动气象站的硬件部分，包括：采集器（1个主采集器和若干个分采集器）、外部总线、传感器、外围设备四部分；其结构如图四所示。2新型自动气象站采用了标准化、开放式的技术路线进行规划设计，从原则意义上讲采集器和传感器的接入处理部件等都遵循了统一设计、统一标准的原则，因此不同厂家的产品是可以进行互换的。新型自动气象站的软件不包括嵌部分，包括：嵌入式系统软件和业务应用软件二部分。嵌入式系统软件承担嵌入式系统...