【正文】 2模擬量并行數(shù)字量頻率計數(shù)量溫濕氣溫（1支）、濕度（1支）112溫濕分采應具備監(jiān)測電路，包括主板電源測量。溫濕分采應具備指示燈，包括：a) 系統(tǒng)運行指示燈；b) CANopen 錯誤指示燈；c) 應提供在線編程接口：RS 232。溫濕分采應能夠監(jiān)測自身的工作狀態(tài)，至少包括以下內(nèi)容：a) 工作電壓；b) 傳感器狀態(tài)。在不更改任何硬件設備的前提下，可以通過本地終端對溫濕分采嵌入式軟件進行版本升級和測量參數(shù)訂正。 總線主采集器和分采集器或部分智能傳感器之間采用CAN總線方式實現(xiàn)雙工通信?？偩€標準為ISO11898，物理介質(zhì)可以為雙絞線、光纖等。CAN 總線的特性如下：a) 支持多主方式，可以實現(xiàn)系統(tǒng)冗余或熱備份；b) 可靠的錯誤處理和檢錯機制，錯誤嚴重的節(jié)點可自動關閉輸出，發(fā)送的信息遭到破壞后可自動重發(fā)，網(wǎng)絡具備很高的可靠性；c) 非破壞總線仲裁，允許多個節(jié)點同時發(fā)送信息，極高的總線利用率；d) 可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播， 無需專門的“調(diào)度”；e) 直接通信距離最遠達10 km（速率5 kbps）；f) 最高通信速率可達1Mbps（此時通信距離最遠40m）；g) 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，抗干擾能力強；h) 規(guī)定了數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議，且完全由硬件實現(xiàn)，設計人員無需再為此開發(fā)相關軟件（Software）或固件（Firmware）； i) CAN總線具有較高的性價比――結(jié)構(gòu)簡單、器件容易購置且價格便宜、開發(fā)技術容易掌握。 傳感器自動氣象站使用的傳感器，根據(jù)輸出信號的特點，可分三類：a) 模擬傳感器：輸出模擬量信號的傳感器；b) 數(shù)字傳感器：輸出數(shù)字量（含脈沖和頻率）信號的傳感器；c) 智能傳感器：一種帶有嵌入式處理器的傳感器，具有基本的數(shù)據(jù)采集和處理功能，可以輸出并行或串行數(shù)據(jù)信號。模擬傳感器、數(shù)字傳感器、智能傳感器連接到主采集器或分采集器，符合自動氣象站總線接口的智能傳感器可以直接掛在總線上作分采集器使用。傳感器的種類和數(shù)量根據(jù)實際需要測量的要素確定。 外圍設備 電源電源是組成自動氣象站的外圍設備之一。12V直流電壓是采集器的基本工作電壓，采集器中其他直流工作電壓應由此轉(zhuǎn)換而成，該電壓由蓄電池提供，需另外配置輔助電源（太陽能、風能）對蓄電池充電。 微機即微型計算機，常用作采集器的終端實現(xiàn)對采集器的監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理和存儲，按照業(yè)務規(guī)范完成地面氣象觀測業(yè)務。 通信接口主采集器應配置RS 485接口，支持本地通信。應配置以太網(wǎng)接口（RJ 45），以備接入本地局域網(wǎng)，可用于現(xiàn)場診斷維護或者是接入局域網(wǎng)提供WEB服務控制臺。應配置RS 232接口，以備掛接GPS授時模塊和通信模塊（無線或光電轉(zhuǎn)換器），進行數(shù)據(jù)傳輸、現(xiàn)場測試或軟件升級。 外存儲器采集器應具備通過外擴存儲器（卡）的方式擴大本地數(shù)據(jù)存儲能力，并將采集數(shù)據(jù)以文件方式進行存儲。 軟件 嵌入式軟件主/分采集器中運行的軟件稱嵌入式軟件，由嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件組成。嵌入式操作系統(tǒng)應選擇實時性高、性價比好、穩(wěn)定可靠的多任務實時操作系統(tǒng)（linux /181。cos）。在主采集器中，嵌入式軟件建立在實時多任務操作系統(tǒng)的基礎上，主要功能是：a) 實現(xiàn)CANopen主站協(xié)議，包括 NMT 管理、心跳消息檢測、同步信號發(fā)送、PDO 發(fā)送和接收、SDO 服務、TimeStamp 發(fā)送；b) 主采集器要在內(nèi)部存儲器和外部存儲卡上實現(xiàn) FAT 文件系統(tǒng)，存儲數(shù)據(jù)文件、參數(shù)文件、配置文件、日志文件等；c) 主采集器應具備 GPS 自動對時功能，保證時間誤差不大于1s，GPS對時功能失效時應提供報警功能；d) 應實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)傳輸功能；e) 建立Web控制臺（Web Console），實現(xiàn)遠程參數(shù)的設置、數(shù)據(jù)監(jiān)視、數(shù)據(jù)文件下載、主采集器復位等功能。分采集器的軟件要實現(xiàn) CANopen 從站協(xié)議，包括接受 NMT 管理、同步信號接收、心跳消息服務、PDO 發(fā)送、SDO 服務、TimeStamp 接收，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，包括：a) 對傳感器按預定的采樣頻率進行掃描和將獲得的電信號轉(zhuǎn)換成微控制器可讀信號，得到氣象變量測量值序列；b) 對氣象變量測量值進行轉(zhuǎn)換，使傳感器輸出的電信號轉(zhuǎn)換成氣象單位量，得到采樣瞬時值。通過 CANopen 協(xié)議將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送到 CAN 總線。 業(yè)務軟件業(yè)務軟件是安裝在自動氣象站微機中的應用軟件，其主要功能：a) 實現(xiàn)對主采集器參數(shù)設置、數(shù)據(jù)采集、各種報警和自動氣象站運行監(jiān)控；b) 實現(xiàn)自動氣象站數(shù)據(jù)的實時上傳；c) 從采集器或外存儲器讀取數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)文件形成規(guī)定的采集數(shù)據(jù)文件；d) 實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)文件內(nèi)容的查詢、檢索；e) 實現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制；f) 生成基本分析加工產(chǎn)品；g) 完成地面氣象觀測業(yè)務。業(yè)務軟件另行編制，本功能規(guī)格書僅規(guī)定監(jiān)控功能和命令格式，見附錄2。3 總線物理接口及應用層協(xié)議 物理接口新型自動氣象（氣候）站的總線物理接口采用 CAN 總線接口，ISO 118922 對此進行了詳細規(guī)定，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4 CAN總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 連接器連接器采用 CiA DR3031的工業(yè)級連接器中的開放形式連接器針腳標準，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，針腳接線描述見表5。圖5 連接器結(jié)構(gòu)表5　 連接器接線描述針腳信號描述1CAN_GNDGND 或 0V 或 V2CAN_LCAN_L線，顯性為低電平3CAN_SHLDCAN 屏蔽（可選）4CAN_HCAN_H線，顯性為高電平5CAN_V+CAN 收發(fā)器或光隔的電源（可選） 應用層協(xié)議主采集器和分采集器是CAN總線上的節(jié)點，它們之間的通信遵循CAN數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和CANopen 應用層協(xié)議，實現(xiàn)網(wǎng)絡管理服務和報文傳送。CAN總線標準已規(guī)定了數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議由CAN控制器在硬件上實現(xiàn)。主采集器和各分采集器通信協(xié)議的規(guī)定見附錄1。4 功能要求 軟件初始化 主采集器a) 對主采集器進行自檢，準備存儲器、外圍設備；b) 觀測員可通過本地終端對主采集器設置，并修改所有保證自動氣象站正常運行所必需的業(yè)務參數(shù)［缺省值］，包括觀測站基本參數(shù)、傳感器參數(shù)、通信參數(shù)、質(zhì)量控制參數(shù)、氣象報警閾值等；c) 與各分采集器建立通信聯(lián)系，進行必要的設置；d) 建立和運行觀測任務。 分采集器a) 對分采集器進行自檢，準備外圍設備；b) 與主采集器建立通信聯(lián)系，接受必要的參數(shù)設置；c) 建立并運行本采集器觀測任務。 數(shù)據(jù)采集a) 對傳感器按預定的采樣頻率進行掃描和將獲得的電信號轉(zhuǎn)換成微控制器可讀信號，得到氣象變量測量值序列；b) 對氣象變量測量值進行轉(zhuǎn)換，使傳感器輸出的電信號轉(zhuǎn)換成氣象單位量，得到采樣瞬時值；c) 對采樣瞬時值，根據(jù)規(guī)定的算法，計算出瞬時氣象值，又稱氣象變量瞬時值；d) 實現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。 數(shù)據(jù)處理a) 導出氣象觀測需要的其他氣象變量瞬時值；這種導出通常是在數(shù)據(jù)采集獲得的氣象變量瞬時值的基礎上進行的，也有通過更高頻率的采樣過程獲得的，如瞬時風計算；b) 計算出氣象觀測需要的統(tǒng)計量，如一個或多個時段內(nèi)的極值數(shù)據(jù)、專門時段內(nèi)的總量、不同時段內(nèi)的平均值以及累計量等；c) 由主采集器生成采樣瞬時值數(shù)據(jù)、瞬時氣象值（分鐘）數(shù)據(jù)、小時正點數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)，并寫入數(shù)據(jù)內(nèi)存儲器，同時形成相應數(shù)據(jù)文件實時寫入外存儲器（各文件格式見附錄3）；d) 實現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。 數(shù)據(jù)存儲 采集器內(nèi)部主采集器存儲1小時的采樣瞬時值、7天的瞬時氣象（分鐘）值、1月的正點氣象要素值，以及相應的導出量和統(tǒng)計量等。采樣瞬時值存儲與相應要素的采樣頻率有關。瞬時氣象（分鐘）值存儲的要素有：本站氣壓、氣溫（有氣候觀測時存3組數(shù)據(jù)）、通風防輻射罩的通風速度（3組數(shù)據(jù)）、濕度（不存導出值）、瞬時極大風（風向/風速，）、1min平均風（風向/風速，）、降水量（包括翻斗式或容柵式和稱重式傳感器）、地表溫度（包括鉑電阻和紅外地溫傳感器）或海水表層溫度、能見度、各種輻射觀測要素輻照度、長波輻射表腔體溫度，除累計值的要素外，其余要素均需同時存儲采樣瞬時值的標準差值。全要素當前瞬時氣象（分鐘）值均應能寫入緩存區(qū)，可以實時讀取。正點數(shù)據(jù)存儲的具體內(nèi)容由表6—表12給出。表6　 基本氣象觀測要素正點數(shù)據(jù)存儲內(nèi)容序號要素時制序號要素時制1.2 min平均風向北京時21.最小相對濕度北京時2.2 min平均風速22.最小相對濕度出現(xiàn)時間3.10 min平均風向23.水汽壓4.10 min平均風速24.露點溫度5.最大風速時對應風向25.本站氣壓6.最大風速26.最高本站氣壓7.最大風速出現(xiàn)時間27.最高本站氣壓出現(xiàn)時間8.分鐘內(nèi)最大瞬時風速的風向28.最低本站氣壓9.分鐘內(nèi)最大瞬時風速29.最低本站氣壓出現(xiàn)時間10.極大風速時對應風向30.正點分鐘蒸發(fā)水位11.極大風速31.時累計蒸發(fā)量12.極大風速出現(xiàn)時間32.1min平均能見度13.時累計降水量（翻斗式或容柵式傳感器）33.10min平均能見度14.時累計降水量（大翻斗式）34.最小10min平均能見度15.氣溫35.最小10min平均能見度出現(xiàn)時間16.最高氣溫17.最高氣溫出現(xiàn)時間36.總輻射輻照度地方時18.最低氣溫37.總輻射曝輻量19.最低氣溫出現(xiàn)時間38.總輻射最大輻照度20.相對濕度39.總輻射最大輻照度出現(xiàn)時間表7　 氣候觀測要素正點數(shù)據(jù)存儲內(nèi)容序號要素時制序號要素時制1.氣溫北京時11.最大風速（）北京時2.最高氣溫12.最大風速出現(xiàn)時間（）3.最高氣溫出現(xiàn)時間13.分鐘內(nèi)最大瞬時風速（）4.最低氣溫14.極大風速（）5.最低氣溫出現(xiàn)時間15.極大風速出現(xiàn)時間（）6.正點1min平均通風速度16.地表溫度（紅外傳感器）7.時累計降水量（翻斗或容柵式）17.最高地表溫度（紅外傳感器）8.時累計降水量（稱重式）18.最高地表溫度出現(xiàn)時間（紅外傳感器）9.2 min平均風速（）19.最低地表溫度（紅外傳感器）10.10 min平均風速（）20.最低地表溫度出現(xiàn)時間（紅外傳感器）表8　 地溫觀測要素正點數(shù)據(jù)存儲內(nèi)容序號要素時制序號要素時制1.草面溫度北京時10.最低地表溫度出現(xiàn)時間北京時2.最高草面溫度11.5cm地溫3.最高草面溫度出現(xiàn)時間12.10cm地溫4.最低草面溫度13.15cm地溫5.最低草面溫度出現(xiàn)時間14.20cm地溫6.地表溫度15.40cm地溫7.最高地表溫度16.80cm地溫8.最高地表溫度出現(xiàn)時間17.160cm地溫9.最低地表溫度18.320cm地溫表9　 輻射觀測要素正點數(shù)據(jù)存儲內(nèi)容序號要素時制序號要素時制1.總輻射輻照度地方時25.大氣長波輻射最小輻照度出現(xiàn)時間地方時2.總輻射曝輻量26.大氣長波輻射最大輻照度3.總輻射最大輻照度27.大氣長波輻射最大輻照度出現(xiàn)時間4.總輻射最大輻照度出現(xiàn)時間28.大氣長波輻射傳感器腔體溫度5.直接輻射輻照度29.地球長波輻射輻照度6.直接輻射曝輻量30.地球長波輻射曝輻量7.直接輻射最大輻照度31.地球長波輻射最小輻照度8.直接輻射最大輻照度出現(xiàn)時間32.地球長波輻射最小輻照度出現(xiàn)時間9.直接輻射最小輻照度33.地球長波輻射最大輻照度10.直接輻射最小輻照度出現(xiàn)時間34.地球長波輻射最大輻照度出現(xiàn)時間11.水平面直接輻射曝輻量35.地球長波輻射傳感器腔體溫度12.大氣渾濁度36.紫外輻射（UVA）輻照度13.小時日照時數(shù)37.紫外輻射（UVA）曝輻量14.散射輻射輻照度38.紫外輻射（UVA）最大輻照度15.散射輻射曝輻量39.紫外輻射（UVA）最大輻照度出現(xiàn)時間16.散射輻射最大輻照度40.紫外輻射（UVB）輻照度17.散射輻射最大輻照度出現(xiàn)時間41.紫外輻射（UVB）曝輻量18.反射輻射輻照度42.紫外輻射（UVB）最大輻照度19.反射輻射曝輻量43.紫外輻射（UVB）最大輻照度出現(xiàn)時間20.反射輻射最大輻照度44.光合有效輻射輻照度21.反射輻射最大輻照度出現(xiàn)時間45.光合有效輻射曝輻量22.大氣長波輻射輻照度46.光合有效輻射最大輻照度23.大氣長波輻射曝輻量47.光合有效輻射最大輻照度出現(xiàn)時間24.大氣長波輻射最小輻照度表10　 土壤水分觀測要素正點數(shù)據(jù)存儲內(nèi)容序號要素時制序號要素時制1.5cm正點土壤體積含水量北京時26.40cm小時平均土壤體積含水量北京時2.5cm小時平均土壤體積含水量27.40cm正點土壤相對濕度3.5cm正點土壤相對濕度28.40cm小時平均土壤相對濕度4.5cm小時平均土