【正文】 0cm、15cm、20cm、40cm、80cm、160cm、320cm）1112（差分）土壤水分觀測5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、100cm、180cm等層次1112（差分電壓）海洋氣象觀測表層海水溫度、海鹽、海表波高、海表流速流向、水質(zhì)、浮標方向11智能傳感器觀測溫濕度、地下水位、積雪、電線積冰、閃電頻率11分采集器應具備監(jiān)測電路，包括：l 主板溫度測量；l 主板電源測量。分采集器嵌入式處理器的選取還應滿足下列要求：a) 應綜合考慮速度、功耗、環(huán)境要求，具有內(nèi)置的 Watchdog 功能；b) 應選擇 16 位以上的 A/D 轉換電路，以滿足傳感器的測量要求；c) 實時時鐘電路應能保證誤差 15s/月的要求；d) 程序存儲器應為非易失性的，容量應滿足嵌入式軟件的容量要求，并具有 50% 的余量；e) 參數(shù)存儲器應為非易失性的，容量應滿足數(shù)據(jù)存儲的要求，并具有 50% 的余量；f) RAM 應滿足嵌入式軟件的運行要求，并且有 30% 的余量。主采集器的主要有兩大功能：一是完成基本氣象要素傳感器和各個分采集器的采樣數(shù)據(jù)，對采樣數(shù)據(jù)進行控制運算、數(shù)據(jù)計算處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)記錄存儲，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和傳輸，與終端微機或遠程數(shù)據(jù)中心進行交互；二是擔當管理者角色，對構成自動氣象站的其他分采集器進行管理，包括網(wǎng)絡管理、運行管理、配置管理、時鐘管理等以協(xié)同完成自動氣象站的功能。表2　 主采集器通信接口配置要求通信接口用途數(shù)量CAN主、分采集器通信1RS 232終端操作2RS 232GPS對時1RS 485業(yè)務計算機通信1RJ 45網(wǎng)絡通信1主采集器應具備外接存儲器，包括：l 1 個CF 卡；l 2 個USB。圖2 自動氣象站主采集器結構主采集器嵌入式處理器的選取還應滿足下列要求：a) 綜合考慮速度、功耗、環(huán)境要求，能支持嵌入式實時操作系統(tǒng)的運行并具有內(nèi)置的 Watchdog 功能，采用當前市場主流ARM9系列的32位處理器；b) 選擇 16 位以上的 A/D 轉換電路，以滿足傳感器的測量要求；c) 實時時鐘電路能保證誤差 15s/月的要求；d) 程序存儲器為非易失性的，容量滿足嵌入式軟件的容量要求，并具有 50% 的余量；e) 數(shù)據(jù)存儲器為非易失性的，容量滿足數(shù)據(jù)存儲的要求，并具有 50% 的余量；f) RAM滿足嵌入式軟件的運行要求，并且有 30% 的余量。外圍設備主要包括電源、[終端]微機、通信接口和外存儲器。滿足此定義和功能規(guī)格書的主/分采集器具備統(tǒng)一的物理接口和應用接口，從而達到兼容、互換的目的。硬件包括采集器（1個主采集器和若干個分采集器）、外部總線、傳感器、外圍設備四部分；軟件包括嵌入式軟件、業(yè)務軟件二部分。 編寫依據(jù)現(xiàn)代氣象業(yè)務對綜合氣象觀測提出了更高的要求，目前現(xiàn)有自動氣象站在觀測能力上存在著嚴重不足，同時技術落后，功能規(guī)格不統(tǒng)一，致使型號繁多。 編寫原則采用當今成熟的、穩(wěn)定的、先進的電子測量、數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)技術，設計基于現(xiàn)代總線技術和嵌入式系統(tǒng)技術構建的自動氣象站，滿足地面氣象觀測全要素自動觀測。做好這些工作，核心是提高預報預測準確率，根本是增強防御和減輕氣象災害的服務能力，而綜合氣象觀測系統(tǒng)提供的準確、可靠的觀測數(shù)據(jù)，是提高預報預測準確率和服務能力的重要保證。為了滿足天氣、氣候需要的基本氣象資料，形成天氣、氣候要素長期、連續(xù)和穩(wěn)定可靠觀測能力，必須進一步提升我國地面氣象觀測的自動化水平。新型自動氣象（氣候）站應該做到高精度、高穩(wěn)定、易維護、低功耗、易擴展和實時遠程監(jiān)控，按照“主采集器+外部總線+分采集器+傳感器+外圍設備”的結構設計，對主/分采集器、總線結構、傳感器、外圍設備、軟件、現(xiàn)場標校設備的各個部分，從功能、結構、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)傳輸、電氣接口標準、生產(chǎn)工藝全面進行規(guī)定。當今現(xiàn)代電子測量和控制技術得到快速發(fā)展，我國近十年來地面氣象觀測站網(wǎng)大量使用自動氣象站和自動氣候站考核取得了許多成功的經(jīng)驗，為實現(xiàn)具備多功能、全要素、統(tǒng)一型號的新型自動氣象（氣候）站提供基礎。其總體結構如圖1所示。為了實現(xiàn)自動氣象站的最小配置，將基本氣象要素傳感器直接掛接在主采集器上。 采集器 主采集器主采集器是自動氣象站的核心，由硬件和嵌入式軟件組成。主采集器直接掛接的傳感器包括：氣溫、濕度、氣壓、降水量（翻斗或容柵式、大翻斗式）、風向（10m高度）、風速（10m高度）、總輻射、蒸發(fā)和能見度。主采集器應具備監(jiān)測電路，包括：l 主板溫度測量；l 主板電源測量；l 交流供電檢測；l 主采集器機箱門狀態(tài)檢測。 分采集器分采集器由硬件和嵌入式軟件組成。圖3 自動氣象站分采集器結構按照氣象要素性質(zhì)的不同，分采集器劃分為：a) 基本觀測氣象要素采集器（各傳感器直接掛接在主采集器）；b) 氣候觀測分采集器；c) 輻射觀測分采集器；d) 地溫觀測分采集器；e) 土壤水分觀測分采集器；f) 云（云高、云量）、天氣現(xiàn)象、積雪、水位等智能化傳感器；g) 海洋氣象觀測分采集器；h) 溫濕度智能傳感器等。分采集器應具備指示燈，包括：l 系統(tǒng)運行指示燈；l CANopen 操作指示燈；l CANopen 錯誤指示燈；l 分采集器應提供在線編程接口：RS 232。硬件包含高性能的嵌入式處理器、高精度的 A/D 電路、參數(shù)存儲器、傳感器接口、CAN總線接口、RS232通信接口、監(jiān)測電路、指示燈。表4　 溫濕分采基本配置智能傳感器至少可掛接傳感器接口數(shù)（個）測量通道（個）CAN總線RS232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。 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。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。 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。 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。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。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。CAN總線標準已規(guī)定了數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。 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。采樣瞬時值存儲與相應要素的采樣頻率有關。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小時平均土壤相對濕度29.40cm小時平均土壤重量含水率5.5cm小時平均土壤重量含水率30.40cm小時平均土壤水分貯存量6.5cm小時平均土壤水分貯存量31.50cm正點土壤體積含水量7.10cm正點土壤體積含水量32.50cm小時平均土壤體積含水量8.10cm小時平均土壤體積含水量33.50cm正點土壤相對濕度9.10cm正點土壤相對濕度34.50cm小時平均土壤相對濕度10.10cm小時平均土壤相對濕度35.50cm小時平均土壤重量含水率11.10cm小時平均土壤重量含水率36.50cm小時平均土壤水分貯存量12.10cm小時平均土壤水分貯存量37.