【正文】 鐘電路應(yīng)能保證誤差 15s/月的要求；d) 程序存儲(chǔ)器應(yīng)為非易失性的，容量應(yīng)滿(mǎn)足嵌入式軟件的容量要求，并具有 50% 的余量；e) 參數(shù)存儲(chǔ)器應(yīng)為非易失性的，容量應(yīng)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求，并具有 50% 的余量；f) RAM 應(yīng)滿(mǎn)足嵌入式軟件的運(yùn)行要求，并且有 30% 的余量。分采集器負(fù)責(zé)所接入傳感器對(duì)應(yīng)氣象要素的測(cè)量，在工作狀態(tài)對(duì)掛接的傳感器按預(yù)定的采樣頻率進(jìn)行掃描，收到主采集器發(fā)送的同步信號(hào)后，將獲得的采樣數(shù)據(jù)通過(guò)總線(xiàn)發(fā)送給主采集器。表3　 各分采集器的基本配置要求分采集器至少可掛接傳感器接口數(shù)（個(gè)）測(cè)量通道（個(gè)）CAN總線(xiàn)RS232模擬量并行數(shù)字量頻率計(jì)數(shù)量計(jì)數(shù)量氣候觀(guān)測(cè)氣溫（3支）、通風(fēng)防輻射罩（3組）、稱(chēng)重式降水量、大翻斗式雨量、風(fēng)速（）、地表溫度（紅外）115（其中2個(gè)差分電壓）71輻射觀(guān)測(cè)總輻射、直接輻射、反射輻射、散射輻射、紫外輻射A、紫外輻射B、大氣長(zhǎng)波輻射（含腔件溫度）、光合有效輻射、地球長(zhǎng)波輻射（含腔件溫度）、日照1112（其中10個(gè)差分電壓）地溫觀(guān)測(cè)地表溫度（鉑電阻）、草面溫度、土壤溫度（5cm、10cm、15cm、20cm、40cm、80cm、160cm、320cm）1112（差分）土壤水分觀(guān)測(cè)5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、100cm、180cm等層次1112（差分電壓）海洋氣象觀(guān)測(cè)表層海水溫度、海鹽、海表波高、海表流速流向、水質(zhì)、浮標(biāo)方向11智能傳感器觀(guān)測(cè)溫濕度、地下水位、積雪、電線(xiàn)積冰、閃電頻率11分采集器應(yīng)具備監(jiān)測(cè)電路，包括：l 主板溫度測(cè)量；l 主板電源測(cè)量。分采集器能夠監(jiān)測(cè)自身的工作狀態(tài)，至少包括以下內(nèi)容：a) 主板溫度；b) 工作電壓；c) 傳感器狀態(tài)。 溫濕分采溫濕分采由硬件和嵌入式軟件組成。溫濕分采的選取還應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：a) 應(yīng)綜合考慮速度、功耗、環(huán)境要求，具有內(nèi)置的 Watchdog 功能；b) 應(yīng)選擇 16 位以上的 A/D 轉(zhuǎn)換電路，以滿(mǎn)足傳感器的測(cè)量要求；c) 參數(shù)存儲(chǔ)器應(yīng)為非易失性的，容量應(yīng)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求。其基本配置要求見(jiàn)表4。溫濕分采應(yīng)具備指示燈，包括：a) 系統(tǒng)運(yùn)行指示燈；b) CANopen 錯(cuò)誤指示燈；c) 應(yīng)提供在線(xiàn)編程接口：RS 232。在不更改任何硬件設(shè)備的前提下，可以通過(guò)本地終端對(duì)溫濕分采嵌入式軟件進(jìn)行版本升級(jí)和測(cè)量參數(shù)訂正。總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)為ISO11898，物理介質(zhì)可以為雙絞線(xiàn)、光纖等。 傳感器自動(dòng)氣象站使用的傳感器，根據(jù)輸出信號(hào)的特點(diǎn)，可分三類(lèi)：a) 模擬傳感器：輸出模擬量信號(hào)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(hào)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(hào)。傳感器的種類(lèi)和數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要測(cè)量的要素確定。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(yīng)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(yáng)能、風(fēng)能）對(duì)蓄電池充電。 通信接口主采集器應(yīng)配置RS 485接口，支持本地通信。應(yīng)配置RS 232接口，以備掛接GPS授時(shí)模塊和通信模塊（無(wú)線(xiàn)或光電轉(zhuǎn)換器），進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或軟件升級(jí)。 軟件 嵌入式軟件主/分采集器中運(yùn)行的軟件稱(chēng)嵌入式軟件，由嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成。cos）。分采集器的軟件要實(shí)現(xiàn) CANopen 從站協(xié)議，包括接受 NMT 管理、同步信號(hào)接收、心跳消息服務(wù)、PDO 發(fā)送、SDO 服務(wù)、TimeStamp 接收，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，包括：a) 對(duì)傳感器按預(yù)定的采樣頻率進(jìn)行掃描和將獲得的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成微控制器可讀信號(hào)，得到氣象變量測(cè)量值序列；b) 對(duì)氣象變量測(cè)量值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使傳感器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣象單位量，得到采樣瞬時(shí)值。 業(yè)務(wù)軟件業(yè)務(wù)軟件是安裝在自動(dòng)氣象站微機(jī)中的應(yīng)用軟件，其主要功能：a) 實(shí)現(xiàn)對(duì)主采集器參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、各種報(bào)警和自動(dòng)氣象站運(yùn)行監(jiān)控；b) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳；c) 從采集器或外存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)文件內(nèi)容的查詢(xún)、檢索；e) 實(shí)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(guān)測(cè)業(yè)務(wù)。3 總線(xiàn)物理接口及應(yīng)用層協(xié)議 物理接口新型自動(dòng)氣象（氣候）站的總線(xiàn)物理接口采用 CAN 總線(xiàn)接口，ISO 118922 對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖5 連接器結(jié)構(gòu)表5　 連接器接線(xiàn)描述針腳信號(hào)描述1CAN_GNDGND 或 0V 或 V2CAN_LCAN_L線(xiàn)，顯性為低電平3CAN_SHLDCAN 屏蔽（可選）4CAN_HCAN_H線(xiàn)，顯性為高電平5CAN_V+CAN 收發(fā)器或光隔的電源（可選） 應(yīng)用層協(xié)議主采集器和分采集器是CAN總線(xiàn)上的節(jié)點(diǎn)，它們之間的通信遵循CAN數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和CANopen 應(yīng)用層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)和報(bào)文傳送。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議由CAN控制器在硬件上實(shí)現(xiàn)。4 功能要求 軟件初始化 主采集器a) 對(duì)主采集器進(jìn)行自檢，準(zhǔn)備存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備；b) 觀(guān)測(cè)員可通過(guò)本地終端對(duì)主采集器設(shè)置，并修改所有保證自動(dòng)氣象站正常運(yùn)行所必需的業(yè)務(wù)參數(shù)［缺省值］，包括觀(guān)測(cè)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(bào)警閾值等；c) 與各分采集器建立通信聯(lián)系，進(jìn)行必要的設(shè)置；d) 建立和運(yùn)行觀(guān)測(cè)任務(wù)。 數(shù)據(jù)采集a) 對(duì)傳感器按預(yù)定的采樣頻率進(jìn)行掃描和將獲得的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成微控制器可讀信號(hào)，得到氣象變量測(cè)量值序列；b) 對(duì)氣象變量測(cè)量值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使傳感器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣象單位量，得到采樣瞬時(shí)值；c) 對(duì)采樣瞬時(shí)值，根據(jù)規(guī)定的算法，計(jì)算出瞬時(shí)氣象值，又稱(chēng)氣象變量瞬時(shí)值；d) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 采集器內(nèi)部主采集器存儲(chǔ)1小時(shí)的采樣瞬時(shí)值、7天的瞬時(shí)氣象（分鐘）值、1月的正點(diǎn)氣象要素值，以及相應(yīng)的導(dǎo)出量和統(tǒng)計(jì)量等。瞬時(shí)氣象（分鐘）值存儲(chǔ)的要素有：本站氣壓、氣溫（有氣候觀(guān)測(cè)時(shí)存3組數(shù)據(jù)）、通風(fēng)防輻射罩的通風(fēng)速度（3組數(shù)據(jù)）、濕度（不存導(dǎo)出值）、瞬時(shí)極大風(fēng)（風(fēng)向/風(fēng)速，）、1min平均風(fēng)（風(fēng)向/風(fēng)速，）、降水量（包括翻斗式或容柵式和稱(chēng)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(jiàn)度、各種輻射觀(guān)測(cè)要素輻照度、長(zhǎng)波輻射表腔體溫度，除累計(jì)值的要素外，其余要素均需同時(shí)存儲(chǔ)采樣瞬時(shí)值的標(biāo)準(zhǔn)差值。正點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的具體內(nèi)容由表6—表12給出。采集器內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量應(yīng)留有50%的余量，具體可以在考核要素確定后規(guī)定一個(gè)量化的最小值。 外存儲(chǔ)器采集數(shù)據(jù)在外存儲(chǔ)器（卡）以文件方式進(jìn)行存儲(chǔ)，能夠存儲(chǔ)至少6個(gè)月全要素分鐘數(shù)據(jù)，全部數(shù)據(jù)以FAT的文件方式存入，微機(jī)通過(guò)通用讀卡器可方便讀取。在微機(jī)的磁盤(pán)存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)全部需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，包括經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)、人工輸入數(shù)據(jù)、質(zhì)量控制情況信息（內(nèi)部管理數(shù)據(jù)）等。配置終端設(shè)備（微機(jī)）的自動(dòng)氣象站，采集器把數(shù)據(jù)傳送到終端設(shè)備。多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，自動(dòng)氣象站同時(shí)具有以上三種傳輸方式。終端微機(jī)與主采集器間的信號(hào)傳輸距離應(yīng)不小于 200 m。 遠(yuǎn)程通信傳輸自動(dòng)氣象站應(yīng)具備通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式或網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓δ?。通過(guò)微機(jī)終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信傳輸?shù)墓δ茉跇I(yè)務(wù)軟件中實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)氣象站主采集器應(yīng)具備對(duì)用于數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的各要素極值范圍、允許變化速率和變化率值等參數(shù)的設(shè)置。b) 對(duì)瞬時(shí)氣象值的質(zhì)量控制——對(duì)瞬時(shí)氣象值變化極限范圍的檢查；——對(duì)瞬時(shí)氣象值變化速率的檢查：s 檢查瞬時(shí)氣象值的最大允許變化速率；s 檢查瞬時(shí)氣象值的最小應(yīng)該變化速率；s 標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算。 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制過(guò)程中，需要對(duì)采樣瞬時(shí)值和瞬時(shí)氣象值是否經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制以及質(zhì)量控制得結(jié)果進(jìn)行標(biāo)識(shí)，這種標(biāo)識(shí)用于定性描述數(shù)據(jù)置信度。表13　 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)代碼值描述9“沒(méi)有檢查”：該變量沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何質(zhì)量控制檢查。1“存疑”：不可信的。3“不一致”：一個(gè)或多個(gè)參數(shù)不一致；不同要素的關(guān)系不滿(mǎn)足規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。8 “缺失”：缺失數(shù)據(jù)。注：對(duì)于瞬時(shí)氣象值，若屬采集器或通信原因引起數(shù)據(jù)缺測(cè)，在終端命令數(shù)據(jù)輸出時(shí)直接給出缺失，相應(yīng)質(zhì)量控制標(biāo)識(shí)為“8”；若有數(shù)據(jù)，質(zhì)量控制判斷為錯(cuò)誤時(shí)，在終端命令數(shù)據(jù)輸出時(shí)，其值仍給出，相應(yīng)質(zhì)量控制標(biāo)識(shí)為“2”，但錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)不能參加后續(xù)相關(guān)計(jì)算或統(tǒng)計(jì)。其判斷條件見(jiàn)表14。未超出的，標(biāo)識(shí)“正確”；超出的，標(biāo)識(shí)“錯(cuò)誤”。 變化速率檢查驗(yàn)證相鄰采樣瞬時(shí)值之間的變化量，檢查出不符合實(shí)際的跳變。若變化量未超出允許的變化速率，標(biāo)識(shí)“正確”；若超出，標(biāo)識(shí)“存疑”。該規(guī)程的執(zhí)行結(jié)果是，如果發(fā)生大的噪聲，將有一個(gè)或二個(gè)連續(xù)的采樣瞬時(shí)值不能用于計(jì)算。若不符合這一質(zhì)量控制規(guī)程，則判定當(dāng)前瞬時(shí)氣象值計(jì)算缺少樣本，標(biāo)識(shí)為“缺失”。“正確”數(shù)據(jù)的判斷條件見(jiàn)表15。360176。（）6.風(fēng)速（2分鐘、10分鐘）0 m/s75 m/s10 m/s20 m/s7.瞬時(shí)風(fēng)速0 m/s150 m/s10 m/s20 m/s8.降水量（） （1min）0 mm10mm9.降水量（） （1min）0 mm30mm10.草面溫度90 ℃90 ℃5 ℃10 ℃11.地表溫度90 ℃90 ℃5 ℃10 ℃ ℃（雪融過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生等溫情況）12.5cm地溫80 ℃80 ℃2 ℃5 ℃可能很穩(wěn)定13.10cm地溫70 ℃70 ℃1 ℃5 ℃14.15cm地溫60 ℃60 ℃1 ℃3 ℃15.20cm地溫50 ℃50 ℃ ℃2 ℃16.40cm地溫45 ℃45 ℃ ℃ ℃17.80cm、160cm、320cm地溫40 ℃40 ℃ ℃ ℃18.總輻射0 W/m22000 W/m2800 W/m21000 W/m219.凈全輻射20.直接輻射0 W/m21400 W/m2800 W/m21000 W/m221.散射輻射0 W/m21200 W/m2800 W/m21000 W/m222.反射輻射0 W/m21200 W/m2800 W/m21000 W/m223.大氣長(zhǎng)波輻射24.地球長(zhǎng)波輻射25.光合有效輻射26.紫外輻射UVA0 W/m2200 W/m250 W/m290 W/m227.紫外輻射UVB0 W/m2100 W/m220 W/m230 W/m228.日照時(shí)數(shù)0 min1 min29.能見(jiàn)度0 m70km30.蒸發(fā)量0 mm100 mm31.土壤體積含水量0%100%待定待定32.地下水位33.云高34.云量35.積雪深度300 cm36.電線(xiàn)積冰厚度01000 mm37.電線(xiàn)積冰冰層密度38.表層海水溫度39.表層海水鹽度40.表層海水電導(dǎo)率41.波高42.波向43.流速44.潮高45.海水濁度46.海水葉綠素濃度47.擴(kuò)展項(xiàng)　　　　表中“下限”和“上限”的值是可以根據(jù)季節(jié)和自動(dòng)氣象站安裝地的氣候條件進(jìn)行設(shè)置的，可以分三種情況：a) 根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驑O值作適當(dāng)放寬，確定每個(gè)要素“正確”數(shù)據(jù)的下限和上限；b) 以傳感器的測(cè)量范圍定為每個(gè)要素“正確”數(shù)據(jù)的下限和上限；c) 設(shè)置寬范圍和通用的值。 極限范圍檢查a) 驗(yàn)證瞬時(shí)氣象值，應(yīng)在可接受的界限（下限、上限）范圍內(nèi)；b) 未超出的，標(biāo)識(shí)“正確”；超出的，若下限和上限值由當(dāng)?shù)貧夂驑O值確定，則標(biāo)識(shí)為“存疑”，若下限和上限值按傳感器的測(cè)量范圍或?qū)挿秶屯ㄓ玫闹荡_定，則標(biāo)識(shí)“錯(cuò)誤”。a) 瞬時(shí)氣象值的“最大允許變化速率”當(dāng)前瞬時(shí)氣象值與前一個(gè)值的差大于表14中“存疑的變化速率”，則當(dāng)前瞬時(shí)氣象值通不過(guò)檢查，標(biāo)識(shí)為“存疑”。在極端天氣條件下，氣象變量可能會(huì)發(fā)生不同尋常的變化，這種情況下，正確的數(shù)據(jù)也有可能被標(biāo)上“存疑”。b) 瞬時(shí)氣象值的“［過(guò)去60 min］最小應(yīng)該變化的速率”由表10可知，瞬時(shí)氣象值的示值更新周期都為1 min，也就是說(shuō)瞬時(shí)氣象值每分鐘都被接受檢查。如果這個(gè)值未能通過(guò)最小應(yīng)該變化速率的檢查，應(yīng)標(biāo)記“存疑”。 內(nèi)部一致性檢查用于檢查數(shù)據(jù)內(nèi)部一致性的基本算法是基于兩個(gè)氣象變量之間的關(guān)系。如果某個(gè)值不能通過(guò)內(nèi)部一致性檢驗(yàn)，應(yīng)標(biāo)識(shí)為“不一致”。 業(yè)務(wù)軟件中的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制業(yè)務(wù)軟件中的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查用來(lái)檢查和驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性（integrity），即數(shù)據(jù)的完全性（ple