地面气象六要素智能采集系统 第9页
表2-11  EZC－1风向传感器技术指标：
测量范围 0～360º
准确度  10º

分辨率 2.812º
起动风速 ≤ 0.5m/s
阻尼比 0.3～0.5
2.7.5翻斗式传感器
SL3翻斗遥测雨量计可以较好地满足使用要求；结构简单、性能稳定可靠、维修方便；环境适应性好；输出为脉冲信号，便于处理和计量。翻斗翻转一次翻倒的水量相当于降水量0.1mm。
SL3翻斗遥测雨量计技术指标如下表：

表2-12   SL3翻斗遥测雨量计技术指标
测量范围 0～999mm/日
准确度 ≤10mm时， 0.2mm；>10mm时， 2%

分辨率 0.1mm
灵敏阈 0.2mm
2.8本章小结
本章对自动观测系统中所使用到的各种观测量，以及各类传感设备进行了理论分析；特别是对测量误差进行了深入的研究；提出了提高测量精度的各种对策；为自动观测系统传感器选型提供了技术性依据。这些内容是整个系统研究和开发的基础。可以这样理解：自动观测系统实际是一种各类传感器及测量设备的集成，并将各个传感器的测量数据进行进一步加工应用的系统工程。因此对整个系统的研发而言，这一章是十分重要的基础性工作。

 

 

 

 

 
第三章传感器信号采集与处理
3.1传感器信号的采集
3.1.1传感器信号的分析
在次系统中，由于传感器种类较多，信号类型也多。本系统采用的传感器是非智能的，其输出信号的性质有很大的差异，其不适合与远距离传输。因此需要对此类信号进行处理。目的有二，其一是使得各类信号性质归于统一；其二是使之便于长距离传输。下面对此类信号进行了分析和研究。
在本系统实际使用中，测量温度、湿度、压力、风速和风向以及降水都是非智能的，而且各种传感器的输出信号性质也是不同。根据传感器的工作原理，分析其特性，我们可以将这些信号归纳为以下四类：
a) 模拟量：温度传感器、湿度传感器、硅压阻传感器、压力传感器。由于测量要素的不同，模拟量的数量级有很大的差异。
b) 数字量：风向标的码盘输出。这类信号按照一定的规则进行编码（如格雷码）。
c) 频率量：风杯风速计的输出为脉冲信号，所测定的风速值是其输出脉冲频率的单值函数。
d) 触发脉冲信号：翻斗式雨量计的输出便是这种类型。虽然其输出同样是矩形脉冲，但所需要记录的是两个脉冲之间的时间间隔，以及规定时间内的脉冲数量，因此对这类信号的处理有别于频率信号。
3.1.2传感器信号的处理
对于上述四种类型的信号，要实现传输，必须经过加工处理。一种方法是：分别对各传感器的信号加工处理，经各自单独的通信线路进行传送。这种方法适合于分散布置的使用环境。第二种方法是设置集中的信号采集计处理单元，对不同性质的信号进行统一的处理，这种方法在实践中往往是可行的。因为在使用中往往将温度、压力、湿度等等测量设备置于同一地点。采用这种方式构成的基本气象要素观测设备，被称之为自动气象站。这种安排统一处理提供了地理上的方便。另一方面，相对于电子设备的处理和传输速度而言，这几种基本气象要素的获取时间较长，因此可以通过适当降低传输速率来换取信道的共享，从而减少了通信连线。
我们在此将这种统一进行信息采集及处理的设备称之为数据采集器。它的功能是对传感器探测到的信息进行摄取、处理，并转化为统一的数字信号，然后按照一定的形式进行编码组合，生成数据文件，为信号的进一步传输提供基础。
3.1.3传感器信号的采集
根据以上分析可可以知道本系统所用传感器有以下几种信号：模拟信号、数字信号、频率信号和脉冲信号。下面对各种信号的采集进行逐一分析。
1） 模拟信号：根据选择的传感器可知，温度传感器、湿度传感器以及压力传感器的输出是模拟信号，通过放大，经过A/D转换，CPU对转换的结果进行采集处理，传输到显示器。具体如下图：

                      

2） 数字信号：根据选择的传感器可知，风向传感器输出是数字信号，通过寄存器， CPU对寄存的结果进行采集处理，传输到显示器。具体如下图：

                      
3）脉冲信号：根据选择的传感器可知，降水传感器输出的是脉冲信号，经过跟随器电平的改变来表征脉冲信号，CPU对跟随器电平进行实时监测、处理，传输到显示器。具体如下图：

                      
3） 根据选择的传感器可知，风速传感器输出是频率信号，通过锁存，CPU对转换的结果进行采集处理，传输到显示器。具体如下图：

3.2传感器输出信号的传输
通过对国内外系统分析，我们发现在自动观测系统中，传感器输出信号传输通常有：
1） 有线方式：RS-232-C方式；RS-485方式；20mA电流环；调制解调器（Modem）方式；双音频电话通信接口。
2） 无线方式：以VHF和UHF调频通信体制对中心站进行数据实时传输；使用卫星调相体制的无线传输。
下面对常用的一些通信形式作简要的分析。
A)RS－232－C是由EIA（Electronic Industries Association,电子工业联合会）定义的串行接口的电子与电缆连接特性的标准，是数据终端设备（DTE）之间的串行二进制数据交换接口。RS为推荐标准，232是识别代号，C是版本号。使用RS-232-C进行数据通信时，由于传输距离较短，一般对信号不进行信道编码，而是采用负逻辑直接传输，即负电压表示逻辑“1”，驱动器的输出电压必须在－15 ～－5V之间，正电压表示逻辑“0”，驱动电压的输出必须在+5～＋15V之间。电缆的最大物理长度一般不超过15米（使用时一般不超过12米），终端电容不应小于2500Pf（包括电缆电容）。RS-232-C的接口定义如下表：
9芯针号 25芯针号 信号缩写 信号流向 信号说明
1 8 DCD DTE 载波检测输出
2 3 RXD DTE 数据输入
3 2 TXD DCE 数据输出
4 20 DTR DCE 数据终端已准备好
5 7 GND  信号地
6 6 DSR DTE 调制解调器已准备好
7 4 RTS DCE 请求发送
8 5 CTS DTE 清除发送
9 22 RI DTE 环路指示
注其中的RXD、TXD、GND为必接端子。
连接时，插针头用于终端设备，插孔座用于发送设备。使用RS-232-C的 最大好处是简单方便、兼容好，缺点是其传输距离较短，抗干扰能力较差。因此这种通信方式通常被应用于传感器内部的信息传递；或在系统中完成同一室内、子系统间近距离的通信连接（如主备机间、中央处理系统和终端机间的连接）。
B)RS-485采用平衡式方式，具有较强的负载驱动能力和抗干扰能力，与RS-232-C相比，信号的传输距离大大增加（通信距离一般在1200米以内），应用领域日益广泛。使用RS-485所带来的最大好处在于：可实现一点对多点的通信，这一点在实际使用中十分有用（如可减少电缆数目、实现信息共享等）。可用来实现室内系统之间的中距离通信，如不同房间子系统间的数据传输等。
本实验电路板仅仅只是在室内工作，所以本系统之间的数据传输采用RS-232-C和RS-485方式。
3.3本章小结
本章讨论了气象传感器的信号采集、信号处理及信号的传输问题。经过对比分析，选择了RS-232-C和RS-485方式进行数据传输，为系统的进一步设计提供了依据

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