ADVANTECH ADAM-5510在气象监测自动站的实际应用 |
任务：
在我国辽阔的地域上，广泛分布着数以万计的气象监测自动站，由于其中很多应用于人烟稀少的地区，所以自动站大多为无人值守的。这就要求系统有很高的可靠性和性能指标。以前这一领域一直被澳大利亚和德国产品所占有，其产品多由单片机开发，完成一些特定功能。由于长期的使用，所以此类产品的技术已非常成熟，使用很可靠。但此类产品同时存在着编程麻烦，扩展性差，价格偏高等不足。
客户希望使用性价比更高的产品来代替现有的设备，经过市场调研选中了研华公司的ADAM-5510基于PC的可编程控制器。
气象行业对气象数据采集器有许多严格的产品技术指标要求和对环境的苛刻要求：
1. 高可靠性，平均无故障时间>3000小时，平均使用寿命5年；
2. 能够离线单独工作；
3. 采集精度达到国家气象局的要求；
4. 功耗低，在市电停电、电池供电的情况下，能工作三天；
5. 足够大的存储器，能保存三个月的数据；
6. 灵活的通讯方式，便于数据传输；
7. 组网方便；
8. 精度要求高（电压0.1％）；
9. 信号种类繁多（数字量、电压、电阻、频率、计数器等）；
10. 数据采集器能过滤原始数据；
11. 能对数据进行线性化和定标。
本案例任务是利用研华生产的ADAM-5510作为数据采集控制器，将所在地域的气象数据进行采集，计算，保存，同时使用Modem通过电话网将数据传送给上位机。
解决方案及系统架构：
一． 系统构成
本次开发的数据采集器是作为或6要素（温度、湿度、气压、风向、风速、降雨）或单元素（雨量计）自动站的核心部分，采集器的性能、稳定性将关系到整个自动站的性能和稳定性，因此我们结合气象自动站的要求和现场传感器的实际情况在这两个方面进行了有针对性的加强，在硬件条件已基本确定的情况下，在编程上使用一些措施以弥补硬件的不足和满足自动站的要求。
二． 硬件架构：
1.ADAM-5510：
研华PC-Based可编程控制器ADAM-5510采用开放的PC架构，不仅容易编写控制逻辑，而且容易与PC系统连接。ADAM-5510内置80188CPU和ROM-DOS操作系统。提供512KB FLASH ROM、512KB SRAM用于用户程序下装、系统操作和数据存储。ADAM-5510具有两个串行口用于与其他设备通讯，另有一个程序口用于下载和调试程序。
ADAM-5510的高品质特性和合理的价格是被气象监测自动站所采用的重要原因。
概括如下：
（1） 体积小、接线方便、结构紧凑、价格便宜，克服了计算机体积大、接线不便、价格高等缺点；
（2） 编程灵活，有几千的数学运算功能，克服了小型PLC数学运算功能差的缺点。与传统的PLC相比，ADAM-5510具有较多的数据存储区域，弹性的可编程能力及通讯库的支持；
（3） 通讯接口多样，易于实现各类远程、近程通讯。ADAM-5510具有两个串行口，COM1指定为RS-232方式，COM2口指定为RS-485方式。ADAM-5510可通过MODEM实现远程控制。总之，ADAM-5510摒弃了计算机和PLC的缺点而兼括了两者的优点。
（4） 本案例选用研华的ADAM-5510作为气象数据采集器是在综合了ADAM-5510自身优缺点和气象数据采集器的具体要求的基础上进行的一次大胆尝试。
2.本次使用的传感器类型、型号、信号类型如下：
对采集器的初步要求如下：
（1） 照气象系统的观测要求定时采集数据：
（2）对采样数据进行处理：
a. 对温度值按气象行业的要求进行修正，对修正值进行等权算术平均，以备用；
b. 对湿度电压值进行修正，根据温度值计算出相对湿度并对湿度值进行等权算术平均；
c. 鉴于气压传感器的特殊情况，该项暂保留；
d. 将8位格雷码换算成0-360o的角度，对风向进行2分钟和10分钟滑动平均，保留滑动平均值；
e. 将风速传感器的频率值换算成速度值，对风速进行2分钟和10分钟滑动平均，保留滑动平均值；
f. 将降雨的计数器值换算成降雨雨强，对结果进行等权算术平均，保留每小时降雨量和每24小时降雨量；
（3）气象行业的格式要求保存以下数据3个月：
a) 每天正点前4分钟的实时数据（除风向、风速外）；
b) 每天正点前4分钟风向、风速10分钟滑动平均值；
（4）将采样数据通过RS-232或Modem实时上传至上位机；
（5）按时或根据上位机的指令将保存的数据通过RS-232或Modem上传至上位机；
3．ADAM-5510系列的数据采集模板：
三． 软件说明：
软件部分根据气象行业的特殊要求，结合ADAM-5510的自身特点进行相应的算法改进和优化：
1. 对于温度值根据PT100铂电阻的非线性特性对其进行严格线性化，以使温度值的精度达到要求的0.1℃；
2. 相对湿度是一个较为复杂的值，和温度、气压密切相关，受条件限制，现只将电压值上传，留待上位机处理；
3. 气压暂保留；
4. 风向的值是8位格雷码，且无规律可循，因此使用了一个400多行语句去求得风向值；
5. 风速和频率为线性关系；
6. 降雨量和计数值之间为线性关系，但ADAM-5080只能为频率模式或计数器模式。
结论：
基于ADAM-5510的气象数据采集器是为恶劣环境下可靠工作而专门设计的紧凑型、智能化现场信息采集单元，特别适合于采样及控制点分散，与主机距离较远的数据采集及控制场合。系统配置灵活简单，输入输出模块全部为隔离保护方式，内部具有看门狗电路，大大的提高了系统的可靠性，应用系统开发周期短。解决了气象行业多年来人工记录的难题。
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