蔡植善，洪斯星 ，蔡嘉燦，曾永西

(1.泉州師范學(xué)院物理與信息工程學(xué)院，福建 泉州 362000;2.泉州豐澤華譽電子器件研究所，福建 泉州 362000)

加強防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè)，加快建立環(huán)境和地質(zhì)監(jiān)測預(yù)警體系，是國家在“十二五規(guī)劃”中的一項重要內(nèi)容［1］。沿海和山區(qū)縣的野外環(huán)境，由于受地形地貌、地質(zhì)條件、氣候條件等綜合因素的影響，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害具有點多、面廣、危害性大、突發(fā)性強等共同特點。特別是每年的6 月～9 月間，是暴雨和臺風(fēng)的多發(fā)季節(jié)，頻繁發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人民的生命財產(chǎn)安全，造成巨大經(jīng)濟損失和人員傷亡。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、特別是實時雨量和歷史雨量有密切的關(guān)系［2－4］。因此，對氣象元素的數(shù)據(jù)采集，是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警的一項重要組成部分。

在條件惡劣的山區(qū)、野外、海島等不適宜有人值守的地區(qū)，不僅市電不易到達(dá)，而且有線傳輸既不方便也不經(jīng)濟。采用互補性很強的風(fēng)能發(fā)電和太陽能發(fā)電作為獨立型的供電系統(tǒng)就成為很好的選擇。本系統(tǒng)是山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的子系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

小型氣象站系統(tǒng)硬件由MCU 最小系統(tǒng)、5 元素氣象參數(shù)傳感器(雨量、風(fēng)力、風(fēng)向、溫度和濕度)電路、時鐘模塊、外擴閃存(16 K)模塊、故障自診斷電路、按鍵、GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊、12864LCD 液晶顯示電路、風(fēng)光互補供電系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組成框圖

考慮到本氣象站是山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的子系統(tǒng)，氣象參數(shù)采集后還需與其它監(jiān)測參數(shù)匯集和融合，匯集時的數(shù)據(jù)傳輸采用ZigBee 短程無線網(wǎng)絡(luò)，免去有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟季€與施工;而且，氣象參數(shù)的測量以及故障自診斷也都需要對多個模擬量進(jìn)行測量，所以選用美國TI 公司的CC2530 芯片，可以較好的滿足要求。由于CC2530 芯片的I/O 口數(shù)量有限，所需測量量及外圍模塊較多，所以增加了I/O 接口電路。選用帶漢字庫的LCD12864 作為本地顯示界面，顯示內(nèi)容豐富;設(shè)計了8個按鍵，便于現(xiàn)場調(diào)試和操作。

1.1 主控MCU 的選擇

對MCU 的選擇參考以下幾個因素:①野外環(huán)境監(jiān)測往往是監(jiān)測區(qū)域內(nèi)多點數(shù)據(jù)采集，這些數(shù)據(jù)需要匯集到基站，再由GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。越來越多的匯集途徑采用的是無線傳輸，而近年來出現(xiàn)的ZigBee 技術(shù)可以很好的把多點傳感器進(jìn)行無線組網(wǎng)。②功耗 如果采用電池供電，功耗問題往往是首先考慮的因素。本系統(tǒng)雖然采用風(fēng)光互補系統(tǒng)供電，但由于要求系統(tǒng)每天24 h、長達(dá)多年的工作，MCU本身的低功耗對風(fēng)力發(fā)電機、太陽能電池板、蓄電池的功率容量要求就更低。③是否為片上系統(tǒng)級(SoC)芯片。因為片上系統(tǒng)芯片的功能都較強，片內(nèi)一般帶有若干個通道的A/D、D/A、豐富的外設(shè)接口、可編程的I/O 端口，內(nèi)嵌硬件仿真調(diào)試電路，足夠大的ROM和RAM，外圍電路簡單，這些都為系統(tǒng)開發(fā)帶來了方便，也使系統(tǒng)電路更可靠。④I/O 端口的數(shù)量是否滿足使用要求。根據(jù)這些要求，TI 公司的CC2530 是個較好的選擇。CC2530 內(nèi)嵌工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強型8051MCU、自帶8 路12 bit A/D 轉(zhuǎn)換器、21個可編程GPIO、2個USART、自帶電池監(jiān)視器和溫度傳感器、強大的5 通道DMA，特別是芯片嵌入的2.4-GHz IEEE802.15.4 的無線收發(fā)電路，大大方便了短距離無線收發(fā)、組網(wǎng)的硬件和軟件設(shè)計并有效的降低開發(fā)成本。CC2530 的最小系統(tǒng)可參考TI 公司的數(shù)據(jù)手冊(參考資料［5］)。小型氣象站的MCU(CC2530)以ZigBee 無線組網(wǎng)的方式加入山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，可以與其他測量參數(shù)進(jìn)行匯聚、融合。CC2530 使用TI 公司推薦的巴比倫單極子不平衡天線，使用高頻0402 封裝的分立電感和電容實現(xiàn)。由于無線收發(fā)的頻率是2.4 GHz 的射頻，所以PCB 天線的布設(shè)成為關(guān)鍵，同時也是難點。因為不同的用戶對最小系統(tǒng)進(jìn)行PCB 設(shè)計時，排版不盡相同，材料參數(shù)也不盡相同，所以除按TI 公司提供的說明、要求布設(shè)外，布好的PCB 天線通常要利用軟件如Ansys 公司的HFSS V12 進(jìn)一步仿真［6］，得到較理想的仿真效果后再交由電路板生產(chǎn)廠家制版。如果PCB 天線沒設(shè)計好，那么傳輸距離會大大縮短，甚至無法通信。如果沒有布設(shè)天線的經(jīng)驗，最好采用成品模塊。

1.2 傳感器接口電路設(shè)計

氣象元素傳感器包括雨量傳感器、溫濕度傳感器和風(fēng)力風(fēng)向傳感器，其中:雨量傳感器和風(fēng)力傳感器的輸出都是脈沖頻率信號，溫濕度傳感器的輸出都是模擬電壓量，風(fēng)向傳感器的輸出是8 路TTL 信號。故障自診斷功能需要對4 路模擬信號進(jìn)行測量，加上時鐘電路(采用SPI 接口)、外擴閃存(采用I2C 接口)、GPRS模塊、液晶顯示器(采用SPI 接口)和按鍵，I/O 端口顯然不夠，所以設(shè)計了I/O 接口擴展電路，如圖2所示。其中，P1.3～P1.5 作為芯片的片選，P1.0～P1.2 作為芯片內(nèi)地址線，結(jié)合軟件的掃描，即可實現(xiàn)對8個獨立式按鍵的掃描、風(fēng)向的判斷和模擬量的輪流測量。需要注意的是，數(shù)字量的切換選用74HC151，為了使MCU 對信號的識別更可靠，最好在74HC151 的輸出端加一個74HC74 整形;而模擬量的切換，選用CD4051，并在CD4051 的輸出加電壓跟隨。

圖2 傳感器接口電路

1.3 氣象參數(shù)測試電路

由于氣象站的工作環(huán)境惡劣，特別是在雷雨天氣容易受強干擾信號影響，所以所有的氣象元素傳感器的信號都不能直接送入MCU 進(jìn)行采集，要加入隔離電路。

1.3.1 雨量傳感器接口

本設(shè)計采用HA2012 雨量傳感器，分辨率0.2 mm/min。其工作原理是:承水口收集的雨水，經(jīng)過漏斗注入計量翻斗—翻斗是用工程塑料注射成型的用中間隔板分成兩個等容積的三角斗室。它是一個機械雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，當(dāng)一個斗室接水時，另一個斗室處于等待狀態(tài)，當(dāng)所接雨水容積達(dá)到預(yù)定值時(這個值就是分辨率)，由于重力作用使自己翻倒，處于等待狀態(tài)，另一個斗室處于接水工作狀態(tài)。當(dāng)其接水量達(dá)到預(yù)定值時，又自己翻倒，處于等待狀態(tài)。在翻斗兩側(cè)壁上各裝有一個磁鋼，兩側(cè)磁鋼翻落處各有一個舌簧管。磁鋼隨翻斗翻動時從干式舌簧管旁掃描，使干式舌簧管通斷。翻斗每翻倒一次，兩個干式舌簧管便都接通一次送出一個開關(guān)信號(脈沖信號)，開關(guān)信號的極性相反。

雨量傳感器接口保護(hù)電路和整形電路如圖3所示。保護(hù)電路主要采用圖3 中D1～D4組成的網(wǎng)絡(luò)。正向脈沖由C1和C2吸收尖峰后，由D1、D2阻斷，負(fù)脈沖則由D3、D4鉗位，達(dá)到保護(hù)作用。TLP521 是一個光耦，在干簧管輸出負(fù)脈沖期間，1～2 間的二極管導(dǎo)通，信號由5 輸出，就起到隔離作用。光耦輸出也是脈沖信號，送入MCU 的I/O 口(P0.4)計數(shù)。

圖3 雨量傳感器接口

1.3.2 風(fēng)速、風(fēng)向傳感器接口

風(fēng)速的測量選用HA2010 風(fēng)速傳感器，其核心部件是霍尼韋爾傳感器。該傳感器采用傳統(tǒng)的三杯式結(jié)構(gòu)，風(fēng)杯選用碳纖維材料，機械強度高，啟動風(fēng)速≤0.3 m/s，啟動性能好;工作電壓DC 5 V～12 V，最大功耗4 W。內(nèi)帶精密信號處理單元可根據(jù)用戶需求輸出各種信號。本系統(tǒng)選擇脈沖信號輸出形式，其輸出阻抗≥1 kΩ，輸出信號頻率與風(fēng)速成正比，即每個脈沖對應(yīng)著0.2 m/s。風(fēng)速輸出的脈沖信號頻率在0～200 Hz 之間，經(jīng)R6接入光耦，C5電容可以吸收尖峰干擾風(fēng)速傳感器與MCU 的連接如圖4(a)所示。

圖4 風(fēng)速/風(fēng)向傳感器接口

風(fēng)向的測量選用HA2011 風(fēng)向傳感器，其核心部件是磁阻傳感器。該傳感器采用傳統(tǒng)的尾翼式低慣性風(fēng)標(biāo)結(jié)構(gòu)，啟動風(fēng)速≤0.3 m/s，啟動性能好;工作電壓DC 5 V～12 V，最大功耗4 W。TTL 信號輸出形式，其輸出阻抗≥1 kΩ。連接線共9 條，其中1 條公共接線，使用時接Vcc，另外8 條線對應(yīng)著正北、東北、正東、東南、正南、西南、正西、西北。當(dāng)風(fēng)標(biāo)隨著風(fēng)向的變化而轉(zhuǎn)動，代表著各個風(fēng)向的輸出線會有一條或同時兩條與公共線通過磁阻導(dǎo)通，把這8 條線經(jīng)光耦接入I/O 接口(74HC151 的D0～D7)的輸入端如圖4(b)所示。圖中的開關(guān)相當(dāng)于磁阻開關(guān)。

1.3.3 溫濕度接口

設(shè)計使用了HA2005A 溫濕度傳感器。該傳感器采用原裝進(jìn)口瑞士主芯片，工作電壓DC 5 V～24 V，經(jīng)調(diào)理電路轉(zhuǎn)化為0～2 V模擬輸出，響應(yīng)速度小于1 s。其中測溫范圍為－30℃～+70℃，對應(yīng)著0～2 V模擬輸出，線性變化;測濕范圍為0% RH～100% RH，對應(yīng)著0～2 V模擬輸出，線性變化。這兩個量直接接入MCU 的A/D 轉(zhuǎn)換輸入端轉(zhuǎn)換。為了防止太陽對儀器的直接輻射和地面對儀器的反射輻射，保護(hù)儀器免受強風(fēng)、雨、雪等的影響，溫濕度傳感器完全包圍在輕型百葉箱里面，儀器感應(yīng)部分有適當(dāng)?shù)耐L(fēng)，能真實地感應(yīng)外界空氣溫度和濕度的變化。溫濕度傳感器的輸出接入CD4051 的X0和X1。

1.4 故障自診斷電路設(shè)計

由于采用離網(wǎng)獨立供電系統(tǒng)，所以供電系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到氣象站的有效性。系統(tǒng)設(shè)計的故障診斷電路是為了及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機和太陽能電池板因為受惡劣天氣或設(shè)備本身的原因而產(chǎn)生的故障。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計時必須有備用電池，通常備用電池在風(fēng)力發(fā)電機和太陽能電池板同時完全失效時可供電至少10 天(對本系統(tǒng)而言)，所以當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機和太陽能電池板其中一個或者兩個同時產(chǎn)生故障無法輸出電能時，故障自診斷電路就可及時檢測出來并短信及時通知管理人員進(jìn)行處理。

風(fēng)力發(fā)電機的故障檢測手段是:①檢測風(fēng)力發(fā)電控制器的風(fēng)力部分的穩(wěn)壓輸出。風(fēng)力部分的穩(wěn)壓輸出約12 V～14 V，經(jīng)分壓后接入CD4051 的X2，再切入MCU 的A/D 轉(zhuǎn)換器檢測，并定義為連續(xù)10天無電壓時為故障。②檢測風(fēng)力發(fā)電控制器的機芯溫度，當(dāng)連續(xù)5 h 機芯工作溫度超過80℃時開始預(yù)報警，超過85℃停止運行(廠家提供的數(shù)據(jù))。選用常用的測溫器件DS18B20，既方便安裝，又只需占用1 條I/O 口線，直接接入MCU 的P0.7 進(jìn)行讀數(shù)。太陽能電池板的故障檢測手段是:在電池板上安裝一個光敏電阻監(jiān)測光照量，同時檢測太陽能發(fā)電控制器上的太陽能部分的穩(wěn)壓輸出。太陽能部分的穩(wěn)壓輸出也是在12 V～14 V，經(jīng)分壓后接入CD4051的X3，再切入MCU 的A/D 轉(zhuǎn)換器檢測，并定義為能檢測到一定光照強度后無電壓輸出或連續(xù)10 天無電壓時為故障(視使用地區(qū)日照歷史情況而定)。

1.5 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸電路

GPRS(通用分組無線業(yè)務(wù))是在現(xiàn)有的第二代移動通信GSM 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種基于分組交換傳輸數(shù)據(jù)的高效率方式，可無縫、直接的Internet 無線IP 連接。GPRS 能夠在一個發(fā)送實體和另一個或多個發(fā)送實體之間提供數(shù)據(jù)傳輸，這些實體可以是連接到另一個GPRS 網(wǎng)絡(luò)或者一個外部數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，這樣的優(yōu)點尤其適用于間歇性、非周期性數(shù)據(jù)的傳輸;少量數(shù)據(jù)的頻繁傳輸;較大容量數(shù)據(jù)的不頻繁傳輸。因此以GPRS為基礎(chǔ)的無線數(shù)據(jù)應(yīng)用為氣象站實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸和實時監(jiān)控提供了一種新的技術(shù)手段［7］。

設(shè)計中GPRS模塊采用SIMCOM 公司的GSM/GPRS模塊SIM300。這是一款支持?jǐn)?shù)字、語音、短消息和傳真，處于睡眠狀態(tài)時電流僅為3 mA 的模塊。模塊工作電壓為單電源3.3 V～4.6 V，模塊工作溫度為－20℃～+55℃，適用于室外安裝。AT 命令集大部分和SIM300模塊兼容。通過標(biāo)準(zhǔn)的RS－232串行接口，用戶可以用MCU 通過AT 命令完成對模塊的操作，達(dá)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。CC2530 的P0.2和P0.3為串行口口線。

1.6 風(fēng)光互補供電系統(tǒng)設(shè)計

由于風(fēng)能和太陽能具有天然的互補優(yōu)勢，即在白天太陽光較強而風(fēng)少，夜間沒有太陽光而風(fēng)力較強;夏天日照好、風(fēng)弱，而冬季風(fēng)大、日照弱。風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)整合了中小型風(fēng)電技術(shù)和太陽能光伏技術(shù)，充分利用了風(fēng)能和太陽能資源的互補性，是一種具有較高性價比的新型能源發(fā)電系統(tǒng)。

離網(wǎng)型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的框圖如圖5所示。因為本系統(tǒng)的負(fù)載全部是直流供電，所以不需要有逆變器部分。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計順序一般遵循以下5個步驟［8］:(1)根據(jù)用電設(shè)備配置確定日平均用電量;(2)根據(jù)資源狀況，無有效風(fēng)速及連續(xù)陰天天數(shù)的長短，每天必用的最低電量，確定蓄電池容量;(3)根據(jù)日平均用電量，逆變器和蓄電池的效率等測算日平均發(fā)電量;(4)根據(jù)風(fēng)能和太陽能資源狀況、系統(tǒng)可靠性要求等因素，確定風(fēng)力發(fā)電機和太陽能的比例;(5)根據(jù)所需風(fēng)力發(fā)電量及太陽能光伏發(fā)電量和資源情況，進(jìn)行發(fā)電機選型、太陽能電池方陣選型。根據(jù)上述原則，留有冗余，系統(tǒng)的風(fēng)光互補供電系統(tǒng)配置方案如表1所示。

圖5 離網(wǎng)型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)框圖

表1 風(fēng)光互補供電系統(tǒng)配置方案

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 氣象參數(shù)采集

雨量、風(fēng)速的輸出都是TTL 標(biāo)準(zhǔn)的頻率量，測量時分別經(jīng)光耦接入CC2530 的引腳P0.4和P0.6，由MCU 進(jìn)行計數(shù)即可;風(fēng)向傳感器的輸出有8 條，都是TTL 信號，經(jīng)光耦接入圖2 的74HC151，再由74HC151 的輸出端接入CC2530 的引腳P1.7，由CC2530 編程對風(fēng)向傳感器的8 條線進(jìn)行掃描;溫濕度傳感器的輸出都是0～2 V 的模擬量，接入圖2 的CD4051，再由CD4051 的輸出端接入CC2530 的引腳P0.0，由CC2530 編程對溫濕度傳感器進(jìn)行測量。軟件流程如圖6所示。其中圖6(a)為雨量和風(fēng)速軟件流程，圖6(b)為溫濕度等模擬量的軟件流程。

圖6 氣象參數(shù)和自診斷參數(shù)采集流程

2.2 故障自診斷

故障自診斷的測量參數(shù)共4個，除風(fēng)力發(fā)電機機芯溫度外還有3個，即風(fēng)力發(fā)電機和太陽能電池板發(fā)電后經(jīng)控制器穩(wěn)壓后的輸出及太陽能電池板上光敏電阻的電壓輸出，這3個量都是電壓模擬量，連同氣象元素的溫濕度共5個電壓模擬量，根據(jù)采集的時間要求對上述5個參數(shù)采集并進(jìn)行數(shù)字濾波處理［9］。如圖6(b)所示。

2.3 無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)

ZigBee 是一種網(wǎng)絡(luò)容量大、節(jié)點體積小、結(jié)構(gòu)簡單、低速率、低功耗的無線通信技術(shù)。在ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中，是由3種設(shè)備類型組成:協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備構(gòu)成，可以組成星形網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)或簇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。本系統(tǒng)以氣象站這個點為協(xié)調(diào)器組網(wǎng)，其他監(jiān)測點如深部位移傳感器、地下水位傳感器等節(jié)點為路由器和終端節(jié)點。節(jié)點的測量和組網(wǎng)的方法另文敘述。

2.4 按鍵和顯示軟件

設(shè)計按鍵和顯示是為了調(diào)試和檢修的方便。為了節(jié)省I/O 口，把8個獨立式按鍵經(jīng)多路開關(guān)74HC151 接入CC2530 的P1.6，軟件進(jìn)行掃描即可;顯示部分采用3 線SPI 串行接口方式的漢字圖形點陣液晶模塊12864A－1，3 條接線CS、CLK、SID 與MCU 的P2.0～P2.2 連接。軟件編程時按鍵程序和液晶顯示程序都設(shè)計為獨立子函數(shù)，供主程序調(diào)用。

2.5 數(shù)據(jù)傳輸［10－11］

單片機通過GPRS模塊附著到通信運營商提供的GPRS 網(wǎng)絡(luò)，登陸到Internet 并與連接其上的任意一臺已知IP 地址的PC 機建立數(shù)據(jù)鏈路并進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)通信。這個過程的核心是GPRS模塊作為移動終端連接GPRS 網(wǎng)絡(luò)，GPRS 數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN(服務(wù)GPRS 支持節(jié)點)發(fā)往GGSN(網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點)，GGSN 對分組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再發(fā)送到Internet，最后再發(fā)送到指定IP 的PC 機。GPRS模塊與GGSN 的通信要符合PPP (點對點)協(xié)議，才可以接入Internet。單片機要實現(xiàn)把采集的數(shù)據(jù)通過GPRS 遠(yuǎn)程發(fā)送，從終端底層到上位機的協(xié)議有串口驅(qū)動層、GPRS模塊驅(qū)動、PPP 協(xié)議層、IP 協(xié)議層、TCP 協(xié)議層和應(yīng)用層。選用的MC39I模塊已經(jīng)自帶TCP/IP協(xié)議，使得數(shù)據(jù)傳送的軟件設(shè)計大為簡化。簡化后的編程環(huán)節(jié)是:單片機通過AT 命令對GPRS模塊進(jìn)行連接、發(fā)送數(shù)據(jù)，應(yīng)用層采用LabVIEW 編程通過IP 地址登陸Internet 接收數(shù)據(jù)。單片機上網(wǎng)、連接到指定IP 地址的遠(yuǎn)程計算機到與遠(yuǎn)程計算機的收發(fā)數(shù)據(jù)的過程實現(xiàn)，都可以先通過串行調(diào)試助手進(jìn)行，每發(fā)一條AT 命令，都會返回一個正確或錯誤的信息。單片機通過GPRS 遠(yuǎn)程收發(fā)數(shù)據(jù)的調(diào)試過程是:①用串口調(diào)試助手設(shè)置GPRS模塊的通信波特率，并與單片機的串行通信波特率一致:AT+IPR=9600;②建立單片機與遠(yuǎn)程計算機的連接:AT+CGDCONT=1，“IP”，“COMNET”，設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)為移動夢網(wǎng);AT+CGATT=1，登陸GPRS 網(wǎng)絡(luò);AT+CGCLASS=“B”，選擇GPRS或GSM 服務(wù)的一種;AT+CGACT=1，1，激活GPRS;AT+CIPSTART=“TCP”，“192.168.1.100”，“8080”，設(shè)置上位機IP 地址和偵聽端口;ATD* 99＊＊＊1#撥號。然后就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)傳送的流程如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)發(fā)送流程

3 LabVIEW 上位機軟件設(shè)計［12］

LabVIEW 提供的網(wǎng)絡(luò)通信功能的方式包括:TCP、DataSocket、瀏覽器、RDA。本文采用TCP/IP 通信。LabVIEW 提供的TCP/IP 協(xié)議包括TCP和UDP，多數(shù)情況，習(xí)慣使用TCP 協(xié)議。LabVIEW 內(nèi)與TCP 協(xié)議相關(guān)的功能函數(shù)有:網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽TCPListen，與指定地址和端口的服務(wù)器建立連接的TCPOpen，從TCP 連接中讀取數(shù)據(jù)的TCPRead，向TCP 連接中寫數(shù)據(jù)的TCPWrite 及關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接的TCPColse。可采用服務(wù)器/客戶機模式進(jìn)行通信，初始化時，首先指定網(wǎng)絡(luò)端口，這個端口號就是數(shù)據(jù)終端遠(yuǎn)程登陸時指定的端口號，一般在0～65535 間取大于1024 的值，并用TCPListen 函數(shù)建立監(jiān)聽，等待客戶機(即遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端)的連接請求，連接建立后采用TCPRead 函數(shù)接收數(shù)據(jù)，也可采用TCPWrite 發(fā)出命令(如設(shè)置數(shù)據(jù)采集間隔時間)。圖8為LabVIEW 監(jiān)測界面。

圖8 LabVIEW 監(jiān)測界面

4 結(jié)語

氣象參數(shù)的監(jiān)測是環(huán)境監(jiān)測的一項重要組成部分。采用離網(wǎng)型的風(fēng)光互補獨立供電系統(tǒng)，具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點;采用GPRS 遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，具有不受時間、地域的限制特點;在供電系統(tǒng)中加入故障監(jiān)測電路，使系統(tǒng)的可靠性和安全性大大提高。系統(tǒng)經(jīng)過半年多時間的運行，為遠(yuǎn)程監(jiān)測的上位機發(fā)回了大量的數(shù)據(jù)，為環(huán)境監(jiān)測和治理發(fā)揮了很大作用。

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