新型國家自動氣象站綜合測試系統(tǒng)

蘇禹賓，黃劍釗，殷明杰

新型國家自動氣象站綜合測試系統(tǒng)

蘇禹賓，黃劍釗，殷明杰

（廣西區(qū)氣象技術裝備中心，廣西南寧530022）

針對新型國家自動氣象站的保障問題開展研究，為滿足國家臺站維護人員對新型設備測試工具的迫切需求，研究并設計一套綜合測試系統(tǒng)，其中包括設計模擬信號發(fā)生器、設備狀態(tài)信息采集器、通信接口集成器以及綜合測試系統(tǒng)軟件，解決新型國家自動氣象站保障時效問題，提高保障業(yè)務自動化與智能化。

自動氣象站；測試系統(tǒng)；維護

近年來，地面氣象觀測技術發(fā)展迅速，舊型國家自動氣象站已經全部更新為新型國家自動氣象站[1]。由于新型國家自動氣象站設備集成度高、結構復雜、技術先進，臺站維護人員技術水平參差不齊，一旦發(fā)生故障往往無法獨立判斷和處理故障，維修時間超過國家臺站相應規(guī)定，嚴重依賴省級裝備保障中心。而且，即使有省級保障中心的電話指導，由于臺站對新型設備不熟悉，技術指導效果大打折扣，維修效率低下，處于比較被動的局面。

因此，為了使新型國家自動氣象站的建設與其保障能力的建設同步進行，為臺站提供一套測試系統(tǒng)，使得檢修故障的工作效率快捷化，提高臺站維護人員的獨立維護能力，研究了適合新型國家自動氣象站故障測試的工具。該工具能使保障人員快速定位故障點，縮短故障持續(xù)時間，確保新型國家自動氣象站長期有效的穩(wěn)定運行。

1 系統(tǒng)總體設計

新型國家自動氣象站綜合測試系統(tǒng)由模擬信號發(fā)生器、通信接口集成器、設備狀態(tài)信息采集器以及綜合測試系統(tǒng)軟件等四部分構成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構圖

系統(tǒng)啟動后，首先進行系統(tǒng)自檢，自檢無問題后即可進行相應測試工作。由綜合測試系統(tǒng)軟件控制設備狀態(tài)信息采集器采集各個設備（傳感器、電源、各采集器、通信線纜等）狀態(tài)信息，根據狀態(tài)信息，調用系統(tǒng)測試字典，判斷出相應的故障點。

2 模擬信號發(fā)生器設計

模擬信號發(fā)生器模擬各種傳感器輸出信號，目的是為了測試采集器采集通道的完備性。

模擬的信號包括雨量、溫度、風向、風速、濕度、能見度、蒸發(fā)、輻射[2]。為了節(jié)省硬件開銷，各傳感器的模擬信號均不采用連續(xù)信號，而是定點輸出，以便簡化硬件設計與便于操作，如表1所示。

表1 各要素模擬信號定點輸出表

3 通信接口集成器設計

將所有接口全部集成在一個面板上，方便測試各個接口和線纜的通信性能。包含的接口有：采集器通信接口、各個傳感器接口、各種通信線纜接口以及綜合測試系統(tǒng)信息傳輸接口，見圖2.

圖2 通信接口集成器硬件結構圖

采集器通信接口：主要用于測試主采集器輸入通道完備性。

各個傳感器接口：主要測試傳感器的性能。

各種通信線纜接口：主要用于測試線纜是否存在短路、開路或接觸不良情況。

綜合測試系統(tǒng)信息傳輸接口：包含無線方式—藍牙，有線方式—USB.

另外，由于操作頻繁，各個接口（除綜合測試系統(tǒng)信息傳輸接口之外）設計防靜電保護電路，防止狀態(tài)信息采集器被靜電損壞。

4 設備狀態(tài)信息采集器設計

研究提取采集器（含主、分采集器）、傳感器、通信線纜等的狀態(tài)信息，為故障測試提供原始數據[3]。

本功能主要目的是將采集到的設備狀態(tài)信息，通過USB轉串口傳輸至綜合測試系統(tǒng)軟件，包括7個任務：采集指令響應、傳感器數據采集、模擬器信號輸出、主采集器狀態(tài)獲取、分采集器狀態(tài)獲取、電源狀態(tài)獲取、通信線纜檢測。狀態(tài)信息采集屬于被動執(zhí)行功能，即由綜合測試系統(tǒng)軟件發(fā)出指令，狀態(tài)信息采集器收到指令后馬上作出響應，執(zhí)行以上各種狀態(tài)獲取。如圖3所示。

圖3 狀態(tài)信息采集業(yè)務流程圖

5 綜合測試系統(tǒng)軟件設計

建立一套可以安裝在WIN7或WINXP操作系統(tǒng)上的綜合測試系統(tǒng)軟件，方便維護人員通過自動化測試直觀地看到測試結果，以便排除自動站故障。軟件界面如圖4所示。

圖4 新型國家自動氣象站綜合測試系統(tǒng)界面圖

系統(tǒng)能對新型國家自動氣象站各種設備進行測試：主采集器測試、各分采集器測試（地溫分采、輻射分采、溫濕度分采）、傳感器測試（雨量、溫度、濕度、風向、風速、氣壓、蒸發(fā)、輻射、能見度）、通信系統(tǒng)測試（各部件的通信線纜測試）、電源系統(tǒng)測試。

系統(tǒng)采用了模塊化的測試技術[4]，即根據新型國家自動氣象站的功能特點進行物理切割原則，將測試分割至最小可更換單元。把測試分為四大測試模塊，即采集器測試模塊、傳感器測試模塊、通信系統(tǒng)測試模塊、電源測試模塊。其中采集器測試模塊由4個子模塊構成，分別是主采集器測試子模塊、地溫分采集器測試子模塊、輻射分采集器測試子模塊、溫濕度分采集器子模塊；傳感器測試模塊分為雨量測試子模塊、溫度測試子模塊、風向測試子模塊、風速測試子模塊、濕度測試子模塊、氣壓測試子模塊、輻射信號測試子模塊、能見度測試子模塊、蒸發(fā)測試子模塊等；電源測試模塊分為蓄電池測試子模塊、交流轉直流電源測試子模塊、穩(wěn)壓電源測試子模塊。因為運用了模塊化測試技術，所以測試系統(tǒng)采用測試字典最為合適，建立測試知識庫形成測試字典，根據測試字典，查詢相關測試原因，進行定位，找出并更換相應測試模塊即可完成測試維護。

6 結束語

該系統(tǒng)設計完成后，國家臺站人員可自主、快速測試自動站故障，改變嚴重依賴省級裝備保障中心的現狀，提高故障修復效率，滿足國家臺站的故障修復時效，填補我區(qū)尚無新型國家自動氣象站相關測試系統(tǒng)的空白。該系統(tǒng)可在全區(qū)業(yè)務推廣應用。

[1]新型自動氣象站用戶指南及系統(tǒng)說明書[M].北京：中國華云技術開發(fā)公司研發(fā)中心，2010.

[2]王建凱.等，地面氣象觀測自動化技術手冊[M].北京：氣象出版社，2014.

[3]單片機外圍電路設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[4]吳采霞，蒲利榮，任爽.自動氣象站的日常維護和故障排除[J].氣象研究與應用，2011，32（A02）：193-194，204.

The Integrated Test System of New National Automatic Weather Station

SU Yu－bin，HUANG Jian－zhao，YIN Min－gjie
（Guangxi Meteorological Center of Technology and Equipment，Nanning Guangxi 530022，China）

In order to meet the urgent needs of test the new equipment for the national station maintenance personnel，researching the issues of equipment security issues for new national automatic weather station，design a comprehensive test system，including analog signal generator，equipment state information collector，a communication interface device and integrated test system software.It is to solve the security issues of the new national automatic weather station，and improve the automation and intelligence of the guarantee business.

automatic weather station；test system；maintenance

P415.12

A

1672-545X（2017）07-0114-02

2017-04-16

蘇禹賓（1979-），男，廣西藤縣人，碩士，高級工程師，主要從事氣象技術研究。