Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các module phục vụ đo lường giám sát trong trạm khí tượng tự động

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.Cơ sở pháp lý/ xuất xứ của đề tài Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các module phục vụ đo lường giám sát trong trạm khí tượng tự động” được thực hiện theo: Hợp

Bộ công thương

viện điện tử – tin học

báo cáo tổng kết đề tài kh&cn cấp bộ

nghiên cứu thiết kê, chế tạo các module phục vụ đo lường giám sát trong trạm khí tượng tự động

BÁO CÁO

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NĂM 2008

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC MODULE PHỤC VỤ

(Mã số: 188.08RD/HĐ-KHCN.)

Chủ nhiệm nhiệm vụ: Trịnh Hải Thái

Đơn vị chủ trì: Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

Các cơ quan phối hợp chính: TT Khí Tượng Thủy Văn Quốc Gia

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NC ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA

   


2

DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

STT Họ và tên Đơn vị công tác

1 Trịnh Hải Thái Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

2 Trần Văn Tuấn Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

3 Nguyễn Tuấn Nam Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

4 Tạ Văn Nam Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

5 Đinh Đức Chính Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

6 Phạm Chí Công Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

7 Nguyễn Thị Hương Lan Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

8 Phạm Thùy Dung Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

9 Bùi Đức Thắng Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

10 Phạm Hùng Cường Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa

MỤC LỤC

Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 5

1.Cơ sở pháp lý/ xuất xứ của đề tài 5

2.Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài 5

2.1 Tính cấp thiết 5

2.2 Mục tiêu nghiên cứu 11

3 Đối tượng thụ hưởng và hiệu quả kinh tế - xã hội của đề tài 11

4 Phương pháp thực hiện 12

5 Nội dung, phạm vi nghiên cứu 13

6 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước 14

7 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước 14

7.1 Tổng quan 14

7.2 Giới thiệu các trạm khí tượng tự động của nước ngoài .15

7.2.1 Trạm khí tượng tự động AWS 2700 hãng AANDERAA 15

7.2.2 Trạm khí tượng tự động RAWS-F hãng CAMPBELL 22

8 Kết quả khảo sát thực tế 30

8.1 Khảo sát trạm khí tượng tự động Sân Bay Nội Bài - MIDAS IV- hãng VAISALA 30

8.2 Khảo sát trạm khí tượng tự động Thanh Hóa và Hải Phòng 42

8.3 Các đại lượng và đơn vị đo gió: 46

8.4 Tìm hiểu các loại sensor đo gió .49

8.4.1 Sensor đo gió chong chóng - kiểu cánh quạt hãng YOUNG .49

8.4.2 Sensor đo gió chong chóng - kiểu chén gió hãng SUTRON 51

8.4.3 Sensor đo gió chong chóng - kiểu chén gió hãng VAISALA .52

8.4.4 Sensor đo gió loại siêu âm 55

8.5 Tổng kết kết quả khảo sát 59

9 Tổng kết các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết và giải pháp 60 Chương II THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC MODULE TRONG TRẠM KHÍ

4

3.1 Thiết kế Mainboard 74

3.2 Thiết kế khối LCD và bàn phím 80

3.3 Thiết kế khối truyền thông 81

3.4 Khối nguồn 84

4 Xây dựng phần mềm cho Datalogger 85

4.1 Chức năng phần mềm 85

4.2 Cấu trúc của phần mềm 86

4.3 Xây dựng chức năng truyền thông dữ liệu qua mạng GSM 87

4.4 Xây dựng chức năng lưu trữ dữ liệu 89

4.5 Các chức năng cài đặt và hiển thị trên màn hình LCD 89

Chương III THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 93

1 Thử nghiệm tại phòng thí nghiệm : 93

2 Thử nghiệm ngoài hiện trường: 98

KẾT LUẬN 127

LỜI CẢM ƠN 127

TÀI LIỆU THAM KHẢO 128

PHỤ LỤC 129

Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.Cơ sở pháp lý/ xuất xứ của đề tài

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các module phục vụ đo lường giám sát trong trạm khí tượng tự động” được thực hiện theo:

Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số KHCN giữa Bộ Công Thương (Bên A) và Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin Học, Tự động hóa (Bên B) ký ngày 03 Tháng 03 Năm 2008

188.08RD/HĐ-2.Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài

2.1 Tính cấp thiết

Việt nam là một quốc gia nằm trong khu vực đông nam Châu Á, có vị trí địa lý trải dài từ 8030’ đến 23022’ độ vĩ Bắc và từ 102010’ đến 109021’ độ kinh Đông, với bờ biển trải dài hơn 3260km Với những đặc điểm về vị trí địa lý theo đánh giá của cơ quan quản lý thiên tai châu Á thuộc tổ chức Khí tượng Thủy văn Thế Giới, ngoài những thuận lợi của điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa thì Việt nam là một trong những nước chịu nhiều thiên tai ở châu Á cũng như trên thế giới Do vị trí địa lý và đặc điểm địa hình, ở Việt nam thường xảy ra bão, áp thấp nhiệt đới, mưa lớn, lũ lụt, hạn hán, dông tố, lốc, lũ quét….Trong đó bão và lũ là những thiên tai thường gây hậu quả nặng nề hơn cả Hàng năm trung bình có khoảng 6-7 cơn bão

và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào nước ta Ngoài ra các hiện tượng thiên tai khác như hạn hán, dông tố, lốc, lũ quét , sạt lở đất cũng xảy ra thường xuyên hơn và ở mức

độ phức tạp hơn Đặc biệt trong một vài thập kỷ gần đây, thời tiết trong khu vực nói chung và Việt nam nói riêng có những diễn biến hết sức phức tạp, thiên tai xảy

ra trên diện rộng và mức độ tàn phá nặng nề hơn

Từ năm 1995-2000, chỉ tính riêng mức độ thiệt hại do thiên tai gây ra: về người cao hơn gấp 3 lần, về tài sản cao hơn 4 lần so với 5 năm đầu của thập kỷ Từ năm 1990 đến năm 2000, khoảng 8.000 người bị thiệt mạng, 2.3 triệu tấn lương thực bị phá huỷ, 9.000 tàu thuyền bị đắm và 6 triệu căn nhà bị phá huỷ

379 người thiệt mạng và gây thiệt hại về vật chất trên 5.200 tỷ đồng

Theo Tổng cục thống kê trong vài năm trở lại đây thiên tai, lũ lụt vẫn tiếp tục gia tăng:

Trong năm 2006 nước ta đã chịu ảnh hưởng của 10 cơn bão, 4 áp thấp nhiệt đới, 9 đợt lũ quét, nhiều trận lốc xoáy, mưa đá… trong năm nay Dù Chính phủ đã chỉ đạo các địa phương chủ động phòng chống nhưng thiệt hại do thiên tai gây ra vẫn rất lớn

Theo Ban Chỉ đạo phòng chống lụt bão Trung ương, gây thiệt hại lớn nhất về người và tài sản trong năm 2006 là những trận bão có sức tàn phá kinh hoàng như: Cơn bão số 6, số 9, số 1…

Thiên tai đã khiến 339 người thiệt mạng, 274 người mất tích, 2.065 người bị thương; 75 nghìn ngôi nhà bị đổ, trôi; 554 căn khác bị ngập, hư hại…

Về sản xuất kinh tế, đã có làm 140 nghìn ha lúa bị ngập, trong đó hơn 21 nghìn

ha bị mất trắng; 122 nghìn ha hoa màu bị ngập, hư hại; gần 10 nghìn ha nuôi trồng thuỷ sản, hơn 2 nghìn tàu thuyền bị chìm, hư hại; gần 1,1 triệu m3 đất đá công trình thủy lợi bị sạt lở, bồi lấp…

Năm 2006 tổng thiệt hại ước tính gần 18,6 nghìn tỷ đồng (1,19 tỷ USD)

Năm 2007 Tổng cục Thống kê cho biết, tổng thiệt hại do thiên tai, chủ yếu là

do sạt lở đất, mưa to và bão lũ gây ra ở 50 tỉnh, thành phố trên cả nước ước tính lên tới trên 11.600 tỷ đồng, bằng khoảng 1% GDP Thiên tai đã làm 435 người chết, mất tích; làm ngập và hư hại 113.800 ha lúa; phá huỷ trên 1.300 công trình đập, cống, làm sạt lở cuốn trôi hơn 1.500 km đê và kênh mương; làm hơn 7.800 ngôi nhà và phòng họp bị sập đổ

Do ảnh hưởng nặng nề của thiên tai nên tình trạng thiếu đói vẫn xảy ra ở những vùng thiên tai Năm 2007, cả nước có 723.900 lượt hộ với 3.034.500 lượt nhân khẩu bị thiếu đói

Theo Tổng cục Thống kê, trong 6 tháng đầu năm 2008, những đợt rét đậm, rét hại kéo dài, triều cường và lũ lớn xảy ra tại nhiều địa phương trên cả nước đã làm

ảnh hưởng lớn đến sản xuất và đời sống dân cư Thời tiết rét đậm rét hại hồi đầu năm đã làm 200 nghìn ha lúa bị hư hỏng; 122 nghìn con trâu bò, 1 nghìn con lợn

Để sản xuất sản phẩm dự báo cần có các dữ liệu đầu vào là các kết quả quan trắc KTTV Sản xuất sản phẩm dự báo chủ yếu vẫn đang sử dụng các phương pháp truyền thống như: synốp, thống kê Tuy rằng trong những năm gần đây đã ứng dụng thành công một vài mô hình dự báo số nhưng lại xảy ra tình trạng "đói" số liệu đầu vào do công tác quan trắc, đo đạc và truyền dẫn số liệu chưa đáp ứng kịp thời Hiện nay việc thu thập số liệu và truyền dẫn số liệu quan trắc về Trung tâm KTTV Quốc gia vẫn thực hiện theo phương pháp thủ công, quan trắc rời rạc, thực hiện nhiều lần trong ngày Mạng quan trắc chưa đủ dày về mật độ Chưa đạt yêu cầu đại biểu cho sự biến thiên của đối tượng quan trắc theo không gian và thời gian Hiện tại mạng lưới quan trắc có 170 trạm khí tượng bề mặt, 231 trạm thuỷ văn, 21 trạm khí tượng hải văn, 393 trạm đo mưa nhân dân

Vì vậy cần thiết phải tăng cường đầu tư lắp đặt rất nhiều trạm khí tượng trong thời gian tới Những trạm quan trắc khí tượng tự động trong ngành KTTV hiện nay đều do nước ngoài cung cấp, tuy nhiên sau một thời gian hoạt động đã hư hỏng Các trạm quan trắc khí tượng tự động ngoại nhập giá thành cao, chi phí duy trì hoạt động lớn, khả năng nâng cấp mở rộng rất khó, cụ thể như trạm quan trắc khí tượng tự động đã có mặt trên thị trường Việt Nam của Monitor sensors, MetOne, Campbell, Vaisala, khi hỏng đều phải mua module thay thế chính hãng

và thuê chuyên gia xác định sai hỏng với kinh phí lớn, thời gian sửa chữa cũng không kịp thời làm gián đoạn công việc quan trắc trong thời gian dài

8

Ngày 29/11/2007 Thủ tướng chính phủ Nguyễn Tấn Dũng đã ra quyết định số

16/2007/QĐ-TTg về việc phê duyệt “Quy hoạch tổng thể mạng lưới quan trắc

tài nguyên và môi trường quốc gia đến năm 2020” trong đó gồm 3 giai đoạn

như sau:

a) Giai đoạn 2007 - 2010:

- Xây dựng và hoàn thiện cơ cấu tổ chức, bộ máy quản lý và điều hành; đào tạo

bổ sung đội ngũ quan trắc viên, đáp ứng yêu cầu, nhiệm vụ của mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia;

- Bổ sung, sửa đổi các quy định, quy trình, quy phạm, chỉ tiêu quan trắc một cách đồng bộ, đáp ứng được yêu cầu, nhiệm vụ quan trắc của từng lĩnh vực tài nguyên và môi trường cụ thể;

- Củng cố và từng bước hiện đại hoá các trạm quan trắc tài nguyên và môi trường hiện có; xây dựng và đưa vào vận hành ít nhất 1/3 số trạm dự kiến xây mới, trọng tâm là những khu vực, những yếu tố quan trắc có nhu cầu cấp bách phục vụ phòng chống thiên tai và bảo vệ môi trường;

- Xây dựng, củng cố, nâng cấp các trung tâm thông tin, tư liệu môi trường, tài nguyên nước, khí tượng thủy văn; tăng cường năng lực và bảo đảm truyền tin thông suốt giữa các trạm quan trắc, các trung tâm thông tin, tư liệu tài nguyên và môi trường; tạo lập, quản lý và khai thác có hiệu quả cơ sở dữ liệu quan trắc tài nguyên và môi trường

b) Giai đoạn 2011 - 2015:

- Tiếp tục củng cố và hiện đại hoá các trạm quan trắc tài nguyên và môi trường

đã có; xây dựng và đưa vào vận hành ít nhất 1/2 số trạm còn lại;

- Nâng cấp cơ sở dữ liệu tài nguyên và môi trường, bảo đảm thông tin thông suốt, đồng bộ, có hệ thống và độ tin cậy cao;

- Tiếp tục đào tạo bổ sung đội ngũ quan trắc viên, đáp ứng đủ nhu cầu cán bộ của mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia

c) Giai đoạn 2016 - 2020:

- Hoàn thành việc xây dựng và đưa vào hoạt động có hiệu quả các trạm quan trắc trong Quy hoạch, bảo đảm tính hợp lý, thống nhất, đồng bộ, hiện đại của mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia;

- Nâng cao năng lực đội ngũ quan trắc viên, kỹ thuật viên và cán bộ quản lý, đáp ứng tốt yêu cầu hoạt động của mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia

Quy hoạch mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia

Mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia được chia thành các mạng lưới chuyên ngành sau đây:

a) Mạng lưới quan trắc môi trường, gồm quan trắc môi trường nền và quan trắc môi trường tác động được xây dựng dựa trên cơ sở duy trì, nâng cấp các trạm, điểm quan trắc môi trường hiện có và xây dựng bổ sung các trạm, điểm quan trắc mới:

- Mạng lưới quan trắc môi trường nền đến năm 2020 gồm 8 điểm quan trắc môi trường nền không khí, 60 điểm quan trắc môi trường nền nước sông, 6 điểm quan trắc môi trường nền nước hồ, 140 điểm quan trắc môi trường nền nước dưới đất và 12 điểm quan trắc môi trường nền biển ven bờ và biển khơi;

- Mạng lưới quan trắc môi trường tác động đến năm 2020 gồm 34 đơn vị quan trắc với cơ sở vật chất, trang thiết bị quan trắc hiện đại 58 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương, khu công nghiệp quan trắc tác động môi trường không khí;

64 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương, khu công nghiệp quan trắc tác động môi trường nước mặt lục địa; 21 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương quan trắc mưa axit; 32 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương quan trắc môi trường đất Thực hiện quan trắc môi trường biển ở 48 cửa sông, 14 cảng biển, 11 bãi tắm, 7 vùng nuôi trồng thuỷ sản, 160 điểm ngoài khơi; quan trắc môi trường phóng xạ ở 120 mỏ và tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương; quan trắc chất thải rắn ở 64 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương (tập trung cho các khu công nghiệp, làng nghề); quan trắc

đa dạng sinh học ở 49 vườn quốc gia và khu bảo tồn thiên nhiên

b) Mạng lưới quan trắc tài nguyên nước, gồm quan trắc tài nguyên nước mặt

và quan trắc tài nguyên nước dưới đất:

- Mạng lưới quan trắc tài nguyên nước mặt đến năm 2020 gồm 348 trạm, trong

10

- Mạng lưới quan trắc tài nguyên nước dưới đất được xây dựng trên cơ sở duy trì, nâng cấp 39 trạm, 286 điểm và 661 công trình quan trắc hiện có và bổ sung các trạm, điểm còn thiếu đưa tổng số trạm, điểm quan trắc đến năm 2020 là 70 trạm,

692 điểm và 1331 công trình quan trắc

c) Mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn, gồm quan trắc khí tượng, quan trắc thủy văn và quan trắc khí tượng hải văn:

- Mạng lưới quan trắc khí tượng được xây dựng trên cơ sở duy trì, nâng cấp

174 trạm khí tượng bề mặt, 29 trạm khí tượng nông nghiệp, 19 trạm khí tượng cao không (6 trạm rađa thời tiết, 3 trạm thám không vô tuyến, 7 trạm pilot, 3 trạm ôdôn

- bức xạ cực tím) và 764 điểm đo mưa hiện có, đồng thời bổ sung các trạm, điểm còn thiếu, đưa tổng số trạm, điểm quan trắc đến năm 2020 là 231 trạm khí tượng bề mặt, 79 trạm khí tượng nông nghiệp, 50 trạm khí tượng cao không (15 trạm rađa thời tiết, 11 trạm thám không vô tuyến, 11 trạm pilot, 4 trạm ôdôn - bức xạ cực tím,

9 trạm định vị sét) và 1.580 điểm đo mưa;

- Mạng lưới quan trắc thủy văn được xây dựng trên cơ sở duy trì, nâng cấp

248 trạm hiện có và bổ sung một số trạm còn thiếu, đưa tổng số trạm quan trắc đến năm 2020 là 347 trạm;

- Mạng lưới quan trắc khí tượng hải văn được xây dựng trên cơ sở duy trì, nâng cấp 17 trạm hiện có và bổ sung một số trạm còn thiếu, đưa tổng số trạm đến năm 2020 là 35 trạm

Quan điểm quy hoạch tổng thể

Trong quyết định số 16/2007/QĐ-TTg ban hành ngày 29/11/2007 của Thủ tướng chính phủ có nêu rõ các quan điểm của quy hoạch tổng thể như sau:

- Quy hoạch phải có tính kế thừa, tận dụng và phát huy tối đa cơ sở vật chất kỹ thuật và đội ngũ quan trắc viên hiện có; sửa chữa, nâng cấp hoặc đầu tư xây dựng mới các trạm, điểm quan trắc phải tập trung, có trọng tâm, trọng điểm, tránh dàn trải, phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội, yêu cầu bảo vệ tài nguyên - môi trường, đáp ứng nhu cầu cung cấp thông tin, số liệu điều tra cơ bản phục vụ phát triển bền vững đất nước trong từng giai đoạn

- Mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia được quy hoạch phải bảo đảm tính đồng bộ, tiên tiến, hiện đại, trên phạm vi toàn lãnh thổ và có đội ngũ cán bộ đủ năng lực để vận hành Cùng một yếu tố quan trắc, tại mỗi thời điểm và vị

trí xác định, việc quan trắc chỉ do một đơn vị sự nghiệp thực hiện theo một quy trình thống nhất

- Mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia là một hệ thống mở, liên tục được bổ sung, nâng cấp và hoàn thiện, kết nối và chia sẻ thông tin bảo đảm thông suốt từ trung ương đến địa phương với sự quản lý thống nhất của Bộ Tài nguyên và Môi trường

- Từng bước hiện đại hóa công nghệ, máy móc và thiết bị quan trắc trên cơ sở

áp dụng rộng rãi các công nghệ nghiên cứu tạo ra ở trong nước và tiếp thu, làm chủ được các công nghệ tiên tiến của nước ngoài

Do vậy nghiên cứu , chủ động thiết kế chế tạo các module làm cơ sở xây dựng hoặc sửa chữa thay thế trạm KTTĐ, từng bước tiến tới nội địa hoá các trạm KTTĐ

; góp phần phòng chống thiên tai, tiết kiệm cho đất nước và đẩy nhanh quá trình hiện đại hoá mạng lưới QTKTTV tại Việt Nam đang có tính cấp thiết hiện nay

2.2 Mục tiêu nghiên cứu

 Mục tiêu kinh tế - xã hội:

Thiết kế chế tạo ra các sản phẩm phục vụ nhu cầu cấp bách phòng chống thiên tai

Thay thế các thiết bị ngoại nhập để giảm giá thành, tiết kiệm cho đất nước

 Mục tiêu khoa học công nghệ:

Nghiên cứu , chủ động thiết kế chế tạo các module làm cơ sở xây dựng hoặc sửa chữa thay thế trạm KTTĐ, từng bước tiến tới nội địa hoá các trạm KTTĐ và góp phần đẩy nhanh quá trình hiện đại hoá mạng lưới QTKT tại Việt Nam

3 Đối tượng thụ hưởng và hiệu quả kinh tế - xã hội của đề tài

Đối tượng thụ hưởng là:

- Ngành Khí Tượng Thủy Văn

- Ngành Nông Nghiệp

- Ngành Giao thông vận tải

12

thành đều đo bằng phương pháp thủ công) Chỉ có một số trạm KTTV có thiết bị

đo tự động (vốn ODA) xong chưa phát huy được hiệu quả do thiết bị chưa nhiệt đới hoá và thiếu khả năng làm chủ về công nghệ cũng như linh kiện thay thế Nhu cầu số trạm cần thiết bị đo KTTV lên tới hàng nghìn trạm, mà thực tế yêu cầu cứ 15km2 phải có 1 trạm đo mới đảm bảo cung cấp đủ thông tin cho công tác

dự báo thời tiết Diện tích Việt Nam là 330991km2 tương ứng cần 22060 trạm đo KTTV

Hi ệu quả kinh tế - xã hội:

Chủ động thiết kế chế tạo sẽ làm giảm chi phí ứng dụng (bao gồm chi phí thiết

bị và chi phí duy trì hoạt động) sản phẩm khoảng 30% - 50% so với nhập ngoại, góp phần tiết kiệm ngoại tệ cho đất nước và các doanh nghiệp, đồng thời nâng cao năng lực của đội ngũ làm KHCN trong nước

4 Phương pháp thực hiện

Sensor khí tượng là thành phần cơ sở để xây dựng các trạm khí tượng Tuy nhiên chế tạo sensor khí tượng là chưa khả thi trong điều kiện Việt Nam hiện nay Các ngành công nghiệp phụ trợ liên quan chưa có hoặc chưa phát triển đến mức để

có thể đảm bảo chất lượng của sensor sản xuất ra đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật, đồng thời chi phí cho nghiên cứu chế tạo sensor rất lớn (hàng năm thế giới tiêu tốn hàng chục tỷ đô la cho nghiên cứu chế tạo các sensor)

Qua nghiên cứu bước đầu nhóm thực hiện đề tài nhận thấy giá trị của các module điện tử liên quan tới xử lý tín hiệu sensor và truyền thông; các phần mềm giám sát trung tâm chiếm tỷ lệ tương đối lớn trong trạm khí tượng tự động và chúng ta có thể hoàn toàn thiết kế chế tạo được Vì vậy phương pháp nghiên cứu là: trước hết nhóm thực hiện sẽ khảo sát các trạm khí tượng tại Việt Nam, thu thập, phân tích các yêu cầu và khả năng áp dụng thực tế Phối hợp với các chuyên gia trong lĩnh vực này để tìm hiểu các yêu cầu kỹ thuật phục vụ cho thiết kế Tại Việt Nam hiện đã có nhiều trạm khí tượng tự động đang hoạt động , 100% nhập khẩu Sau thời gian hoạt động đã có nhiều sự cố Việc khắc phục sự cố hiện nay chủ yếu

là mua các thiết bị, module thay thế với giá thành rất cao Nhóm thực hiện sẽ nghiên cứu, phân tích các sự cố đó để giảm thiểu các nhược điểm cho sản phẩm sẽ chế tạo Trên cơ sở kết quả khảo sát nhóm thực hiện tiến hành chọn lựa linh kiện, vật tư, thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam và đưa ra các giải pháp mang tính

tổng thể phù hợp với điều kiện Việt Nam Nhóm sẽ kết hợp với nghiên cứu giải pháp của các hãng nước ngoài chế tạo các trạm khí tượng để học hỏi kinh nghiệm phục vụ thiết kế Nhóm thực hiện đặt ra mục tiêu thiết kế chế tạo ra các module chuẩn để có thể thay thế các module ngoại nhập và làm cơ sở để thiết kế chế tạo trạm khí tượng và mạng lưới khí tượng tự động hoàn chỉnh, sao cho sản phẩm đi đúng theo xu hướng phát triển hiện nay trong lĩnh vực này và sản phẩm đạt các yêu cầu như: đạt các tiêu chuẩn chất lượng của ngành, giá thành hạ (cố gắng nội địa hoá tối đa các bộ phận như liên quan đến cơ khí , điện tử, ), hiện đại tương đương với các hệ thống nhập ngoại và có cải tiến theo yêu cầu của người sử dụng để phù hợp điều kiện Việt Nam và nhu cầu thực tế (như tính năng, giao diện, ngôn ngữ, trợ giúp, ), tiến đến thương mại hoá các sản phẩm để cung cấp cho thị trường trong nước

5 Nội dung, phạm vi nghiên cứu

Nội dung của đề tài là : Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các module phục vụ đo

l ường giám sát trong trạm khí tượng tự động

Theo như đăng ký khối lượng công việc của đề tài sẽ được thực hiện trong hai năm từ 01/2008 đến 12/2009, trong đó:

Năm 2008 đề tài thực hiện các nội dung có trong bản phụ lục 1 của hợp đồng số 188.08 RD/HD-KHCN ký ngày 03/03/2008 giữa Bộ Công Thương và Viện Nghiên Cứu Điện tử, Tin học, Tự động hoá cụ thể như sau:

- Khảo sát hiện trường, thu thập, phân tích các yêu cầu và khả năng áp dụng thực tế phục vụ thiết kế, chế tạo sản phẩm

- Xây dựng mô hình trạm khí tượng tự động

- Thiết kế chế tạo các module phục vụ đo: tốc độ gió , hướng gió

- Thiết kế chế tạo datalogger

- Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm , hiệu chỉnh và đánh giá

- Viết báo cáo tổng kết KHKT và báo cáo nghiệm thu đề tài

14

- Thiết kế chế tạo các module khí tượng tự động đo các thông số: lượng mưa,

độ ẩm, nhiệt độ

- Xây dựng phần mềm giám sát trung tâm phục vụ quan trắc khí tượng tự động

- Thử nghiệm, hiệu chỉnh và đánh giá

- Viết báo cáo tổng kết KHKT và báo cáo nghiệm thu đề tài

6 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước

Từ trước đến nay đã có một số đề tài nghiên cứu có liên quan ít nhiều tới vấn

đề nghiên cứu đặt ra:

Đề tài “Nghiên cứu hiện trạng, xác định nguyên nhân sai hỏng các trạm khí tượng tự động đã lắp đặt và đề ra biện pháp xử lý khắc phục” do Trung tâm Mạng lưới KTTV và môi trường thuộc Trung tâm khí tượng thuỷ văn Quốc gia thực hiện

và bảo vệ thành công ngày 11 tháng 12 năm 2006 Tuy nhiên đề tài mới chỉ dừng ở

7 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước

7.1 Tổng quan

Hiện nay trên thế giới đã có nhiều hãng nghiên cứu thiết kế chế tạo các trạm KTTĐ phục vụ cho các lĩnh vực khác nhau như dự báo thiên tai (báo bão, cháy rừng, lũ quét, ), sản xuất nông/công nghiệp, giao thông vận tải (trong đó đặc biệt

là hàng không), Các hãng lớn có thể kể tới như Campbell, Vaisala, Monitor Sensor, Metone Có hai dạng trạm KTTĐ chính là loại xách tay (portable) và loại

cố định Các trạm có thể hoạt động độc lập hoặc liên kết thành mạng lưới lớn (mạng quan trắc khí tượng thuỷ văn) với môi trường truyền thông vô tuyến hoặc hữu tuyến Tuy vậy các trạm độc lập vẫn có giao diện truyền thông với thiết bị đọc

và lưu dữ liệu (thường là PC) Các phương thức truyền dữ liệu đi xa hay sử dụng là

dùng telephone-network, cellular telephone, GSM, sử dụng kênh truyền thông riêng qua vệ tinh (GOES, METEOSAT, LEOS, ARGOS), truyền không dây dùng sóng radio (UHF, VHF, spread spectrum) Truyền thông tại hiện trường (trong phạm vi hẹp) thường sử dụng các giao thức trên nền RS232/RS485/Ethernet như Modbus, Profibus, Công nghệ sản xuất sensor đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao nên nhiều hãng không trực tiếp chế tạo mà chỉ chế tạo các thành phần khác trong trạm KTTĐ như phần cơ khí, các module xử lý tín hiệu sensor, module truyền thông , các phần mềm ứng dụng chuyên ngành KTTV sau đó tích hợp thành trạm KTTĐ

và mạng lưới QTKT Một trạm khí tượng tự động gồm các thành phần chủ yếu sau: các sensor (đo các thông số chủ yếu là tốc độ gió và hướng gió; nhiệt độ đất và không khí; áp suất khí quyển; độ bức xạ; lượng mưa; độ ẩm) ; datalogger tích hợp module truyền thông; các thiết bị cấp nguồn (ắc quy, pin mặt trời); các thiết bị bảo

vệ chống sét; PC và phần mềm giám sát trung tâm; cột tháp và các thiết bị phụ khác Trong đó giá trị các module xử lý tín hiệu sensor, datalogger, module truyền thông và phần mềm chiếm tỷ lệ không nhỏ trong tổng giá trị trạm KTTĐ

Cùng với sự phát triển của công nghệ sản xuất chip, các thiết bị điện tử trong trạm KTTĐ ngày càng có chất lượng cao và nhiều tính năng ưu việt như: kích thước nhỏ, tiêu hao ít năng lượng, tốc độ xử lý nhanh, dung lượng bộ nhớ cho phép tăng liên tục, chống chịu tốt trước các tác động của môi trường về cơ học và hoá học Module nguồn thường dùng các loại 80–135/160–270 Vac, 50/60 Hz /9–30 Vdc Các module xử lý tín hiệu sensor có thể mở rộng tối đa vài chục đầu vào loại: điện áp, dòng điện, điện trở, xung, RS232, RS485, FSK; đầu ra là tín hiệu analog: 0–1, 0–5, 0–10 Vdc, 4–20 mA và Serial Output: RS232, RS485, FSK Datalogger thế hệ trước (khoảng 10 năm trước) sử dụng vi điều khiển 8 bit, nhưng nay đã được thay thế bởi các vi điều khiển 16/32bit mạnh hơn Bộ nhớ lưu trữ của datalogger thường vài mêga bytes Trên datalogger có bàn phím, LCD phục vụ theo dõi tại hiện trường và calibrate

7.2 Giới thiệu các trạm khí tượng tự động của nước ngoài

a) Sơ đồ bố trí thiết bị của trạm khí tượng tự động AWS 2700

18

b) Dải đo của các sensor trong trạm khí tượng tự động

3 Đầu đo áp suất không khí 2810

- Dải đo: 920 đến 1080 hPa

- Độ chính xác: ±0.2 hPa

- Độ phân giải : 0.2 hPa

4 Đầu đo thời gian nắng 3160

9 Thiết bị đo mưa 3864

- Dải đo: 200 mm/interval

- Là một thiết bị lưu trữ dữ liệu có khả năng lưu 65500 từ, bộ lưu trữ có 1 màn hình hiển thị tổng số dữ liệu đã được lưu trữ

15 Bộ phát tín hiệu VHF/UHF 3149/3694

- Có thể chọn thiết bị phát tín hiệu vô tuyến có tần số VHF (transmitter 3149) hoặc bộ phát tín hiệu có tần số UHF (transmitter 3694) để truyền tín hiệu đo lường

- Modem hiện trường 3431

d) Phần mềm thu thập và xử lý số liệu cho AWS 2700

- Chương trình đọc số liệu 5059

- Chương trình hiển thị số liệu thời gian thực 3710

e) Kết nối tín hiệu đo lường với bộ Datalogger

Hình 2 - Kết nối tín hiệu đo lường với bộ Datalogger

Tín hiệu đo lường của các thiết bị lắp trên đỉnh cột như: các sensor đo lường

và tín hiệu đầu ra cho bộ phát sóng UHF (Radio Transmitter 3694) được gom vào một cáp tín hiệu đi bên trong cột trạm gọi là Mast cable, tất cả các tín hiệu đo lường này được đưa về bộ Datalogger qua 1 phích cắm 18 chân (11 kênh) Mast Cable

20

Hình 3 - Mặt trước của bộ Datalogger

Đầu vào các tín hiệu từ các sensor đo lường khác được cắm vào các đầu vào

(sensor input for VR22 or SR10) gồm 10 đầu vào 6 chân và 2 đầu vào 10 chân,

trên bộ Datalogger còn có một cổng nối tiếp com port để người dùng có thể truy cập các dữ liệu từ Datalogger lên máy tính PC

f) Truyền thông bằng sóng vô tuyến VHF/UHF từ trạm AWS 2700 đến

trạm theo dõi thông số khí tượng

Hình 4 - Truyền thông giữa các trạm bằng tín hiệu VHF/UHF

Trường hợp dùng sóng vô tuyến UHF dải tần từ 400 -500MHz

Tại trạm phát AWS 2700 tín hiệu đo lường thu được từ bộ Datalogger được đưa tới bộ phát sóng UHF (Radio Transmitter 3694) qua phích cắm 6 chân, bộ phát tín hiệu UHF sẽ chuyển đổi tín hiệu đo được thành tín hiệu sóng vô tuyến, tín hiệu được truyền đi từ ăngten của bộ chuyển đổi dưới dạng mã của hãng Aanderaa là 10bit PDC-4, khoảng cách truyền giữa trạm phát và trạm thu là trong khoảng 50km Tại trạm thu các thiết bị thu gồm có một bộ thu tín hiệu (Radio Receiver 3696), một bộ chuyển đổi tín hiệu Deck Unit 3127 và một máy tính PC Tín hiệu sóng vô tuyến UHF được bộ Receiver 3696 tiếp nhận và gửi đến bộ chuyển đổi Deck Unit 3127 Bộ chuyển đổi Deck Unit 3127 có nhiệm vụ chuyển tín hiệu thu được từ mã 10bit PCD-4 sang dạng tín hiệu theo chuẩn RS232 và đưa tới máy tính hiển thị

Hình 5 - Các thiết bị của Trạm theo dõi khí tượng

22

7.2.2 Trạm khí tượng tự động RAWS-F hãng CAMPBELL

Trạm khí tượng RAWS-F (Remote Automated Weather Station for Fire Weather) hãng CAMPBELL là trạm khí tượng tự động thiết kế nhằm mục đích đo lường các thông số khí tượng phục vụ cho công tác cảnh báo cháy rừng Các sensor được gắn trên trạm RAWS-F bao gồm: Đo tốc độ và hướng gió, đo nhiệt độ và độ

ẩm, lượng mưa, bức xạ mặt trời Trạm RAWS-F là loại trạm khí tượng di động với cấu hình gọn nhẹ sử dụng nguồn năng lượng Pin mặt trời

Hình 7 - Toàn cảnh Trạm khí tượng RAWS-F

Hình 8 - Các linh kiện của trạm khí tượng RAWS-F

Hình 9 - Bộ khung của trạm khí tượng RAWS-F a) Dải đo của các sensor trong trạm khí tượng tự động

- Nhiệt độ và độ ẩm không khí HMP45C:

+ Nhiệt độ:

Dải đo: -40 đến +60 0C

Độ phân dải: 0.1 0C

24

- Đo mưa TET25 (Tipping Bucket Rain Gage)

Sensor: Kiểu chao lật với công tắc từ (Magnetic reed switch)

Độ cảm ứng: 0,25mm một lần lật (1xung) 1 tip per 0,25mm

-Thiết bị đo áp suất không khí: CS100

Dải đo: 600 đến 1100 milibar

b) Bộ thu thập dữ liệu Datalogger của trạm RAWS-F

Bộ Datalogger CR1000 của trạm khí tượng RAWS-F có chức năng thu thập các tín hiệu đo lường từ các sensor khí tượng lưu trữ và xử lý dữ liệu, giao tiếp với máy tính và mạng lưới khí tượng thông qua các modem truyền dẫn

Hình 10 - Bộ Datalogger CR1000- Campbell

Các đặc tính kỹ thuật của bộ Datalogger

- Nguồn cung cấp 12VDC

- Bộ nhớ của bộ CR1000 là 4 Mbyte

- Các cổng nối tiếp CS I/O trên CR1000 có thể nối với các máy tính PC

Hình 11 - Giao diện đấu nối tín hiệu của bộ Datalogger CR1000

- Có 8 kênh vào tương tự riêng biệt (differential channel H-L) để đấu nối với các sensor khí tượng, khi đấu nối các kênh đó theo kiểu (Single-Ended Channel) tín hiệu tương tự lấy giữa 1 chân H hoặc L với đất thì 8 kênh (differential channel) sẽ thành 16 kênh (Single-Ended Channel)

26

- Các kênh vào tương tự kết hợp với các đầu điện áp Ex ,Vx để tạo ra các kiểu tín hiệu vào khác nhau như: kiểu điện áp, kiểu chiết áp, kiểu cặp nhiệt ngẫu, kiểu cầu điện trở

- Có hai đầu vào dạng xung (Pulse inputs) P1, P2 , có chức năng như bộ đếm tốc độ cao, đầu vào này thường dùng cho các sensor đo gió kiểu chong chóng, hoặc

đo mưa kiểu chao lật

Pulse inputs

- Có 8 cổng vào ra có thể lựa chọn (Digital I/O ports selectable) từ C1 ,, C8 Các đầu vào ra này có rất nhiều chức năng như: bộ đếm xung đầu vào, bộ đếm xung tốc độ cao, truyền thông nối tiếp không đồng bộ, giao tiếp truyền thông theo giao thức SDI-12 (Serial Data Interface at 1200 Baud) Ngoài ra các đầu vào ra đa chức năng này còn có thể dùng để điều khiển tắt bật các thiết bị và giám sát vận hành thiết bị

- Các sensor kiểu đầu ra RS232 có thể được nối với bộ Datalogger CR1000 thông qua 1 cổng RS232 9 chân hoặc các đầu vào ra đa chức năng trên (C1-C2, C3-C4….) theo giao thức SDI-12 Theo cách truyền tín hiệu nối tiếp Datalogger đóng vai trò Master và các sensor sẽ được coi là Slave

Đấu nối đầu ra sensor tín hiệu số với Datalogger

- Trên Datalogger có một cổng 40 chân để kết nối với bộ nhớ ngoài như CFM100 Module

- Các tín hiệu đo lường từ các sensor ở các dạng: điện áp, chiết áp, cặp nhiệt ngẫu, cầu điện trở, truyền thông nối tiếp RS232… được nối tới các phích cắm ở dưới đáy của hộp chứa bộ Datalogger Các phích cắm cho các ăngten đến Modem truyền thông cũng được bố trí dưới đáy hộp Datalogger

Hình 12 - Các phích cắm ở đáy hộp Datalogger c) Truyền thông vô tuyến giữa các trạm khí tượng RAWS-F

- Các trạm khí tượng tự động RAWS-F hiện trường (Field Station) truyền dữ liệu về một trạm giám sát theo dõi các thông số thời tiết gọi là trạm gốc (Base Station) bằng sóng vô tuyến sử dụng RF modem

- Tần số của sóng Radio giữa hai trạm khí tượng sử dụng hai dải tần là VHF Very High Frequency (132-170 MHz) và UHF Ultra High Frequency (403-512MHz) Khoảng cách giữa trạm thu và trạm phát phải nhỏ hơn 25 mile ( 40km)

28

- Vì sóng Radio sẽ bị hấp thụ hoặc suy hao khi gặp vật cản, nên trên đường truyền từ trạm khí tượng hiện trường về trạm gốc phải không có vật cản trở ở giữa chúng Nói khác đi là đường truyền giữa hai trạm phải nằm trên tầm nhìn thẳng

- Thành phần của mạng lưới truyền thông vô tuyến bao gồm:

+ Trạm hiện trường (Field Station)

+ Trạm gốc (Base Station)

+ Trạm lặp (Repeater Station)

Hình 13 - Các thành phần trong mạng lưới khí tượng

* Trạm hiện trường (Field Station):

- Trạm hiện trường có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ và thực hiện yêu cầu truyền thông đến các trung tâm theo dõi khí tượng Cấu trúc của một trạm hiện trường đã được mô tả ở các mục trên (Trạm RAWS-F) Các thiết bị có trong trạm hiện trường bao gồm : Bộ nguồn, Pin mặt trời, Datalogger, Các sensor đo lường, Modem RF, ăng ten

* Trạm Gốc (Base Station):

- Trạm Gốc có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu đo luờng từ các trạm hiện trường, phân tích và hiển thị các giá trị thời tiết của các trạm thời tiết đặt tại các vị trí khác nhau

Hình 14 - Thiết bị của trạm gốc

- Thiết bị của trạm gốc bao gồm:

+ 01 bộ máy tính PC với phần mềm chuyên dụng PC208W

+ 01 bộ ăngten RF và cáp ăngten

+ 01 trạm RF232A Base Station (RF232 là 1 box bao gồm: 01 bộ nguồn

110VAC/12VDC, 01 cáp nối RS232 25 chân, 01 Modem RF loại modem trong.)

* Trạm lặp Repeater Station

- Khi khoảng cách giữa trạm hiện trường và trạm gốc lớn hơn khoảng cách truyền cho phép, người ta phải lắp đặt thêm một trạm trung gian gọi là trạm lặp (Repeater Station) Trạm lặp là một trạm ở giữa hai trạm hiện trường và Trạm gốc Trạm lặp có chức năng tiếp nhận sóng Radio của trạm hiện trường và chuyển tiếp tín hiệu nhận được từ trạm hiện trường tới trạm gốc

- Các thiết bị của trạm lặp bao gồm:

+ 01 bộ Modem RF

+ 01 bộ ăngten RF và cáp ăngten

30

8 Kết quả khảo sát thực tế

8.1 Khảo sát trạm khí tượng tự động Sân Bay Nội Bài - MIDAS IV- hãng

VAISALA

a)Tổng quan chung

Trạm khí tượng sân bay Nội Bài được thiết kế với các chức năng sau:

- Cung cấp cho giao thông đường không các thông số khí tượng cần thiết được quy định bởi tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO (international civil aviation organization) Cung cấp các bản tin thời tiết ngắn METAR (Meteorological Aerodrome Report) theo thời gian định trước

- Cung cấp các dữ liệu khí tượng cho mạng lưới khí tượng vùng và mạng lưới khí tượng quốc gia

Những tham số khí tượng được đo tự dộng bao gồm các tham số sau đây:

- Tốc độ gió, hướng gió

- Chiều cao tầng mây

- Thời tiết hiện tại

b) Mặt bằng bố trí thiết bị của trạm khí tượng tự động

Hình 15 - Mặt bằng bố trí thiết bị của trạm khí tượng tự động

Như trên hình vẽ ta thấy các sensor được bố trí bên cạnh và dọc theo đường băng Các sensor đo tốc độ và hướng gió, áp suất, độ ẩm, đo lượng mưa, nhiệt độ

không khí được lắp đặt trên cùng một cột gọi là trạm hiện trường Trong hình vẽ trên ta thấy có 03 trạm hiện trường AWOS Wind Station ( Automated Weather Observing System ) Tại mỗi trạm hiện trường có 01 bộ chuyển đổi tín hiệu và lưu trữ các thông số đo được gọi là bộ QML201 AWS logger Các trạm hiện trường truyền tín hiệu về trung tâm quan sát khí tượng thông qua một modem board được cắm ở bên trong của bộ Datalogger (đối với Datalogger QML201 modem board sử dụng là loại DMX501) Đường truyền nối giữa modem tại trạm hiện trường và thiết bị dữ liệu trung tâm CDU (Central Data Unit) sử dụng cáp đôi dây xoắn theo kiểu kết nối điểm - điểm

Sensor đo chiều cao tầng mây (Ceilometer) sử dụng đường truyền riêng biệt truyền tín hiệu về bộ CDU, không thông qua trạm hiện trường (AWOS Wind Station) Modem board tích hợp trong bộ đo chiều cao tầng mây có thể được chọn lựa một trong hai loại là DMX55 hoặc DMX50, các modem board này được cắm trên khung DMF51 đặt bên trong của hộp của bộ đo chiều cao tầng mây

Cũng giống như sensor chiều cao tầng mây, sensor đo tầm nhìn (Transmissometer) cũng sử dụng đường truyền riêng biệt truyền tín hiệu về bộ CDU, modem board mà sensor đo tầm nhìn sử dụng là loại DMX21 được tích hợp bên trong hộp của thiết bị đo tầm nhìn

c) Dải đo của các sensor:

1 Đầu đo áp suất không khí PTB220

- Dải đo: 600 đến 1100 hPa

- Độ chính xác: ±0.2 hPa

- Độ phân giải : 0.1 hPa

- Đầu ra sensor: giao tiếp theo cổng RS-232

2 Đầu đo nhiệt độ và độ ẩm không khí HMP45D

*Nhi ệt độ kiểu PT100

- Dải đo: -60 đến +80 0C

- Độ chính xác: theo tiêu chuẩn ¼ DIN 43760

32

- Độ chính xác: (1% khi độ ẩm <90%), (3% khi độ ẩm >90%)

- Tín hiệu đầu ra: (0 …1VDC) tương ứng với dải đo (0,8 đến 100%)

- Điện áp nguồn nuôi (7…35VDC)

- Đường kính sensor: 225 mm

- Thiết diện sensor: 400 cm2

- Tín hiệu đầu ra : dạng tiếp điểm (0,2mm/1xung)

- Dải đo: 0….65 m/s; 0 3600

- Độ phân giải : 0.1m/s; 10

- Độ chính xác: ± 3%; ± 20

- Đầu ra sensor: giao tiếp theo cổng RS-232

*Đo tầm nhìn:

- Dải đo: 0… 100% transmittance (hệ số truyền sáng)

- Độ phân giải : 0,02% of transmittance

- Độ chính xác: 1% của toàn dải đo

- Dải đo tầm nhìn: (Visibility measuring range)

(D ải đo tầm nhìn phụ thuộc vào khoảng cách đặt giữa đầu thu và đầu phát chùm

Khi sử dụng phép đo với một đầu phát và hai đầu thu chùm sáng thì hai khoảng

cách này được gọi là Double baseline

Double baseline

- 7….3000 m với 10 và 75m baseline

- 7….10000 m với 10 và 200m baseline

- Giữa đầu thu và đầu phát chùm sáng được nối với nhau qua cáp đôi dây xoắn và truyền thông nối tiếp với nhau

- Đầu ra sensor: giao tiếp theo cổng RS-232

- Truyền tín hiệu về bộ CDU qua modem DMX21

*Đo độ chói nền:

- Dải đo: 4… 30000 cd/m2

- Độ phân giải : 10%

- Đầu ra sensor: giao tiếp theo cổng RS-485

- Dải đo: 0….25000 ft (0….7,5km)

- Độ phân giải : 50 ft (15m)

- Độ chính xác: 2% ± 1/2 * [độ phân giải]

- Đầu ra sensor: giao tiếp theo cổng RS-232; RS-485

- Truyền tín hiệu về bộ CDU qua modem board DMX55

Là m ột thiết bị đo đa năng có thể đo tầm nhìn, trạng thái thời tiết như: mưa,

34

Hình 16 - Hình ảnh bộ Datalogger QML201

Các đặc tính của bộ Datalogger:

- Được thiết kế với 1 một bảng mạch sử dụng vi xử lý 32 bit của Motorola

- Bộ nhớ lưu trữ dữ liệu là 1,6Mb Flash memory

- Trên mặt Datalogger có một khe cắm thẻ nhớ (bộ nhớ ngoài) có dung lượng từ

32 Mb lên đến hàng trăm Mb Thẻ nhớ có thể được máy tính PC đọc thông qua một Card Reader, jắc nối từ Card Reader vào PC là cổng USB

- Có 10 đầu vào tín hiệu analog riêng biệt (differential channel H-L) để đấu nối với các sensor khí tượng, khi đấu nối các kênh đó theo kiểu (Single-Ended Channel) tín hiệu tương tự lấy giữa 1 chân H hoặc L với common C thì 10 kênh (differential channel) sẽ thành 20 kênh (Single-Ended Channel)

- Trong 10 kênh vào analog có 2 kênh CHA, CHB là kênh đầu vào xung, loại kênh này phù hợp với các sensor đo tốc độ gió loại chong chóng và sensor đo mưa dạng chao lật Các kênh CH0, CH1, CH2, CH3 là loại 16-bit ADC có cực E là cực phát ra điện áp (voltage excitation) 12V/25mA, và cung cấp dòng điện (current excitation) 100µΑ/1mΑ, các đầu vào này phù hợp với các sensor như: kiểu điện

áp, kiểu chiết áp, kiểu cặp nhiệt ngẫu, kiểu cầu điện trở, nhiệt điện trở Bốn kênh tương tự CH4, CH5, CH6, CH7 là loại ACD 16 bit với cực E có thể cấp dòng (current excitation) 100µΑ/1mΑ các đầu vào này phù hợp với các sensor như : kiểu điện áp, kiểu nhiệt điện trở

- Trên Datalogger QLM201 có một cổng nối tiếp COM0 có thể đấu nối theo chuẩn RS232 các chân ( RXD, TXD, GND) hoặc theo chuẩn RS485 ( SD+, SD-)

Cổng này áp dụng cho các sensor có dạng đầu ra số như sensor đo gió bằng siêu

âm AWS425, hay sensor đo áp suất khí…

- Có hai khe cắm nằm bên trong của bộ Datalogger là các khe MOD1, MOD2

sử dụng với các Module giao tiếp, với hai khe cắm này ta có thể lựa chọn các loại module sau:

+ Module DSU232 (chuẩn RS232) hoặc module DSI485 (chuẩn RS485) , khi cắm các module truyền thông trên vào vị trí khe MOD1, MOD2 ta được các cổng giao tiếp RS232 hay RS485

+ Modem board DMX501 dùng để truyền thông giữa trạm hiện trường và bộ điều khiển trung tâm CDU, khoảng cách truyền lớn nhất có thể lên đến 10km

ra dạng số

Nối với sensor đo

tốc độ gió (đầu

vào dạng xung)

Nối với sensor đo

Mưa (đầu vào

dạng xung)

Nguồn cung cấp

độ, áp suất,

độ ẩm v.v

e) Modem truyền thông sử dụng trong trạm khí tượng tự động sân bay Nội Bài:

Tại tủ điều khiển trung tâm có gắn một bộ Modem Rack gồm nhiều khe cắm để gắn những modem board Modem sử dụng để kết nối truyền thông tín hiệu tại tủ điều khiển trung tâm có tên là DMX55U Modem Board (Hình 18)

Hình 18 - DMX55U Modem Board

Modem Board DMX55U có thể được cấu hình kết nối kiểu điểm điểm (point to point) hoặc điểm- nhiều điểm (multi-drop) Modem DMX55U có thể hoạt động theo chuẩn điều chế tín hiệu V.21 (300bps FSK) hoặc chuẩn điều chế dịch pha V.22bis (1200 bps DPSK)

Tại trạm hiện trường Modem module được cắm trên khe cắm MOD1 hoặc MOD2 bên trong của bộ Datalogger QML201 Modem sử dụng trong các trạm hiện trường là loại DMX501

Giống như Modem DMX55U, Modem module DMX501 có thể hoạt động theo

38

Hình 19 - DMX501 Modem module

Hình 20 - Khe cắm Modem module trên Datalogger QML201

Thiết bị đo chiều cao tầng mây Ceilometer truyền tín hiệu đo lường về trung tâm sử dụng Modem board DMX55 cắm trên một giá có tên là DMF51 Fame đặt bên trong của hộp Ceilometer Modem board DMX55 có thể hoạt động theo chuẩn điều chế tín hiệu V.21 (300bps FSK) hoặc chuẩn điều chế V.23 (1200 bps)

Hình 21 - Modem board DMX55

Thiết bị đo tầm nhìn đường băng (Runway Visual Range) và thiết bị đo thời tiết hiện thời (Present Weather Sensor) truyền tín hiệu đo lường về trung tâm sử dụng Modem board DMX21

Với thiết bị đo tầm nhìn đường băng (Runway Visual Range) Modem board DMX21 được bảng Mother Board LPB11 Với thiết bị đo thời tiết hiện thời (Present Weather Sensor) thì Modem board DMX21 được cắm trên Interface board 16127FD

Modem board DMX21 có thể hoạt động theo chuẩn điều chế tín hiệu V.21 (300bps FSK)