基于LabVIEW的氣象監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：介紹了虛擬儀器技術(shù)在氣象監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用虛擬儀器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理、顯示和存儲(chǔ)功能。對(duì)溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量以及氣壓等氣象要素進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并能夠顯示相關(guān)氣象要素隨時(shí)間變化的趨勢和以往存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，為氣象的研究和預(yù)報(bào)工作提供了有效的數(shù)據(jù)分析資料。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)具有良好的性能，在氣象監(jiān)測中具有推廣應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)前景。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；氣象監(jiān)測；自動(dòng)采集；顯示；存儲(chǔ)

自動(dòng)氣象站體積比較龐大，而且使用時(shí)地點(diǎn)和空間會(huì)受到地點(diǎn)、空問上的影響。如果借助虛擬儀器技術(shù)中易開發(fā)、小體積和方便使用等優(yōu)點(diǎn)，就可以利用虛擬儀器替代自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)預(yù)處理器。
虛擬儀器技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)的硬件資源(CPU、存儲(chǔ)器、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo))、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電路(GPIB、RS 232接口總線、新型的VXI接口總線、信號(hào)調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路、圖像采集電路、現(xiàn)場總線等)，經(jīng)過有針對(duì)性的開發(fā)測試，使之成為一套相當(dāng)于使用者自己專門設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)儀器。LabVIEW(laboratory virtual instrumentengineering workbench)是NI(national instruments)美國國家儀器公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣，發(fā)展最快，功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。簡單地說，虛擬儀器技術(shù)就是用戶自定義的基于PC技術(shù)的測試和測量解決方案。相對(duì)于傳統(tǒng)儀器，它有4大優(yōu)勢，即性能高，擴(kuò)展性強(qiáng)，開發(fā)時(shí)間少，集成功能完美。
在此介紹一種氣象監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以美國NI公司的LabVIEW8．5為平臺(tái)，利用氣象數(shù)據(jù)采集器，實(shí)現(xiàn)虛擬氣象監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，根據(jù)以往存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，可以有針對(duì)性地對(duì)天氣情況進(jìn)行顯示和分析。

1 系統(tǒng)工作原理
氣象監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理終端等組成。傳感器用來感應(yīng)氣象要素，數(shù)據(jù)采集器可以對(duì)溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量以及氣壓等氣象要素進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)處理終端可以對(duì)數(shù)據(jù)采集器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。系統(tǒng)首先采集氣象數(shù)據(jù)，之后將數(shù)據(jù)送回到氣象數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。最后，氣象中心根據(jù)以往存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行歷史天氣情況的顯示和分析。采用模塊化、層次化編程思想，每一模塊完成某一特定功能。在此設(shè)計(jì)氣象監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)保存4個(gè)模塊構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 數(shù)據(jù)采集模塊
2．1．1 數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)
要將數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)里，并對(duì)其進(jìn)行合理的組織，就需要構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊。它包括傳感器和變換器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集卡、驅(qū)動(dòng)程序、硬件配置管理軟件和計(jì)算機(jī)等。氣象參數(shù)物理量通過各種類型的傳感器輸出成電壓、電流、頻率等信號(hào)，然后由數(shù)據(jù)采集卡采集。數(shù)據(jù)采集模塊是用來獲取數(shù)據(jù)采集卡所獲得的數(shù)據(jù)。該模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。
傳感器和變換器種類繁多，它們直接與各種物理量打交道，并將這些物理量轉(zhuǎn)化為DAQ系統(tǒng)可以采集的電信號(hào)。在設(shè)計(jì)自動(dòng)化測量系統(tǒng)前，必須要對(duì)待測對(duì)象和測量需求作詳細(xì)分析，正確選擇合適的傳感器和變換器。系統(tǒng)采用的傳感器是WXT520，該傳感器能同時(shí)測量6個(gè)氣象要數(shù)，精確可靠，具有USB接口。信號(hào)調(diào)理設(shè)備對(duì)傳感器和變換器送來的信號(hào)采取放大、濾波、隔離等措施，將它們轉(zhuǎn)化成采集設(shè)備易于讀取的信號(hào)。如果實(shí)際中的信號(hào)符合數(shù)據(jù)采集卡等采集設(shè)備的要求，則信號(hào)調(diào)理模塊可以省略。