珠海校区水分循环试验基地气象水文监测系统设计与实施

摘要

按照中山大学985建设项目水分循环综合试验基地监测系统的项目要求，在中山大学珠海校区水分循环综合试验基地内建设一个采集气象要素、水汽通量、二氧化碳通量、土壤水分和地下水数据的自动数据采集系统，希望获得连续的各参数的数据，为水分运动机理的试验研究提供基础数据。本论文的工作作为该项目的一部分，进行了如下的工作： 从水分运动机理的试验研究对数据的需求出发，在中国气象局《地面气象观测规范》和水利部《水文自动测报系统规范》的指导下，完成了水分循环综合试验基地监测系统的需求分析，并针对该需求设计了一个技术解决方案，论文中详细论述了该技术方案的设计目标、技术路线、方案特点等。 按照所设计的技术方案，完成了雨量采集子系统的初步研发。论文详细介绍了数据采集器的开发过程，包括信号整形方法、软硬件设计思路和开发要点。在信号整形方面，针对干簧管信号的特征，有针对性的设计了开关信号整形电路；在硬件设计方面，通过功能需求分析，将雨量数据采集器电路拆分成微控制器模块、实时时间模块、运行监控模块、人机交互模块、数据存储模块和通讯接口模块，并论述了各个功能模块的设计方法和电路原理；在软件设计方面，着重论述了自下而上和模块化的编程方法，基于中断触发和消息传递机制的编程思想，同时提炼了软件编写时积累的经验，总结了编写时应注意的问题。在数据无线通信方面，编写定义了一套适用于该系统的远程数据传输报文协议，采用无线数传电台组建了中心站跟雨量采集子站间的通信信道，采用Visual Basic 2005完成了中心站程序基本功能的开发，包括系统校时和数据调取功能。论文还对所设计开发的雨量数据采集器进行了初步的测试，文中介绍了测试方法和测试数据的初步分析。在该项目基本要求基础上，针对当前大气探测业务发展的新要求，本文将磁场信号传感器引入到大气探测风向测量领域，提出磁感应风向传感器的构思，并通过实践试验完成了原理样机的制作。论文阐述了该传感器的设计目标、设计思路、磁场传感器的选用，风向传感器各部分的结构设计以及信号处理电路、数据采集电路的软硬件设计与实现。对原理样机做了静态定位测试，针对测试中的问题进行讨论并提出相应的解决方法。

目录

文摘

英文文摘

第1章前言

第2章气象水文监测系统需求分析和方案设计

2.1水分循环概念

2.2数据需求及测量方法分析

2.3系统总体设计

2.4气象监测子系统

2.5雨量采集子系统

2.6波文比(Bowen)测量子系统

2.7二氧化碳气体监测子系统

2.8土壤水分及水位监测子系统

2.9数据通讯与中心计算机网络

2.10系统方案特点

第3章雨量采集子系统的设计实践

3.1翻斗雨量传感器介绍

3.2翻斗雨量传感器信号特点

3.3雨量数据采集器设计

3.4数据通信协议设计

3.5中心站软件初步设计

3.6数据采集试验

第4章磁感应风向传感器的设计与实现

4.1风标式风向传感器发展现状

4.2磁场传感器发展现状

4.3设计目标和思路

4.4硬件结构设计

4.5数据采集处理模块电路设计

4.6微控制器软件设计

4.7测试及结果分析

第5章总结

参考文献

致 谢

论文原创性声明