新型国家自动气象站综合测试系统

苏禹宾，黄剑钊，殷明杰

新型国家自动气象站综合测试系统

苏禹宾，黄剑钊，殷明杰

（广西区气象技术装备中心，广西南宁530022）

针对新型国家自动气象站的保障问题开展研究，为满足国家台站维护人员对新型设备测试工具的迫切需求，研究并设计一套综合测试系统，其中包括设计模拟信号发生器、设备状态信息采集器、通信接口集成器以及综合测试系统软件，解决新型国家自动气象站保障时效问题，提高保障业务自动化与智能化。

自动气象站；测试系统；维护

近年来，地面气象观测技术发展迅速，旧型国家自动气象站已经全部更新为新型国家自动气象站[1]。由于新型国家自动气象站设备集成度高、结构复杂、技术先进，台站维护人员技术水平参差不齐，一旦发生故障往往无法独立判断和处理故障，维修时间超过国家台站相应规定，严重依赖省级装备保障中心。而且，即使有省级保障中心的电话指导，由于台站对新型设备不熟悉，技术指导效果大打折扣，维修效率低下，处于比较被动的局面。

因此，为了使新型国家自动气象站的建设与其保障能力的建设同步进行，为台站提供一套测试系统，使得检修故障的工作效率快捷化，提高台站维护人员的独立维护能力，研究了适合新型国家自动气象站故障测试的工具。该工具能使保障人员快速定位故障点，缩短故障持续时间，确保新型国家自动气象站长期有效的稳定运行。

1 系统总体设计

新型国家自动气象站综合测试系统由模拟信号发生器、通信接口集成器、设备状态信息采集器以及综合测试系统软件等四部分构成，如图1所示。

图1 系统总体架构图

系统启动后，首先进行系统自检，自检无问题后即可进行相应测试工作。由综合测试系统软件控制设备状态信息采集器采集各个设备（传感器、电源、各采集器、通信线缆等）状态信息，根据状态信息，调用系统测试字典，判断出相应的故障点。

2 模拟信号发生器设计

模拟信号发生器模拟各种传感器输出信号，目的是为了测试采集器采集通道的完备性。

模拟的信号包括雨量、温度、风向、风速、湿度、能见度、蒸发、辐射[2]。为了节省硬件开销，各传感器的模拟信号均不采用连续信号，而是定点输出，以便简化硬件设计与便于操作，如表1所示。

表1 各要素模拟信号定点输出表

3 通信接口集成器设计

将所有接口全部集成在一个面板上，方便测试各个接口和线缆的通信性能。包含的接口有：采集器通信接口、各个传感器接口、各种通信线缆接口以及综合测试系统信息传输接口，见图2.

图2 通信接口集成器硬件结构图

采集器通信接口：主要用于测试主采集器输入通道完备性。

各个传感器接口：主要测试传感器的性能。

各种通信线缆接口：主要用于测试线缆是否存在短路、开路或接触不良情况。

综合测试系统信息传输接口：包含无线方式—蓝牙，有线方式—USB.

另外，由于操作频繁，各个接口（除综合测试系统信息传输接口之外）设计防静电保护电路，防止状态信息采集器被静电损坏。

4 设备状态信息采集器设计

研究提取采集器（含主、分采集器）、传感器、通信线缆等的状态信息，为故障测试提供原始数据[3]。

本功能主要目的是将采集到的设备状态信息，通过USB转串口传输至综合测试系统软件，包括7个任务：采集指令响应、传感器数据采集、模拟器信号输出、主采集器状态获取、分采集器状态获取、电源状态获取、通信线缆检测。状态信息采集属于被动执行功能，即由综合测试系统软件发出指令，状态信息采集器收到指令后马上作出响应，执行以上各种状态获取。如图3所示。

图3 状态信息采集业务流程图

5 综合测试系统软件设计

建立一套可以安装在WIN7或WINXP操作系统上的综合测试系统软件，方便维护人员通过自动化测试直观地看到测试结果，以便排除自动站故障。软件界面如图4所示。

图4 新型国家自动气象站综合测试系统界面图

系统能对新型国家自动气象站各种设备进行测试：主采集器测试、各分采集器测试（地温分采、辐射分采、温湿度分采）、传感器测试（雨量、温度、湿度、风向、风速、气压、蒸发、辐射、能见度）、通信系统测试（各部件的通信线缆测试）、电源系统测试。

系统采用了模块化的测试技术[4]，即根据新型国家自动气象站的功能特点进行物理切割原则，将测试分割至最小可更换单元。把测试分为四大测试模块，即采集器测试模块、传感器测试模块、通信系统测试模块、电源测试模块。其中采集器测试模块由4个子模块构成，分别是主采集器测试子模块、地温分采集器测试子模块、辐射分采集器测试子模块、温湿度分采集器子模块；传感器测试模块分为雨量测试子模块、温度测试子模块、风向测试子模块、风速测试子模块、湿度测试子模块、气压测试子模块、辐射信号测试子模块、能见度测试子模块、蒸发测试子模块等；电源测试模块分为蓄电池测试子模块、交流转直流电源测试子模块、稳压电源测试子模块。因为运用了模块化测试技术，所以测试系统采用测试字典最为合适，建立测试知识库形成测试字典，根据测试字典，查询相关测试原因，进行定位，找出并更换相应测试模块即可完成测试维护。

6 结束语

该系统设计完成后，国家台站人员可自主、快速测试自动站故障，改变严重依赖省级装备保障中心的现状，提高故障修复效率，满足国家台站的故障修复时效，填补我区尚无新型国家自动气象站相关测试系统的空白。该系统可在全区业务推广应用。

[1]新型自动气象站用户指南及系统说明书[M].北京：中国华云技术开发公司研发中心，2010.

[2]王建凯.等，地面气象观测自动化技术手册[M].北京：气象出版社，2014.

[3]单片机外围电路设计[M].北京：电子工业出版社，2006.

[4]吴采霞，蒲利荣，任爽.自动气象站的日常维护和故障排除[J].气象研究与应用，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

苏禹宾（1979-），男，广西藤县人，硕士，高级工程师，主要从事气象技术研究。