基于LABVIEW与WXT520气象观测仪的气象观测系统设计

齐 亮， 倪 巍， 姜 涛， 丁圆强， 管万春， 张大海

（齐鲁工业大学（山东省科学院） 山东省科学院海洋仪器仪表研究所， 山东 青岛 266001）

引言

近年来，随着我国工业化的快速发展，大气污染问题日益严峻。国家对此也十分重视，不断加大对大气环境的监测和保护力度。对大气环境进行综合监测治理，需要对天气和气候过程进行更加精细化的观测和预报[1]，这就对气象观测提出了更高的要求。一般来说，气象观测分为地面气象观测、高空气象观测和气象卫星探测。在地面气象观测中，气象站的位置、气象仪器的准确度、以及观测和记录方法直接影响观测的结果，从而影响对当前气象状态和趋势的分析。针对此，本文设计了一种基于LABVIEW与SQL server编程，并利用维萨拉公司的WXT520气象观测仪实现的一种固定/移动式气象观测系统。可以将气象数据实时解析成数据表格和曲线图，还可以自动完成气象数据采集发送和处理，实现无人值守。

WXT520气象观测仪是一款性能优良，且集成度高、易于携带的气象测量仪器，可实时测量风速、风向、气压、温度和相对湿度，非常适宜于码头、气象站、建筑物、户外活动场所等需要对当前气象进行实时检测的场所[2]。其集成度较高的优点，使其可以替代多个常规气象仪器，用户携带设备大大减少；而其低功耗的优点，使用移动电源甚至9 V干电池即可进行较长时间的工作，降低了对电源要求；这两个优点极大的提高了其便携性，使其适用范围更广。

1 总体设计

WXT520气象观测仪测量模式有两种，一种是查询输出模式，WXT520气象观测仪接收到指令后，返回指令索要的数据；另一种是连续输出模式，WXT520气象观测仪以设定的时间间隔，连续向串口输出所有的气象数据。据此，本系统设计了两种对应的模式：软件定时向仪器发送采集命令的无人值守模式，可用于长期无人值守气象观测站；连续数据采集处理模式，可用于短时间气象考察研究作业。两种模式的数据均可显示在用户界面的图表和曲线图上，方便用户直观的分析气象变化。数据以EXCEL报表和数据库的方式保存。系统结构如图1所示。

图1 系统结构示意图

2 硬件连接

WXT520气象观测仪可通过 RS232、RS485、RS422和SDI-12四种方式与上位机进行通信，本文采用RS232通信方式。根据表1，将RS232的TxD、RxD、数据接地针脚和 Vin+（工作）、Vin+（接地）针脚接线引出。首先将数据针脚接线焊接到DB9串口母头上，并使用串口转USB转接线，连接至服务器电脑；其次将电源针脚接线连接至5～32 V电源供电。

表1 WXT520串行接口和电源针脚定义

3 软件设计思路

本文设计的终端软件是利用NI公司的Labview2014开发环境设计的，LabVIEW是一种图形化的编程语言，又称为G语言，包含GPIB、VXI、PXI、RS-232、RS-485 和网络通信等诸多功能，其强大的数据采集和处理显示功能，使其在工业测控领域得到广泛的应用[3]。

本文设计的终端软件，由串口模块、数据处理显示模块、采集指令模块和用户界面控件四个主要部分组成。具备定时/实时采集数据、数据接受处理并显示、数据保存SQL数据库等功能。采用多线程并行运行的设计方法，提高了程序的运行效率，也避免了程序在进行大量数据处理时，用户交互界面迟钝卡死。采用模块化编程，各功能模块相对独立，功能单一，提高了代码的可读性，也有利于代码的重用。本软件与SQLserver数据库的交互，是利用LABSQL工具包实现的，LABSQL通过Microsoft ADO以及SQL语言完成对数据库的访问，将复杂的底层ADO和SQL语句封装成功能函数[4]，从而降低了对SQLserver数据库的操作复杂性，显著提高了编程效率。

4 软件工作流程

1）软件启动后，弹出设置对话框，输入数据库信息，点击保存，软件根目录将会生成一个包含配置参数的.ini的配置文件，重启即可完成软件初始化。

2）在软件用户界面可选择无人值守或连续工作模式，如果选择无人值守模式，则需同时设置采集间隔；在选定工作模式之后，配置串口参数，然后点击“打开串口”按钮，软件开始工作。软件用户界面如图2所示。

图2 软件用户界面

3）以无人值守模式为例，利用LABVIEW的“执行过程控制Express VI和函数”里的已用时间函数，将用户设置的采集间隔换算成秒，作为已用时间函数的目标时间，也就是一次循环过程所经历的时间；将已用时间函数的自动重置设为“true”，实现完成一次循环过程后，自动开始下一次循环过程；将已用时间函数的结束输出端连接到向WXT520气象观测仪发送采集命令的条件结构的条件选择器上，当已用时间函数运行时间与采集间隔一致后，函数“结束”输出端的值将由“false”变为“true”，条件结构执行真分支子程序，通过串口向WXT520气象观测仪发送采集命令。WXT520气象观测仪在接收到此命令后，通过串口返回气象数据。终端软件接收到数据后，会对数据进行校验，如果长度和格式正确，则会对数据进行处理，以数据表格和曲线图的方式予以显示，并存入SQLserver数据库中。温度数据处理程序如图3所示，无人值守模式工作流程如图4所示。

图3 温度数据处理程序框图

图4 无人值守模式工作流程图

5 结论

经过大量的实际气象观测使用，本气象观测系统能有效减少观测人员的工作量，避免了人工遴选数据容易出错的问题，并且终端软件能将数据以曲线图的方式予以显示，有利于观测人员判断气象变化趋势，分析总结气象规律，方便气象观测和预报。本系统的无人值守工作模式，能在无人干预的情况下，自主完成数据采集处理保存，有效地降低了气象观测的人力物力成本。