基于LabVIEW的氣象監測系統

摘要：介紹了虛擬儀器技術(shù)在氣象監測系統中的應用，利用虛擬儀器技術(shù)，實(shí)現了系統數據的自動(dòng)采集、處理、顯示和存儲功能。對溫度、相對濕度、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的歷史數據，為氣象的研究和預報工作提供了有效的數據分析資料。實(shí)驗表明，該系統具有良好的性能，在氣象監測中具有推廣應用的現實(shí)前景。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；氣象監測；自動(dòng)采集；顯示；存儲

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(wèn)上的影響。如果借助虛擬儀器技術(shù)中易開(kāi)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)氣象站的數據采集器和數據預處理器。
虛擬儀器技術(shù)是利用計算機的硬件資源(CPU、存儲器、顯示器、鍵盤(pán)、鼠標)、標準數字電路(GPIB、RS 232接口總線(xiàn)、新型的VXI接口總線(xiàn)、信號調理和轉換電路、圖像采集電路、現場(chǎng)總線(xiàn)等)，經(jīng)過(guò)有針對性的開(kāi)發(fā)測試，使之成為一套相當于使用者自己專(zhuān)門(mén)設計的傳統儀器。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，也是目前應用最廣，發(fā)展最快，功能最強的圖形化軟件開(kāi)發(fā)集成環(huán)境。簡(jiǎn)單地說(shuō)，虛擬儀器技術(shù)就是用戶(hù)自定義的基于PC技術(shù)的測試和測量解決方案。相對于傳統儀器，它有4大優(yōu)勢，即性能高，擴展性強，開(kāi)發(fā)時(shí)間少，集成功能完美。
在此介紹一種氣象監測系統的設計方法，以美國NI公司的LabVIEW8．5為平臺，利用氣象數據采集器，實(shí)現虛擬氣象監測系統設計。該系統具有數據顯示、數據存儲等功能，根據以往存儲的歷史數據，可以有針對性地對天氣情況進(jìn)行顯示和分析。

1 系統工作原理
氣象監測系統由傳感器、數據采集器、數據處理終端等組成。傳感器用來(lái)感應氣象要素，數據采集器可以對溫度、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量以及氣壓等氣象要素進(jìn)行采集，數據處理終端可以對數據采集器獲取的數據進(jìn)行運算處理。系統首先采集氣象數據，之后將數據送回到氣象數據中心進(jìn)行數據顯示、數據存儲。最后，氣象中心根據以往存儲的歷史數據，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。在此設計氣象監測系統由數據采集、數據處理、數據顯示、數據保存4個(gè)模塊構成。整個(gè)系統原理圖如圖1所示。

2 系統設計
2．1 數據采集模塊
2．1．1 數據采集模塊結構
要將數據采集到計算機里，并對其進(jìn)行合理的組織，就需要構建一個(gè)數據采集模塊。它包括傳感器和變換器、信號調理設備、數據采集卡、驅動(dòng)程序、硬件配置管理軟件和計算機等。氣象參數物理量通過(guò)各種類(lèi)型的傳感器輸出成電壓、電流、頻率等信號，然后由數據采集卡采集。數據采集模塊是用來(lái)獲取數據采集卡所獲得的數據。該模塊結構如圖2所示。
傳感器和變換器種類(lèi)繁多，它們直接與各種物理量打交道，并將這些物理量轉化為DAQ系統可以采集的電信號。在設計自動(dòng)化測量系統前，必須要對待測對象和測量需求作詳細分析，正確選擇合適的傳感器和變換器。系統采用的傳感器是WXT520，該傳感器能同時(shí)測量6個(gè)氣象要數，精確可靠，具有USB接口。信號調理設備對傳感器和變換器送來(lái)的信號采取放大、濾波、隔離等措施，將它們轉化成采集設備易于讀取的信號。如果實(shí)際中的信號符合數據采集卡等采集設備的要求，則信號調理模塊可以省略。