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)中的應用，利用虛擬儀器技術(shù)，實現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的自動采集、處理、顯示和存儲功能。對溫度、相對濕度、風向、風速、雨量以及氣壓等氣象要素進行實時采集，并能夠顯示相關(guān)氣象要素隨時間變化的趨勢和以往存儲的歷史數(shù)據(jù)，為氣象的研究和預報工作提供了有效的數(shù)據(jù)分析資料。實驗表明，該系統(tǒng)具有良好的性能，在氣象監(jiān)測中具有推廣應用的現(xiàn)實前景。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；氣象監(jiān)測；自動采集；顯示；存儲

自動氣象站體積比較龐大，而且使用時地點和空間會受到地點、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，就可以利用虛擬儀器替代自動氣象站的數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)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、鼠標)、標準數(shù)字電路(GPIB、RS 232接口總線、新型的VXI接口總線、信號調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路、圖像采集電路、現(xiàn)場總線等)，經(jīng)過有針對性的開發(fā)測試，使之成為一套相當于使用者自己專門設計的傳統(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，也是目前應用最廣，發(fā)展最快，功能最強的圖形化軟件開發(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。相對于傳統(tǒng)儀器，它有4大優(yōu)勢，即性能高，擴展性強，開發(fā)時間少，集成功能完美。
在此介紹一種氣象監(jiān)測系統(tǒng)的設計方法，以美國NI公司的LabVIEW8．5為平臺，利用氣象數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)虛擬氣象監(jiān)測系統(tǒng)設計。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲等功能，根據(jù)以往存儲的歷史數(shù)據(jù)，可以有針對性地對天氣情況進行顯示和分析。

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。傳感器用來感應氣象要素，數(shù)據(jù)采集器可以對溫度、相對濕度、風向、風速、雨量以及氣壓等氣象要素進行采集，數(shù)據(jù)處理終端可以對數(shù)據(jù)采集器獲取的數(shù)據(jù)進行運算處理。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)中心進行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲。最后，氣象中心根據(jù)以往存儲的歷史數(shù)據(jù)，還可以進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(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個模塊構(gòu)成。整個系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設計
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)采集到計算機里，并對其進行合理的組織，就需要構(gòu)建一個數(shù)據(jù)采集模塊。它包括傳感器和變換器、信號調(diào)理設備、數(shù)據(jù)采集卡、驅(qū)動程序、硬件配置管理軟件和計算機等。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，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。在設計自動化測量系統(tǒng)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(tǒng)采用的傳感器是WXT520，該傳感器能同時測量6個氣象要數(shù)，精確可靠，具有USB接口。信號調(diào)理設備對傳感器和變換器送來的信號采取放大、濾波、隔離等措施，將它們轉(zhuǎn)化成采集設備易于讀取的信號。如果實際中的信號符合數(shù)據(jù)采集卡等采集設備的要求，則信號調(diào)理模塊可以省略。