發(fā)布時(shí)間：2020-04-25 09:55

【摘要】：為滿足中國氣象局規(guī)定自動(dòng)氣象站每兩年檢定一次的要求,開發(fā)新型自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集器的校驗(yàn)設(shè)備、完善傳感器誤差補(bǔ)償算法對(duì)提高氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量和我國氣象裝備產(chǎn)業(yè)競爭力具有重要作用。本文分析了新型自動(dòng)氣象站的結(jié)構(gòu),針對(duì)JJQ1型自動(dòng)氣象站信號(hào)模擬器存在的問題,對(duì)電源、溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向和輻射等電路模塊進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)目前傳感器補(bǔ)償方法的自適應(yīng)能力較差等問題,提出一種自適應(yīng)分段補(bǔ)償算法。主要研究內(nèi)容有:(1)分析了CAWS600、ZQZ系列自動(dòng)氣象站采集器的測(cè)溫原理,利用不同型號(hào)的采集器對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)氣象站信號(hào)模擬器的溫度通道進(jìn)行了測(cè)試,指出了測(cè)試數(shù)據(jù)存在抖動(dòng)的原因,提出其改進(jìn)電路�；谒木�制測(cè)溫原理,用繼電器構(gòu)造高精度、極低溫漂四線制電阻網(wǎng)絡(luò),輔以軟件補(bǔ)償,開發(fā)適應(yīng)不同型號(hào)采集器的溫度通道。(2)針對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)氣象站信號(hào)模擬器的濕度、氣壓、蒸發(fā)、輻射等模擬量輸出通道受環(huán)境溫濕度影響較大的問題,提出一種可編程微弱標(biāo)準(zhǔn)源,以MSP430為主控,完全16位DAC器件和精密調(diào)理電路為核心,輔以電源隔離、總線隔離和軟件補(bǔ)償?shù)却胧┨岣呔�。�?duì)電路進(jìn)行了溫濕度適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)和電磁兼容實(shí)驗(yàn),能程控輸出0~20mV的微弱電壓和4~20mA的電流,最大誤差分別為±3uV和±2uA,在靜電放電和電快速瞬變脈沖群抗擾度實(shí)驗(yàn)后,性能保持正常。輸出信號(hào)為自動(dòng)氣象站采集器濕度、氣壓、蒸發(fā)、輻射等模擬通道的校驗(yàn)提供了標(biāo)準(zhǔn)源。(3)提出一種自適應(yīng)分段補(bǔ)償濕度傳感器的測(cè)量誤差的算法。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試確定濕度傳感器受溫度影響的誤差曲線,利用多元線性回歸方法對(duì)誤差曲線進(jìn)行分段分析,根據(jù)分段結(jié)果,分別利用最小二乘法和遺傳模擬退火算法改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GSA-BP)對(duì)不同區(qū)間的濕度測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。建立了補(bǔ)償函數(shù)模型,檢驗(yàn)了GSA-BP算法的效率,利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了補(bǔ)償效果的對(duì)比驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,改進(jìn)后的自動(dòng)氣象信號(hào)模擬器的溫度、濕度、氣壓、蒸發(fā)、輻射等通道輸出的信號(hào)范圍和誤差滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QX/T 346—2016《自動(dòng)氣象站信號(hào)模擬器》,具有較強(qiáng)的環(huán)境溫濕度適應(yīng)性。最小二乘法和GSA-BP相結(jié)合對(duì)濕度傳感器進(jìn)行誤差補(bǔ)償,切實(shí)減少了環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。這些研究為提高自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量提供了技術(shù)手段和理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

第二章 自動(dòng)氣象站的硬件結(jié)構(gòu)及校驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)第二章 自動(dòng)氣象站的硬件結(jié)構(gòu)及校驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1 自動(dòng)氣象站的硬件結(jié)構(gòu)新型自動(dòng)氣象站采用了嵌入式系統(tǒng)和總線技術(shù)，采取國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，分為以下四個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集器、氣象要素傳感器、外部總線和外圍設(shè)備。其中數(shù)據(jù)采集器包括一個(gè)主采集器和多個(gè)分采集器[19]。其總體結(jié)構(gòu)如圖 2.1。

南京信息工程大學(xué)碩士學(xué)位論文2.2 數(shù)據(jù)采集器2.2.1 主采集器作為自動(dòng)氣象站核心的主采集器是由硬件和嵌入式軟件組成[22]。硬件由以下幾個(gè)部分組成：傳感器接口、高精度 A/D 電路、高性能嵌入式處理器、外部存儲(chǔ)器接口、通信接口、以太網(wǎng)接口、CAN 總線接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)器、監(jiān)控電路、指示燈等。其結(jié)構(gòu)框如圖 2.2。
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212;P415.12

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本文編號(hào)：2640109