Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Các Module Phục Vụ Đo Lường Giám Sát Trong Trạm Khí Tượng Tự Động.docx

Microsoft Word bia Mau doc Bé c«ng th−¬ng viÖn ®iÖn tö – tin häc b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi kh&cn cÊp bé nghiªn cøu thiÕt kª, chÕ t¹o c¸c module phôc vô ®o l−êng gi¸m s¸t trong tr¹m khÝ t−îng tù ®éng M s[.]

Bộ công thơng viện điện tử tin học báo cáo tổng kết đề tài kh&cn cấp nghiên cứu thiết kê, chế tạo module phục vụ đo lờng giám sát trạm khí tợng tự động MÃ số: 188 08RD/HĐKHCN chủ nhiệm đề tài: trịnh hải thái 7170 17/3/2009 Hµ néi - 2008 BỘ CƠNG THƯƠNG VIỆN NC ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA e a a e  BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2008 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC MODULE PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG GIÁM SÁT TRONG TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG (Mã số: 188.08RD/HĐ-KHCN.) Chủ nhiệm nhiệm vụ: Đơn vị chủ trì: Các quan phối hợp chính: Trịnh Hải Thái Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa TT Khí Tượng Thủy Văn Quốc Gia HÀ NỘI - 08/2008 DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI STT Đơn vị công tác Họ tên Trịnh Hải Thái Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Trần Văn Tuấn Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Nguyễn Tuấn Nam Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Tạ Văn Nam Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Đinh Đức Chính Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Phạm Chí Cơng Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Nguyễn Thị Hương Lan Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Phạm Thùy Dung Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Bùi Đức Thắng Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa 10 Phạm Hùng Cường Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa MỤC LỤC Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.Cơ sở pháp lý/ xuất xứ đề tài 2.Tính cấp thiết mục tiêu nghiên cứu đề tài .5 2.1 Tính cấp thiết 2.2 Mục tiêu nghiên cứu 11 Đối tượng thụ hưởng hiệu kinh tế - xã hội đề tài 11 Phương pháp thực 12 Nội dung, phạm vi nghiên cứu .13 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 14 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 14 7.1 Tổng quan 14 7.2 Giới thiệu trạm khí tượng tự động nước 15 7.2.1 Trạm khí tượng tự động AWS 2700 hãng AANDERAA .15 7.2.2 Trạm khí tượng tự động RAWS-F hãng CAMPBELL 22 Kết khảo sát thực tế 30 8.1 Khảo sát trạm khí tượng tự động Sân Bay Nội Bài - MIDAS IV- hãng VAISALA 30 8.2 Khảo sát trạm khí tượng tự động Thanh Hóa Hải Phòng 42 8.3 Các đại lượng đơn vị đo gió 46 8.4 Tìm hiểu loại sensor đo gió 49 8.4.1 Sensor đo gió chong chóng - kiểu cánh quạt hãng YOUNG 49 8.4.2 Sensor đo gió chong chóng - kiểu chén gió hãng SUTRON 51 8.4.3 Sensor đo gió chong chóng - kiểu chén gió hãng VAISALA 52 8.4.4 Sensor đo gió loại siêu âm .55 8.5 Tổng kết kết khảo sát 59 Tổng kết vấn đề kỹ thuật cần giải giải pháp .60 Chương II TƯỢNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC MODULE TRONG TRẠM KHÍ 62 Mơ hình tổng thể mạng lưới khí tượng 62 Thiết kế tổng quát trạm khí tượng 72 Thiết kế chế tạo module đo gió Datalogger 73 3.1 Thiết kế Mainboard 74 3.2 Thiết kế khối LCD bàn phím 80 3.3 Thiết kế khối truyền thông 81 3.4 Khối nguồn 84 Xây dựng phần mềm cho Datalogger .85 4.1 Chức phần mềm .85 4.2 Cấu trúc phần mềm .86 4.3 Xây dựng chức truyền thông liệu qua mạng GSM 87 4.4 Xây dựng chức lưu trữ liệu 89 4.5 Các chức cài đặt hiển thị hình LCD 89 Chương III THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 93 Thử nghiệm phịng thí nghiệm 93 Thử nghiệm trường .98 KẾT LUẬN 127 LỜI CẢM ƠN .127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 PHỤ LỤC 129 Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.Cơ sở pháp lý/ xuất xứ đề tài Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo module phục vụ đo lường giám sát trạm khí tượng tự động” thực theo: Hợp đồng nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ số 188.08RD/HĐKHCN Bộ Công Thương (Bên A) Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin Học, Tự động hóa (Bên B) ký ngày 03 Tháng 03 Năm 2008 2.Tính cấp thiết mục tiêu nghiên cứu đề tài 2.1 Tính cấp thiết Việt nam quốc gia nằm khu vực đông nam Châu Á, có vị trí địa lý 0 0 trải dài từ 30’ đến 23 22’ độ vĩ Bắc từ 102 10’ đến 109 21’ độ kinh Đông, với bờ biển trải dài 3260km Với đặc điểm vị trí địa lý theo đánh giá quan quản lý thiên tai châu Á thuộc tổ chức Khí tượng Thủy văn Thế Giới, ngồi thuận lợi điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa Việt nam nước chịu nhiều thiên tai châu Á giới Do vị trí địa lý đặc điểm địa hình, Việt nam thường xảy bão, áp thấp nhiệt đới, mưa lớn, lũ lụt, hạn hán, dông tố, lốc, lũ quét….Trong bão lũ thiên tai thường gây hậu nặng nề Hàng năm trung bình có khoảng 6-7 bão áp thấp nhiệt đới đổ vào nước ta Ngoài tượng thiên tai khác hạn hán, dông tố, lốc, lũ quét , sạt lở đất xảy thường xuyên mức độ phức tạp Đặc biệt vài thập kỷ gần đây, thời tiết khu vực nói chung Việt nam nói riêng có diễn biến phức tạp, thiên tai xảy diện rộng mức độ tàn phá nặng nề Từ năm 1995-2000, tính riêng mức độ thiệt hại thiên tai gây ra: người cao gấp lần, tài sản cao lần so với năm đầu thập kỷ Từ năm 1990 đến năm 2000, khoảng 8.000 người bị thiệt mạng, 2.3 triệu lương thực bị phá huỷ, 9.000 tàu thuyền bị đắm triệu nhà bị phá huỷ Ngày 16-8-2002, thời điểm trận lũ quét xảy hai huyện Bắc Quang, Xín Mần (Hà Giang) làm chết 21 người Cũng năm 2002, lũ quét xảy phạm vi rộng thuộc địa bàn ba huyện Hương Sơn, Hương Khê, Vụ Quang (Hà Tĩnh) làm chết 53 người, 111 người bị thương Năm 2004, trận lũ quét xảy hai xã Du Già, Du Tiến thuộc huyện Yên Minh (Hà Giang) huyện Bảo Lâm (Cao Bằng) làm chết 56 người Theo Ban đạo phòng chống lụt bão Trung ương, năm 2005, tình hình thiên tai diễn biến phức tạp, xảy liên tục, dồn dập hầu hết miền đất nước, làm 379 người thiệt mạng gây thiệt hại vật chất 5.200 tỷ đồng Theo Tổng cục thống kê vài năm trở lại thiên tai, lũ lụt tiếp tục gia tăng: Trong năm 2006 nước ta chịu ảnh hưởng 10 bão, áp thấp nhiệt đới, đợt lũ quét, nhiều trận lốc xoáy, mưa đá… năm Dù Chính phủ đạo địa phương chủ động phòng chống thiệt hại thiên tai gây lớn Theo Ban Chỉ đạo phòng chống lụt bão Trung ương, gây thiệt hại lớn người tài sản năm 2006 trận bão có sức tàn phá kinh hồng như: Cơn bão số 6, số 9, số 1… Thiên tai khiến 339 người thiệt mạng, 274 người tích, 2.065 người bị thương; 75 nghìn ngơi nhà bị đổ, trôi; 554 khác bị ngập, hư hại… Về sản xuất kinh tế, có làm 140 nghìn lúa bị ngập, 21 nghìn bị trắng; 122 nghìn hoa màu bị ngập, hư hại; gần 10 nghìn ni trồng thuỷ sản, nghìn tàu thuyền bị chìm, hư hại; gần 1,1 triệu m3 đất đá cơng trình thủy lợi bị sạt lở, bồi lấp… Năm 2006 tổng thiệt hại ước tính gần 18,6 nghìn tỷ đồng (1,19 tỷ USD) Năm 2007 Tổng cục Thống kê cho biết, tổng thiệt hại thiên tai, chủ yếu sạt lở đất, mưa to bão lũ gây 50 tỉnh, thành phố nước ước tính lên tới 11.600 tỷ đồng, khoảng 1% GDP Thiên tai làm 435 người chết, tích; làm ngập hư hại 113.800 lúa; phá huỷ 1.300 cơng trình đập, cống, làm sạt lở trôi 1.500 km đê kênh mương; làm 7.800 ngơi nhà phịng họp bị sập đổ Do ảnh hưởng nặng nề thiên tai nên tình trạng thiếu đói xảy vùng thiên tai Năm 2007, nước có 723.900 lượt hộ với 3.034.500 lượt nhân bị thiếu đói Theo Tổng cục Thống kê, tháng đầu năm 2008, đợt rét đậm, rét hại kéo dài, triều cường lũ lớn xảy nhiều địa phương nước làm ảnh hưởng lớn đến sản xuất đời sống dân cư Thời tiết rét đậm rét hại hồi đầu năm làm 200 nghìn lúa bị hư hỏng; 122 nghìn trâu bị, nghìn lợn 290 nghìn gia cầm bị chết Ước tính tổng giá trị thiệt hại 814 tỷ đồng, tăng 720 tỷ đồng so với kỳ năm 2007 Cần thiết phải tăng cường công tác phòng chống giảm nhẹ thiệt hại thiên tai gây Để phịng chống có hiệu cao việc cảnh báo, dự báo kịp thời, xác xuất diễn biến loại thiên tai tối cần thiết Để sản xuất sản phẩm dự báo cần có liệu đầu vào kết quan trắc KTTV Sản xuất sản phẩm dự báo chủ yếu sử dụng phương pháp truyền thống như: synốp, thống kê Tuy năm gần ứng dụng thành công vài mơ hình dự báo số lại xảy tình trạng "đói" số liệu đầu vào cơng tác quan trắc, đo đạc truyền dẫn số liệu chưa đáp ứng kịp thời Hiện việc thu thập số liệu truyền dẫn số liệu quan trắc Trung tâm KTTV Quốc gia thực theo phương pháp thủ công, quan trắc rời rạc, thực nhiều lần ngày Mạng quan trắc chưa đủ dày mật độ Chưa đạt yêu cầu đại biểu cho biến thiên đối tượng quan trắc theo không gian thời gian Hiện mạng lưới quan trắc có 170 trạm khí tượng bề mặt, 231 trạm thuỷ văn, 21 trạm khí tượng hải văn, 393 trạm đo mưa nhân dân Vì cần thiết phải tăng cường đầu tư lắp đặt nhiều trạm khí tượng thời gian tới Những trạm quan trắc khí tượng tự động ngành KTTV nước cung cấp, nhiên sau thời gian hoạt động hư hỏng Các trạm quan trắc khí tượng tự động ngoại nhập giá thành cao, chi phí trì hoạt động lớn, khả nâng cấp mở rộng khó, cụ thể trạm quan trắc khí tượng tự động có mặt thị trường Việt Nam Monitor sensors, MetOne, Campbell, Vaisala, hỏng phải mua module thay hãng thuê chuyên gia xác định sai hỏng với kinh phí lớn, thời gian sửa chữa khơng kịp thời làm gián đoạn công việc quan trắc thời gian dài Trước u cầu cấp bách đó, Chính phủ đạo "Đổi tăng cường thiết bị quan trắc đo đạc, truyền số liệu, công nghệ dự báo xây dựng số sở cần thiết cho lắp đặt thiết bị đo đạc, nhằm nâng cao lực cơng tác cảnh báo, dự báo xác, kịp thời xuất trình diễn biến tượng thiên tai" Ngày 29/11/2007 Thủ tướng phủ Nguyễn Tấn Dũng định số 16/2007/QĐ-TTg việc phê duyệt “Quy hoạch tổng thể mạng lưới quan trắc tài nguyên môi trường quốc gia đến năm 2020” gồm giai đoạn sau: a) Giai đoạn 2007 - 2010: - Xây dựng hoàn thiện cấu tổ chức, máy quản lý điều hành; đào tạo bổ sung đội ngũ quan trắc viên, đáp ứng yêu cầu, nhiệm vụ mạng lưới quan trắc tài nguyên môi trường quốc gia; - Bổ sung, sửa đổi quy định, quy trình, quy phạm, tiêu quan trắc cách đồng bộ, đáp ứng yêu cầu, nhiệm vụ quan trắc lĩnh vực tài nguyên môi trường cụ thể; - Củng cố bước đại hố trạm quan trắc tài ngun mơi trường có; xây dựng đưa vào vận hành 1/3 số trạm dự kiến xây mới, trọng tâm khu vực, yếu tố quan trắc có nhu cầu cấp bách phục vụ phòng chống thiên tai bảo vệ môi trường; - Xây dựng, củng cố, nâng cấp trung tâm thông tin, tư liệu môi trường, tài nguyên nước, khí tượng thủy văn; tăng cường lực bảo đảm truyền tin thông suốt trạm quan trắc, trung tâm thông tin, tư liệu tài nguyên môi trường; tạo lập, quản lý khai thác có hiệu sở liệu quan trắc tài nguyên môi trường b) Giai đoạn 2011 - 2015: - Tiếp tục củng cố đại hố trạm quan trắc tài ngun mơi trường có; xây dựng đưa vào vận hành 1/2 số trạm lại; - Nâng cấp sở liệu tài nguyên môi trường, bảo đảm thơng tin thơng suốt, đồng bộ, có hệ thống độ tin cậy cao; - Tiếp tục đào tạo bổ sung đội ngũ quan trắc viên, đáp ứng đủ nhu cầu cán mạng lưới quan trắc tài nguyên môi trường quốc gia c) Giai đoạn 2016 - 2020: - Hoàn thành việc xây dựng đưa vào hoạt động có hiệu trạm quan trắc Quy hoạch, bảo đảm tính hợp lý, thống nhất, đồng bộ, đại mạng lưới quan trắc tài nguyên môi trường quốc gia; - Nâng cao lực đội ngũ quan trắc viên, kỹ thuật viên cán quản lý, đáp ứng tốt yêu cầu hoạt động mạng lưới quan trắc tài nguyên môi trường quốc gia Quy hoạch mạng lưới quan trắc tài nguyên môi trường quốc gia Mạng lưới quan trắc tài nguyên môi trường quốc gia chia thành mạng lưới chuyên ngành sau đây: a) Mạng lưới quan trắc môi trường, gồm quan trắc môi trường quan trắc môi trường tác động xây dựng dựa sở trì, nâng cấp trạm, điểm quan trắc mơi trường có xây dựng bổ sung trạm, điểm quan trắc mới: - Mạng lưới quan trắc môi trường đến năm 2020 gồm điểm quan trắc mơi trường khơng khí, 60 điểm quan trắc môi trường nước sông, điểm quan trắc môi trường nước hồ, 140 điểm quan trắc môi trường nước đất 12 điểm quan trắc môi trường biển ven bờ biển khơi; - Mạng lưới quan trắc môi trường tác động đến năm 2020 gồm 34 đơn vị quan trắc với sở vật chất, trang thiết bị quan trắc đại 58 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương, khu công nghiệp quan trắc tác động môi trường không khí; 64 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương, khu công nghiệp quan trắc tác động môi trường nước mặt lục địa; 21 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương quan trắc mưa axit; 32 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương quan trắc môi trường đất Thực quan trắc môi trường biển 48 cửa sông, 14 cảng biển, 11 bãi tắm, vùng nuôi trồng thuỷ sản, 160 điểm ngồi khơi; quan trắc mơi trường phóng xạ 120 mỏ tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương; quan trắc chất thải rắn 64 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương (tập trung cho khu công nghiệp, làng nghề); quan trắc đa dạng sinh học 49 vườn quốc gia khu bảo tồn thiên nhiên b) Mạng lưới quan trắc tài nguyên nước, gồm quan trắc tài nguyên nước mặt quan trắc tài nguyên nước đất: - Mạng lưới quan trắc tài nguyên nước mặt đến năm 2020 gồm 348 trạm, có 270 trạm quan trắc lượng nước sơng, 116 trạm quan trắc chất lượng nước sông, hồ 1580 điểm đo mưa Các trạm, điểm quan trắc lồng ghép trạm, điểm thuộc mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn;