NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG

Chương 2 trình bày về cở sở khách quan cho việc lựa chọn công nghệ các bộ phận quan trọng của trạm KTTĐ; Chương 3 trình bày thuật toán và kỹ thuật thiết kế bộ hiển thị - điều khiển số li

23/62 Nguyễn Chí Thanh, Đống Đa, Hà Nội -******** -

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

KS Đào Hồng Châu Phòng NCTN CN Đo đạc - Viện KH KTTV&MT

KS Hoàng Phi Thành Phòng NCTN CN Đo đạc - Viện KH KTTV&MT

KS Đặng Tùng Mẫn Phòng KH&CN Thông tin - Viện KH KTTV&MT

KS Nguyễn Danh Hiệp Phòng KH&CN Thông tin - Viện KH KTTV&MT

KS Nguyễn Ngọc Quý TT Mạng lưới KTTV&MT- TT KTTV QG

Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2009 Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2009 Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2009

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Nguyễn Viết Hân

ĐƠN VỊ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

(Ký và ghi rõ họ tên, học hàm, học vị)

TS Nguyễn Lê Tâm

CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI

TL BỘ TRƯỞNG

KT VỤ TRƯỞNG

VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHÓ VỤ TRƯỞNG

Nguyễn Lê Tâm

HÀ NỘI, 12-2009

MỤC LỤC

TT Nội dung Trang

Lời mở đầu ……… 2

Chương 1 Tổng quan về các trạm khí tượng tự động và mục tiêu của đề tài 4 1.1 Các trạm khí tượng tự động trong nước … ……… 4

1.1.1 Thiết bị có xuất xứ từ nước ngoài ……… 5

1.1.2 Thiết bị có xuất xứ trong nước ……… 6

1.2 Về các trạm khí tượng tự động ở ngoài nước ……… 7

1.3 Về công nghệ truyền tin ……… 9

1.4 Một số nhận xét ……… 10

1.5 Cơ sở thực hiện các nhiệm vụ của đề tài ……… 12

1.6 Mục tiêu và yêu cầu kết quả của đề tài ……… 13

Chương 2 Lựa chọn công nghệ xây dựng trạm khí tượng tự động ………… 16

2.1 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố gió ……… 16

2.2 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố mưa ……… 23

2.3 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố nhiệt độ và độ ẩm không khí ……… 24

2.4 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố áp suất khí quyển ……… 26

2.5 Lựa chọn công nghệ truyền tin trên mạng điện thoại di động ……… 27

Chương 3 Thiết kế bộ hiển thị Datalogger của trạm khí tượng tự động …… 31

3.1 Sơ đồ khối chức năng Datalogger VH-051S ……… 31

3.2 Lựa chọn hệ vi xử lý ……… 33

3.3 Nguyên lý hoạt động Datalogger ……… 36

3.4 Tính năng kỹ thuật của Datalogger VH-051S ……… 38

Chương 4 Các chương trình điều khiển hệ thống trạm KTTĐ VH-051S …… 42

4.1 Chương trình điều khiển trực tiếp LocVh051s ……… 42

4.2 Chương trình điều khiển và thu nhận số liệu SysVh051sKv tại Trung tâm Khu vực của hệ thống các trạm KTTĐ VH-051S ……… 46

4.3 Ý nghĩa thông tin từ trạm VH-051S ……… 51

Chương 5 Kết quả triển khai thực nghiệm hệ thống trạm KTTĐ VH-051S 53 5.1 Phương pháp tiến hành thử nghiệm ……… 53

5.2 Kết quả kiểm định lần thứ nhất trước khi lắp đặt thử nghiệm ……… 54

5.3 Kết quả kiểm định lần thứ hai tại nơi lắp đặt ……… 58

5.4 Kết quả kiểm định lần thứ ba sau quá trình thử nghiệm ……… 59

5.5 Kết quả hoạt động của hệ thống thử nghiệm ……… 61

Kết luận và kiến nghị ……… 66

Tài liệu tham khảo ……… 68

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT Tên bảng Trang

1 Bảng 1.1 Thông số thiết kế của trạm KTTĐ 14

2 Bảng 1.2 Thông số bổ sung của sen-xơ 15

3 Bảng 3.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của bộ hiển thị VH-051S 40

4 Bảng 5.1 Yêu cầu về sai số đối với các thiết bị đo khí tượng 54

5 Bảng 5.2 Sai số tốc độ gió khi sử dụng các sen-xơ Young 05106MA 55

6 Bảng 5.3 Sai số hướng gió khi sử dụng các sen-xơ Young

7 Bảng 5.4 Sai số yếu tố mưa khi sử dụng các sen-xơ SL3-1 56

8 Bảng 5.5 Sai số yếu tố nhiệt độ khi sử dụng các sen-xơ VH-11TH 56

9 Bảng 5.6 Sai số yếu tố độ ẩm khi sử dụng các sen-xơ VH-11TH 56

10 Bảng 5.7 Sai số yếu tố áp suất khi sử dụng các sen-xơ VH-15B 57

11 Bảng 5.8 Sai số yếu tố đo tại lần kiểm định cấp Nhà nước 58

12 Bảng 5.9 Sai số trung bình các yếu tố khi kiểm định tại chỗ 59

13 Bảng 5.10 Sai số tốc độ gió sau quá trình thực nghiệm 59

14 Bảng 5.11 Sai số hướng gió sau quá trình thực nghiệm 59

15 Bảng 5.12 Sai số yếu tố mưa sau quá trình thực nghiệm 60

16 Bảng 5.13 Sai số yếu tố nhiệt độ sau quá trình thực nghiệm 60

17 Bảng 5.14 Sai số yếu tố độ ẩm sau quá trình thực nghiệm 60

18 Bảng 5.15 Sai số yếu tố khí áp sau quá trình thực nghiệm 60

19 Bảng 5.16 Số liệu tại “Nhật ký hoạt động” trạm Văn Lý 62

20 Bảng 5.17 Số liệu tại “Nhật ký hoạt động” trạm Hà Đông 63

21 Bảng 5.18 Số liệu tại Datalogger trạm Hà Đông ngày 07/11/2009 63

22 Bảng 5.19 Số liệu của trạm Hà Đông ngày 07/11/2009 tại Trung tâm Khu vực 64

23 Bảng 5.20 Số liệu của trạm Hà Đông ngày 07/11/2009 tại Trung tâm Trung ương 64

DANH MỤC CÁC HÌNH

4 Hình 2.4 Cấu tạo của sen-xơ gió Young 05106MA 19

5 Hình 2.5 Tín hiệu tốc độ gió 5m/s 21

6 Hình 2.6 Tín hiệu tốc độ gió 0.3m/s 21

7 Hình 2.7 Tín hiệu tốc độ gió 0.5m/s 21

9 Hình 2.4 Thiết bị đo mưa xi phông SJ1 và vũ lượng ký SL1 của Trung Quốc 23

10 Hình 2.5 Các sen-xơ đo mưa điển hình dùng cho các trạm KTTĐ 24

11 Hình 2.6 Sen-xơ đo mưa SL3-1 và các thông số kỹ thuật 24

13 Hình 2.8 Sen-xơ nhiệt ẩm VH-11TH và các thông số đặc trưng 26

15 Hình 2.10 Sen-xơ khí áp VH-15B và các thông số kỹ thuật 27

18 Hình 3.1 Sơ đồ khối dạng tổng thể của Datalogger VH-051S 31

19 Hình 3.2 Sơ đồ khối của Datalogger VH-051S khi dùng modem GSM 32

20 Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán chính của Datalogger 37

21 Hình 3.4 Bộ hiển thị Datalogger VH-051S 38

22 Hình 3.5 Bộ hiển thị Datalogger VH-051SA 39

23 Hình 3.6 Thông tin tại LCD của bộ hiển thị VH-051S 40

24 Hình 4.1 Giao diện chính của của chương trình điều khiển LocVh051s 43

25 Hình 4.2 Sơ đồ thuật toán chính của chương trình LocVh051s 44

26 Hình 4.3 Khung nhập mật khẩu LocVh051s 45

27 Hình 4.4 Khung nhập thông số LocVh051s 45

28 Hình 4.5 Khung nhập ngày bắt đầu và số ngày lấy số liệu 45

29 Hình 4.6 Mô hình tổ chức hệ thống các trạm KTTĐ 46

30 Hình 4.7 Giao diện chính của của chương trình điều khiển SysVh051s 47

31 Hình 4.8 Sơ đồ thuật toán chính của chương trình SysVh051s 48

32 Hình 4.9 Khung nhập mật khẩu SysVh051s 50

33 Hình 4.10 Khung nhập thông số SysVh051s 50

34 Hình 4.11 Khung nhập ngày bắt đầu và số ngày lấy số liệu 50

Những năm gần đây cùng với sự biến đổi của khí hậu toàn cầu, diễn biến bất thường của thời tiết và thiên tai nguy hiểm xuất hiện ở nước ta ngày càng dày hơn, khốc liệt hơn và biến động rất phức tạp Thiên tai nghiêm trọng không theo quy luật xẩy ra ở nhiều vùng khắp cả nước Các cơn bão và mưa lớn trong những năm qua, đặc biệt trong năm 2009 đã làm thiệt hại nhiều tính mạng và tài sản Trong bối cảnh đó, nâng cao năng lực cho công việc dự báo, cảnh báo và giám sát thiên tai là nhu cầu quan trọng, là cơ sở đầu tiên cho việc giảm nhẹ thiên tai Hiện nay nhiều mô hình số trị đã và đang được sử dụng, nhằm nâng cao chất lượng dự báo Nhưng đầu vào cho các mô hình này là một bộ số liệu khá lớn, trong đó số liệu thời gian thực với kỳ quan trắc dày từ mạng lưới trạm đo đạc đủ lớn đóng vai trò quan trọng Để đáp ứng được việc này, không có sự lựa chọn nào khác, ngoài việc sử dụng các trạm khí tượng tự động (KTTĐ) Từ hơn 20 năm về trước, các trạm KTTĐ nhập ngoại đã được sử dụng tại nước ta và đến nay nhu cầu sử dụng các trạm này ngày càng lớn Nhưng việc khai thác và duy trì các trạm nhập ngoại còn tồn tại nhiều bất cập Do đó, việc chủ động công nghệ xây dựng hệ thống trạm KTTĐ là rất cấp thiết Thực hiện thành công đề tài này là bước cơ bản để giải quyết các vấn đề trên

Kết quả khả quan của đề tài là khâu đột phá quan trọng, chứng tỏ các chuyên gia trong nước có khả năng làm chủ được nhiều công đoạn công nghệ hiện đại, chủ động đáp nhu cầu phát triển của ngành Báo cáo tổng kết được trình bày trong 5 chương, với bố cục như sau:

Chương 1 là phần tổng quan, phân tích về các trạm KTTĐ trong và ngoài nước, nhằm lựa chọn phương án tốt nhất để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài;

Chương 2 trình bày về cở sở khách quan cho việc lựa chọn công nghệ các bộ

phận quan trọng của trạm KTTĐ;

Chương 3 trình bày thuật toán và kỹ thuật thiết kế bộ hiển thị - điều khiển số

liệu Datalogger, phần quan trọng của đề tài;

Chương 4 thể hiện các chương trình, thuật toán điều khiển hệ thống các trạm

khí tượng tự động;

Chương 5 là phần tổng kết, đánh giá quá trình thực nghiệm

Báo cáo tổng kết đề tài là kết quả quá trình nghiên cứu thực nghiệm trong

nhiều năm, nhằm xây dựng thành công hệ thống trạm KTTĐ trên cơ sở công

nghệ tiên tiến và tin cậy mà các chuyên gia của Việt Nam chủ công nghệ, với giá

thành và chi phí hợp lý Kết quả của đề tài là cơ sở quan trọng cho việc tự động

hóa đo đạc và truyền số liệu các yếu tố khí tượng thủy văn

Nhân đây, những người thực hiện đề tài xin trân trọng biết ơn sự quan tâm

và giúp đỡ của lãnh đạo Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, của

Trung tâm Mạng lưới KTTV&MT, của Đài KTTV Khu vực Đồng bằng Bắc Bộ,

Trạm khí tượng nông nghiệp Hà Đông, Trạm khí tượng nông nghiệp Ba Vì, Trạm

khí tượng Văn Lý, trong quá trình triển khai các nhiệm vụ của đề tài

4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG

VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Việc đo đạc các yếu tố KTTV, như: gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí, mực nước để đảm bảo cung cấp số liệu điều tra cơ bản, đóng vai trò rất quan trọng trong nghiệp vụ quan trắc của ngành KTTV và được tiến hành tại hầu hết các trạm KTTV theo một quy phạm chặt chẽ và thống nhất Các số liệu này là cơ sở quan trọng đối với công tác dự báo KTTV, nghiên cứu khoa học, quy hoạch và nhu cầu sử dụng các số liệu KTTV ngày càng cao cả về chất lượng và

số lượng Nhưng hiện nay, công việc điều tra cơ bản chủ yếu vẫn dựa trên các thiết bị đo đạc thủ công, do đó việc cung cấp số liệu số hóa cho các mô hình dự báo còn gặp nhiều khó khăn Để khắc phục các nhược điểm trên, các thiết bị đo đạc tự động, đặc biệt là các trạm khí tượng tự động đã và đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta và nhiều nước khác

Các thiết bị đo các yếu tố KTTV của ngành rất đa dạng về chủng loại, tính năng và xuất xứ Về khả năng tự động hóa có thể phân làm 03 nhóm như sau:

Thiết bị đo thủ công truyền thống: có khá nhiều chủng loại, như máy gió

Vild, máy đo gió cầm tay, các loại nhiệt kế, áp kế thủy ngân, các thiết bị đo mưa

xi phông, thùng đo mưa, các nhiệt, ẩm, vũ lượng ký, Việc tự động hóa trên cơ

sở các thiết bị này rất khó khăn và có rất ít hy vọng đạt được hiệu quả mong muốn

Thiết bị đo cơ điện tử: Máy gió EL, Tavid, Deolia-91, Wind Tracker

Young, Vũ lượng ký SL1, Áp kế số PA-11, PTB220B Việc sử dụng các thiết bị này cho mục đích tự động hóa tuy có khó khăn, nhưng hoàn toàn có thể

Trạm khí tượng tự động: được sự quan tâm của Nhà nước, các thiết bị

dạng này đã được sử dụng thử nghiệm từ thập niên 90 của thế kỷ trước, đến nay

số lượng được sử dụng trong ngành đã tăng lên đáng kể và dự kiến loại thiết bị này sẽ được tăng cường trang bị thêm đến hàng trăm với nhiều chủng loại Theo quy ước, trạm KTTĐ là thiết bị khí tượng được tự động hóa cho mục tiêu đo đạc từ hai yếu tố khí tượng trở lên Vì vậy, trong phần này đề tài chỉ tập trung tổng quan, phân tích về các thiết bị có liên quan đến trạm KTTĐ trong và ngoài nước

1.1 Các trạm khí tượng tự động trong nước

Nhờ các ưu thế của mình so với các thiết bị đo đạc thủ công truyền thống, các thiết bị đo tự động nói chung và trạm KTTĐ nói riêng đã được sử dụng tại

nước ta từ vài chục năm về trước, hầu hết là thiết bị có xuất xứ ngoại nhập Các

thiết bị này đã thể hiện được sự tiện lợi và hiệu quả của mình

1.1.1 Thiết bị có xuất xứ từ nước ngoài

Số lượng các trạm KTTĐ phục vụ công việc chuyên môn của ngành KTTV

đã được tăng lên nhanh chóng theo thời gian Có thể liệt kê một số trạm tiêu biểu

như sau:

- Các trạm do Viện KH KTTV&MT quản lý, gồm 7 trạm: 02 Trạm khí tượng

nông nghiệp nhiều yếu tố đo Vaisala MILOS 500 – Phần Lan đặt tại Hoài

Đức, Trà Nóc trong năm 1992, 02 Trạm khí tượng tự động của MetOne lắp

đặt tại Thác Bà và Hòa Bình và 01 Trạm tháp 5 tầng gió nhiệt ẩm Milos 500

tại Láng, 01 Trạm Aanderaa 2700 dùng cho việc khảo sát, 01 trạm Monitror -

Úc dùng cho đo đạc khảo sát khí tượng nông nghiệp;

- Dự án ODA gồm 11 trạm khí tượng tự động, lắp đặt tại Phủ Liễn, Hòn Dấu,

Cô Tô, Bạch Long Vỹ, Hải Dương, Hà Giang, Phú Hộ, Thanh Hóa, Vinh, Kỳ

Anh, Phú Quý Trong đó, 09 trạm do hãng Degreane - Pháp cung cấp, 01 trạm

Handar - Hoa Kỳ, 01 trạm Vaisala Milos 500 đo các yếu tố: gió, mưa, nhiệt

độ, độ ẩm, áp suất không khí;

- Hệ thống 09 trạm tự động quan trắc môi trường không khí Kimoto - Nhật

Bản rất hiện đại, đo các yếu tố khí tượng và nhiều thông số về chất lượng

không khí, lắp đặt tại Láng, Phủ Liễn, Cúc Phương, Đà Nẵng, Nhà Bè, Plây

Cu, Cần Thơ, Vinh, Sơn La;

- Hệ thống 07 trạm MeteorBurst - Hoa Kỳ tăng cường cho nghiệp vụ dự báo,

bao gồm: Trung tâm tại Chí Linh và 7 trạm được lắp đặt tại Bạch Long Vĩ,

Móng Cái, Cửa Ông, Hòn Dấu,Văn Lý, Tĩnh Gia, Hòn Ngư, đo các yếu tố gió,

mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí Hệ thống này sử dụng thu phát vô

tuyến theo chuẩn Meteor bằng Modem chuyên dùng;

- Hai dự án lớn đã và đang triển khai trong các năm 2008-2010

*Dự án ODA của Italy “Tăng cường hệ thống dự báo cảnh báo lũ lụt ở Việt

Nam - Giai đoạn 1”, đầu tư hệ thống các thiết bị đồng bộ cho các tỉnh Quảng

Bình, Quảng Trị, Thừ thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, bao gồm: 16 trạm

KTTĐ đo các yếu tố gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí; 43 trạm

thủy văn quan trắc mực nước và mưa; 15 trạm đo mưa;

*Dự án tài trợ của ngân hàng thế giới WB “Tăng cường năng lực cảnh báo

giám sát lũ lụt đồng bằng sông Cửu Long”, gồm: 12 trạm KTTĐ đo 8 yếu tố,

89 trạm thủy văn đo mực nước và đo mưa;

6

*Các trung tâm thu số liệu tại Khu vực và Trung ương của hai dự án này có phương thức truyền nhận số liệu hiện đại, kết hợp các dạng truyền Radio UHF, GSM và vệ tinh;

- Dự kiến, trong thời gian sắp tới “Tăng cường hệ thống dự báo cảnh báo lũ lụt

ở Việt Nam - Giai đoạn 2”, đầu tư hệ thống các thiết bị đồng bộ cho các tỉnh

Bắc Trung Bộ, bao gồm: 40 trạm KTTĐ đo các yếu tố gió, mưa, nhiệt độ, độ

ẩm, áp suất không khí; 53 trạm thủy văn quan trắc mực nước và mưa; 152 trạm đo mưa;

- Ngoài ra trong ngành đã được trang bị khá nhiều thiết bị đo gió tự động Young và các thiết bị tự động đo các yếu tố đơn lẻ khác;

- Khá nhiều trạm KT tự động của Hoa Kỳ, Na Uy, Phần Lan, Itatly, Đài Loan,…được sử dụng cho nhiều lĩnh vực khác, ngoài ngành KTTV, như: hàng không, phòng chống cháy rừng, khai thác mỏ

Trong thời gian tới, thực hiện các dự án tăng cường trang thiết bị cho ngành KTTV, dự kiến: số trạm tự động quan trắc môi trường không khí Kimoto - Nhật Bản sẽ lên tới 22 trạm, số trạm đo gió Young sẽ lên tới hàng trăm, ngoài ra dự kiến 17 trạm hải văn ven biển rất hiện đại của Hoa Kỳ, nhiều thiết bị tự động mới cho Tàu nghiên cứu Biển

1.1.2 Thiết bị có xuất xứ trong nước

Đối với các thiết bị đo đạc chuyên ngành KTTV, việc đầu tư nghiên cứu sản xuất các thiết bị tự động trong nước còn hạn chế, chưa đạt được những kết quả khả quan

Từ năm 1993, Trung tâm Khoa học Tự nhiên đã nghiên cứu lắp ráp thử nghiệm trạm KT tự động ở mức đơn giản, đo các yếu tố cơ bản: mưa, gió, nhiệt

độ và áp suất khí quyển Do sử dụng các sen-xơ có độ chính xác chưa cao và công nghệ còn hạn chế, nên các tham số đo đạc của thiết bị không ổn định và có

độ chính xác chưa đạt như mong muốn Trạm đã đo thử nghiệm tại Phú Thụy, huyện Gia Lâm, nhưng không cho kết quả khả quan và việc hoàn thiện cũng không được tiếp tục

Từ những năm 2000, Viện Điện tử – Trung tâm Khoa học Kỹ thuật Quân sự cũng đã thiết kế và xây dựng trạm đo đạc yếu tố gió phục vụ binh chủng Pháo binh và Hải quân Độ chính xác của trạm chưa cao, chỉ đáp ứng được yêu cầu của

họ và việc hoàn thiện thiết bị cũng không tiếp tục

Trong năm 2006, Công ty Hải Dương có giới thiệu thiết bị báo động mưa lớn tại chỗ bằng âm thanh, không hiển thị số liệu, nhưng hiện nay còn đang hoàn thiện, thử nghiệm độ chính xác và tính ổn định Năm 2007, Công ty Vật tư KTTV

Hymetco đã đưa ra thị trường Máy đo nhiệt đất hiện số MLS-02 dùng đo nhiệt độ

mặt đất và các độ sâu, nhằm thay thế cho việc quan trắc thủ công bằng các nhiệt

kế thủy ngân truyền thống

Trong các năm 2006 - 2009, Viện KH KTTV&MT đã thực hiện thành công

nhiều đề tài và các công trình nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến tự động hóa

đo đạc, đáng chú ý nhất là các công trình sau:

- Hệ thống đo mưa gồm 07 trạm của đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu xây dựng hệ

thống đo và truyền số liệu đo mưa thời gian thực tại lưu vực Ngàn Phố –

Ngàn Sâu” thử nghiệm thành công và chuyển giao cho Đài Khu vực Bắc

Trung Bộ quản lý sử dụng;

- Hệ thống đo mưa và cảnh báo mưa lớn VH-022R, lắp đặt 02 trạm tại tỉnh

Yên Bái, sau đó theo yêu cầu của các cơ sở đã triển khai lắp đặt thêm 12

trạm tại Lào Cai, Hà Tĩnh, Kon Tum, Ninh Thuận, Bình Thuận, Tp Hồ Chí

Minh;

- Hệ thống đo gió và đo mưa đã triển khai tại tỉnh Quảng Ninh, gồm 03 trạm

đo gió VH-026W và 15 trạm đo mưa VH-022R

- Các hệ thống trạm VH-xxx của Viện có khả năng cung cấp nhanh số liệu thời

gian thực qua mạng điện thoại di động với số lượng trạm trong hệ thống có

thể đạt tới hàng vài trăm và đồng thời có thể kiểm soát các trạm qua điện thoại

di động cầm tay

Ngoài ra một số cơ sở Khoa học Công nghệ, như: ĐH Bách Khoa Hà Nội,

ĐH KH Tự nhiên, Viện KHCN Việt Nam,… đã đầu tư cho việc nghiên cứu chế

tạo, thử nghiệm các thiết bị đo tự động các yếu tố đơn lẻ: nhiệt độ đất, mực nước

Tuy đã có một số thành công ban đầu, nhưng do nhiều nguyên nhân, việc hoàn

thiện để thiết bị có thể sử dụng ổn định trên mạng lưới KTTV đã không được tiếp

tục Thực tế đến nay hầu như các thiết bị trên đều đã không còn được sử dụng

trên mạng lưới của ngành

1.2 Về các trạm khí tượng tự động ở ngoài nước

Tại các nước có nền khoa học và kinh tế phát triển, các thiết bị đo đạc tự

động đã được sử dụng từ rất sớm Theo tác giả M S Sternzat [12], các thiết bị tự

động đo gió, nhiệt độ, độ ẩm đã được sử dụng tại Liên Xô từ thập niên 30 của thế

kỷ trước [13, 14] Hiện nay, ngành KTTV của các nước phát triển được trang bị

một số lượng khá lớn thiết bị quan trắc tự động và thiết bị truyền số liệu với công

nghệ hiện đại Mạng lưới quan trắc của các nước này được tự động hoá ở mức độ

cao, số liệu đo đạc thời gian thực được đảm bảo kịp thời cho nhu cầu của người

8

sử dụng Mạng lưới quan trắc tự động đã đóng góp quyết định để nâng cao chất lượng công tác dự báo KTTV nói chung và dự báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm nói riêng, đặc biệt là công tác cảnh báo bão, lũ lụt, lũ quét

Trên thế giới, các thiết bị đo đạc tự động cho ngành KTTV nói chung hay trạm KTTĐ nói riêng có rất nhiều chủng loại về tính năng sử dụng, cấp độ công nghệ và do nhiều cơ sở cung cấp [10, 11] Có thể liệt kê một số hãng chính như Vaisala - Phần Lan; Otto- Đức; Kipp&Zonen - Hà lan; Aanderaa - Na Uy; Diolia, Degreane - Pháp; Cae - Ý; Auria, Monitor - Úc; Handar, MetOne, NovaLynx, Cambell, Young - Mỹ; Kimoto- Nhật Bản;

Tuỳ theo đặc điểm địa lý và mức độ phát triển của từng vùng nơi đặt thiết bị

đo, số liệu thời gian thực được cung cấp cho người sử dụng thông qua mạng hữu tuyến như đường điện thoại, mạng LAN, WAN; mạng vô tuyến như Radio Modem, GSM Modem, máy thu phát vệ tinh; mạng kết hợp giữa hai dạng trên Tại Hồng Kông, vùng lãnh thổ có diện tích tương tự một thành phố nhỏ ven biển nước ta, hiện có mạng lưới các trạm KTTĐ gồm khoảng hơn 30 trạm đo Số liệu KT từ các trạm đo đạc ở các điểm khác nhau của lãnh thổ được cập nhật liên tục qua mạng về máy chủ của Trung tâm dự báo, sau đo các số liệu này được chia

sẽ cho các nhà chuyên môn để phục vụ cho việc dự báo KTTV và cảnh báo thời tiết nguy hiểm

Trong những năm gần đây các cơ sở sản xuất thiết bị KTTV của Trung Quốc đã đưa ra rất nhiều thiết bị tự động cho các yếu tố đơn lẻ và kể cả các trạm KTTĐ nhiều yếu tố Những năm trước đây họ thường sử dụng các sen-xơ nhập ngoại, nhưng thời gian gần đây Trung Quốc đã sản xuất được rất nhiều loại sen-

xơ và chủ động cung cấp các trạm KTTĐ cho Cục KTTV của mình Rất nhiều cơ

sở đảm nhận các sản phẩm khác nhau, đáng quan tâm hơn cả là Huatron Sounding, Weitianxin Electronic, Shanghai Meteorological Instrument Factory với các thiết bị SL1, SL3-1, EL, EC21, trạm KTTĐ CAWS600B, CAWS600R, CAWS800R

Tại Nhật Bản, Pháp, Đức và nhiều nước phát triển khác hệ thống quan trắc

tự động được bố trí rộng khắp lãnh thổ với số lượng khá lớn, thông qua mạng kết hợp giữa vô tuyến và hữu tuyến để bảo đảm việc cung cấp số liệu cho việc dự báo KTTV và cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm Theo tài liệu của hãng

CAE, ngành KTTV của Italy, mà diện tích đất liền và biển tương tự nước ta, có

hơn 3500 trạm đo đạc tự động với khoảng 16000 cảm biến, 220 trung tâm điều khiển và thu nhận số liệu

Như vậy để có thể đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo

không quá tụt hậu so với các nước phát triển, trong thời gian tới số trạm khí

tượng tự động của ta phải tăng lên tới hàng chục, thậm chí hàng trăm lần so với

hiện nay

1.3 Về công nghệ truyền tin

Hiện tại, phần lớn các thiết bị đo đạc tự động trong ngành KTTV đều do

nước ngoài sản xuất, chủ yếu làm nhiệm vụ quan trắc và lưu trữ số liệu tại chỗ,

nếu không được nâng cấp thì chưa có khả năng để đảm bảo cung cấp tự động số

liệu thời gian thực

Các thiết bị, công nghệ và giải pháp truyền tin giữa các Đài KTTV khu vực

và Trung ương, bao gồm mạng LAN, WAN, Internet, mạng thông tin dự báo, đã

đảm bảo được nhu cầu của ngành, nhưng trong tương lai gần cần tăng cường

công nghệ để có thể đáp ứng một lượng thông tin khá lớn phục vụ các mô hình số

trị

Việc đảm bảo truyền tin giữa các trạm KTTĐ về Đài KTTV khu vực hoặc

Trung ương còn gặp nhiều khó khăn Có thể nhận thấy hai nguyên nhân cơ bản,

một là thiết bị đo đạc tại các trạm từ các vùng sâu xa còn chưa được tự động hóa,

hai là công nghệ truyền tin chưa có khả năng đáp ứng và cung cấp số liệu từ xa

Mặc dù một số trạm khí tượng tự động với công nghệ hiện đại đã được trang bị,

nhưng công nghệ truyền tin chưa được đầu tư hợp lý và đồng bộ

Công nghệ sử dụng các modem hữu tuyến như Dial-Up, Adsl, cho việc

truyền số liệu từ các trạm đo còn khá nhiều bất cập, như: chất lượng tín hiệu

đường truyền khó ổn định, khả năng đáp ứng thông suốt trong các điều kiện thời

tiết còn hạn chế, chi phí duy trì thông tin cũng khá cao, rất khó khăn khi triển

khai ở các vùng sâu, vùng xa,…

Được sự quan tâm của Nhà nước, ngành KTTV đã đưa vào sử dụng một số

mạng quan trắc nhập ngoại và có khả năng truyền số liệu thời gian thực, phục vụ

cho việc cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm, như dự án tăng cường

nghiệp vụ dự báo cho vùng Bắc Bộ; cảnh báo lũ quét vùng Tây Bắc; cảnh báo lũ

cho lưu vực các sông Hương, Trà Khúc, sông Vệ; giám sát lũ lụt đồng bằng sông

Cửu Long;…

Trong năm 2007, Viện KH KTTV&MT đã hoàn hành Đề tài cấp Bộ

“Nghiên cứu và xây dựng mạng đo và truyền số liệu mưa thời gian thực tại lưu

vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu” do KS Đào Hồng Châu làm chủ nhiệm Cho

đến thời điểm hiện nay, hệ thống này đã được lắp đặt thử nghiệm tại lưu vực trên

và việc đo - truyền số liệu mưa thời gian thực qua mạng điện thoại hữu tuyến đã

cho kết quả khả quan Mặc dù vậy, do đặc thù kỹ thuật của mạng hữu tuyến còn

10

phụ thuộc nhiều tới chất lượng tín hiệu đường truyền, nên khả năng đáp ứng thông suốt số liệu trong mọi điều kiện thời tiết vẫn còn hạn chế và đồng thời chi phí duy trì thông tin còn khá cao

Trong mấy năm gần đây, ở nước ta mạng điện thoại di động GSM đã phát triển mạnh mẽ, phủ sóng rộng khắp và chi phí sử dụng đã giảm đi đáng kể Các dịch vụ gia tăng của mạng này đã và đang được mở rộng, đặc biệt là dịch vụ kết nối Internet, truyền data và tin nhắn Các trò chơi giải trí có thưởng qua mạng di

động đã khá phổ biến Đặc biệt Công ty Lạc Việt đã đưa ra thương phẩm “Giải

pháp thông tin cho trường học” nhằm cung cấp thông tin của học sinh cho phụ

huynh qua tin nhắn SMS Có thể nói, giải pháp đảm bảo số liệu thời gian thực qua mạng di động GSM kết hợp với các dạng truyền khác sẽ có ưu thế nổi trội trong thời gian tới

Trong năm 2007, Viện KH KTTV&MT đã hoàn hành Đề tài cấp cơ sở

“Nghiên cứu giải pháp truyền số liệu quan trắc KTTV thời gian thực qua mạng

điện thoại di động” Kết quả của đề tài này đã được trực tiếp ứng dụng thực

nghiệm cho hệ thống các thiết bị đo mưa VH-022R, đo gió VH-026W và cho kết quả rất khả quan

Theo định hướng chiến lược của ngành, cần thiết phải “Nâng dần mức độ tự

động hoá các trạm khí tượng, tiến tới tự động hoá toàn hệ thống phát báo phòng tránh lụt bão và dự báo KTTV”, nhằm giảm chi phí, chủ động công nghệ và đảm

bảo kỹ thuật lâu dài, rất cần thiết tiến hành nghiên cứu giải pháp tự động hoá công nghệ tuyền tin trên cơ sở hạ tầng kỹ thuật hiện có của mạng lưới KTTV Hiện nay, ở nước ta mạng điện thoại di động đã phát triển mạnh mẽ, phủ sóng rộng khắp và chi phí sử dụng đã giảm đi đáng kể Tính ổn định trong các điều kiện thời tiết, chi phí duy trì liên lạc hợp lý, thuận lợi trong quá trình lắp đặt

ở vùng sâu vùng xa, của mạng này là ưu việt tuyệt đối và rõ rệt nhất cho việc lựa chọn phương án truyền tin từ các trạm đo

1.4 Một số nhận xét

Như vậy, nhờ các tính năng ưu việt của mình, các trạm khí tượng tự động ngày càng được sử dụng nhiều trong ngành KTTV và các ngành khác Nhưng sau nhiều năm sử dụng, theo đánh giá của các chuyên gia, về cơ bản các trạm tự động nhập ngoại đã và đang thể hiện tốt ưu thế và phát huy vai trò tích cực trong nghiệp vụ chuyên môn của ngành Thực tiễn sau nhiều năm khai thác và sử dụng các thiết bị nhập ngoại, chúng tôi có một số nhận xét sau:

1.4.1 Về thiết bị nhập ngoại

Như phần tổng quan ở trên, hiện nay trên mạng lưới KTTV nước ta, nhiều

trạm khí tượng tự động nhập ngoại đã đưa vào sử dụng để quan trắc số liệu, phục

vụ công tác dự báo và nghiên cứu khoa học Các trạm KTTĐ nhập ngoại sử dụng

trong ngành KTTV chiếm ưu thế tuyệt đối, với đặc thù cơ bản là có tính năng

hiện đại, đa dạng về chủng loại, xuất xứ từ nhiều nước, lại do nhiều hãng sản xuất

với nhiều thế hệ, tính năng, chức năng và công nghệ khác nhau

Ưu điểm chính của các thiết bị nhập ngoại là tính năng hiện đại, đa dạng về

chủng loại và đồng bộ trong cụm thiết bị cụ thể

Các tồn tại của các thiết bị ngoại nhập

- Nhiều thiết bị nhập ngoại chưa phù hợp với các điều kiện thời tiết và hạ tầng

của nước ta Việc khai thác các thiết bị hiện đại nhập ngoại tại nước ta chưa

đạt được hiệu quả mong muốn, thậm chí một số trạm đã ngừng hoạt động sau

thời gian ngắn Theo khảo sát của chúng tôi và nhận xét của nhiều nhà chuyên

môn, nguyên nhân chính các hỏng hóc là điều kiện đặc thù của khí hậu nhiệt

đới, cũng như các đảm bảo hạ tầng kỹ thuật khác mà các nhà cung cấp chưa

tính đến khi khai thác thiết bị tại một địa điểm cụ thể của Việt Nam;

- Chưa chuyển giao đầy đủ công nghệ khai thác và duy trì hoạt động của các

thiết bị cho các chuyên gia trong nước Các cán bộ của ta chưa có điều kiện

làm chủ công nghệ, nên khi có sự cố, việc khôi phục sẽ khó khăn, chi phí lớn

và sẽ làm gián đoạn khá dài việc quan trắc số liệu;

- Khó có khả năng làm chủ công nghệ nhằm duy trì sự hoạt động của hệ thống

các sản phẩm nhập ngoại công nghệ cao, xuất xứ từ nhiều hãng sản xuất, với

nhiều mức công nghệ, trong khi các cán bộ của ta còn ít về số lượng và hạn

chế về trình độ;

- Rất khó khăn cho việc bằng nội lực hiện đại hóa hệ thống từ các sản phẩm

nhập ngoại, như: tăng thêm các yếu tố đo, mở rộng cấu hình, tăng cường khả

năng truyền số liệu, ;

- Giá thành thiết bị còn khá cao so với điều kiện kinh tế của nước ta

Kinh nghiệm các nước phát triển cho thấy, để chủ động duy trì hệ thống

thiết bị quan trắc KTTV tự động, rất cần thiết sử dụng sản phẩm trong nước, đặc

biệt các sản phẩm có vị trí quan trọng trong hệ thống, như: Datalogger, công nghệ

truyền tin, sen-xơ

1.4.1 Về thiết bị có xuất xứ trong nước

Qua phần tổng quan trên, có thể nhận thấy môt thực tế là thiết bị đo đạc tự

động cho ngành KTTV có nguồn gốc trong nước còn ít về chủng loại, yếu về tính

năng, khó có thể đáp ứng nhu cầu tự động hóa của ngành

12

Nhằm cải thiện tình hình trên cần có một các tiếp cận mới của các nhà quản

lý, các nhà khoa học công nghệ và rất cần thiết có sự đầu tư thích đáng từ phía Nhà nước Thực tiễn cho chúng ta thấy, để có thể đáp ứng nhu cầu tự động hóa cho việc quan trắc KTTV cần phải giải quyết hai vấn đề lớn: xây dựng hệ thống đồng bộ các trạm quan trắc tự động và hạ tầng kỹ thuật thông tin hiện đại nhằm đảm bảo việc điều khiển và truyền số liệu

1.5 Cơ sở thực hiện các nhiệm vụ của đề tài

Trong những năm gần đây cùng với sự biến đổi của khí hậu toàn cầu, diễn biến không thuận lợi của thời tiết và các hiện tượng thiên tai nguy hiểm ở nước ta ngày càng xẩy ra dày hơn, khốc liệt hơn và biến động rất phức tap Thiên tai nghiêm trọng với các biểu hiện bất thường xẩy ra ở nhiều vùng khắp cả nước Các cơn bão mạnh với diễn biến bất thường ngày càng xuất hiện nhiều hơn, gây thiệt hại vô cùng lớn Các cơn bão và mưa lớn xẩy ra trong năm 2009 làm thiệt hại nhiều tính mạng và tài sản

Với mạng lưới đo khả mỏng, gồm 174 trạm khí tượng, 29 trạm khí tượng nông nghiệp, 232 trạm thủy văn và 393 điểm đo mưa nhân dân, ngành KTTV khó

có thể đáp ứng nhu cầu phát tiển kinh tế xã hội của đất nước Trước thực trạng trên, được sự quan tâm của Nhà nước thể hiện qua các quyết định và chỉ thị nhằm tăng cường năng lực cho ngành KTTV, như:

- Quyết định số 16/2007/QĐ-TTg, ngày 29 tháng 01 năm 2007 của Thủ tướng

Chính phủ phê duyệt “Quy hoạch tổng thể mạng lưới quan trắc môi trường

Quốc gia đến năm 2020”, về việc hiện đại hóa và tăng thêm các điểm quan

trắc, cụ thể đến năm 2020 sẽ có hơn 1000 điểm đo mưa, 231 trạm khí tượng

bề mặt, 79 trạm khí tượng nông nghiệp với công nghệ hiện đại và quy mô tự động hóa tới 70%;

- Ý kiến của Phó Thủ tướng Hoàng Trung Hải tại Thông báo số 19/TB-VPCP ngày 02 tháng 10 năm 2007, chỉ đạo ngành KTTV cần đi trước về nguồn nhân lực, khoa học, công nghệ để ngang tầm các nước trong khu vực và tiếp cận chuẩn quốc tế;

Đảng và Nhà nước đã thông qua các chỉ thị luôn khuyến khích phát triển công nghệ cao trong nước, phát huy nội lực và chủ động công nghệ cao lâu dài Trong những năm qua, được sự quan tâm của các cấp lãnh đạo, các cán bộ của Viện KH KTTV&MT đã từng bước nắm vững công nghệ đo đạc và truyền số liệu KTTV, đã hoàn thành tốt các đề tài: tự động hóa đo gió, đo mưa; tự động hóa

đo gió và mưa; xây dựng hệ thống đo mưa thời gian thực; truyền số liệu KTTV qua mạng điện thoại di động, đó là các tiền đề và cơ sở quan trọng để hoàn thành

các nhiệm vụ của đề tài này;

Hiện nay, việc đáp ứng số liệu quan trắc các yếu tố KTTV thời gian thực

cho nghiệp vụ dự báo KTTV cũng như nghiên cứu khoa học, đặc biệt cho dự báo

cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm, như bão lụt, tố lốc, lũ quét, lũ ống,

là vấn đề cấp bách Theo định hướng chiến lược của ngành đến 2020, cần thiết

phải “Nâng dần mức độ tự động hoá các trạm khí tượng, tiến tới tự động hoá

toàn hệ thống phát báo phòng tránh lụt bão và dự báo KTTV”, nhằm giảm chi

phí, chủ động công nghệ và đảm bảo kỹ thuật lâu dài thì việc “Nghiên cứu xây

dựng và thử nghiệm hệ thống trạm khí tượng tự động” là cần thiết và hoàn toàn

khả thi trong điều kiện khoa học công nghệ hiện nay của nước ta

1.6 Mục tiêu và yêu cầu kết quả của đề tài

1.6.1 Mục tiêu

Đề tài này nhằm 03 mục tiêu chính sau:

- Nghiên cứu chế tạo 04 trạm, trong đó: 03 trạm lắp đặt thử nghiệm và 01 trạm

dự phòng, đạt tiêu chuẩn ngành, đo các yếu tố khí tượng cơ bản: gió, mưa,

nhiệt độ, độ ẩm, điểm sương và áp suất không khí;

- Nghiên cứu xây dựng và thử nghiệm hệ thống trạm khí tượng tự động, bước

đầu gồm 03 trạm và 02 trung tâm điều khiển - thu nhận số liệu;

- Nâng cao năng lực trên cơ sở đảm bảo kỹ thuật cho hệ thống hoạt động liên

tục và lâu dài với chi phí thấp Làm chủ công nghệ và khoa học tiên tiến, tạo

cơ sở tự động hóa các yếu tố KTTV khác, tiến tới thực hiện thành công chiến

lược tự động hóa của ngành

1.6.2 Các yêu cầu kết quả của đề tài là

- Bốn trạm khí tượng tự động đạt tiêu chuẩn ngành, trong số đó 03 trạm được

lắp đặt thử nghiệm tại vườn quan trắc và 01 trạm dự phòng Các trạm này có

chức năng đo đạc, lưu trữ số liệu tại chỗ và sẵn sàng cung cấp số liệu thời gian

thực các yếu tố khí tượng cơ bản: gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, điểm sương, áp

suất không khí và có khả năng đo các yếu tố khác Với mỗi trạm, bộ xử lý -

hiển thị số liệu Datalogger, công nghệ truyền tin, các đầu đo yếu tố nhiệt độ,

độ ẩm, điểm sương và áp suất không khí do các chuyên gia của Viện KH

KTTV&MT chủ động công nghệ, chỉ riêng 02 đầu đo sen-xơ gió và mưa còn

phải nhập ngoại nguyên bộ Mỗi trạm thực nghiệm có máy tính dùng để xử lý,

in ấn số liệu Trạm dự phòng chỉ bao gồm 01 Datalogger và 01 bộ các sen-xơ;

14

- Hai trung tâm điều hành hoạt động hiệu quả và tin cậy, được lắp đặt tại Viện

KH KTTV&MT và Trung tâm KTTV Quốc gia, mỗi nơi gồm có: Máy tính

PC nguyên bộ, bộ Modem GSM chuyên dụng và phần mềm của Việt Nam để điều khiển hệ thống, thu nhận số liệu từ các trạm tự động;

- Yêu cầu khoa học - kỹ thuật: Hệ thống thiết bị được xây dựng trên công nghệ

tiên tiến nhờ áp dụng kỹ thuật vi xử lý thế hệ mới, sử dụng các linh kiện điện

tử có độ tin cậy cao và công nghệ truyền tin hiện đại GSM dựa trên hạ tầng của mạng điện thoại di động, nhằm đảm bảo cho hệ thống có thể: vận hành ổn định và đồng bộ; cung cấp số liệu nhanh, đầy đủ và tin cậy; hoạt động liên tục

và lâu dài trong các vùng khí hậu của Việt Nam

*Các thông số cơ bản dự kiến, đã được phê duyệt, cho trạm khí tượng tự

Lượng mưa 0.1mm không hạn chế ±0.4mm, LM<10mm

±4% khi LM>10mm SL3-1 Nhiệt độ

không khí 0.1

oC -10oC – 80oC ±0.3

oC (có thể đạt ±0.2oC) VH-11TH

Độ ẩm không khí 1% 0-100% ±3% (có thể đạt ±2%) VH-11TH Điểm sương 0.1oC -40oC – 60oC ±0.4oC VH-11TH

Áp suất không khí 0.1hPa 600-1100 hPa

±0.4 hPa (có thể đạt ±0.3 hPa) VH-15B

*Môi trường không khí làm việc của trạm:

ƒ Nhiệt độ: -20oC – 70oC;

ƒ Độ ẩm: 0 – 100%

*Các thông số sen-xơ Ngoài các thông số chính thể hiện trên bảng 1.1., các sen-xơ có thêm các thông số kỹ thuật tại bảng 1.2.:

Bảng 1.2 Thông số bổ sung của sen-xơ

Tên đầu đo Young

Kết cấu, cấu

tạo Nhựa composit Inốc Nhựa composit Nhựa composit

*Thông số dự kiến của Datalogger VH-051S:

- Hiển thị nhiều số liệu của các yếu tố trên màn hình tinh thể lỏng khá lớn gồm

4 dòng x 40 ký tự;

- Có bộ nhớ 3200 Obs quan trắc, tương đương 130 ngày với Obs 1 giờ;

- Datalogger có khả năng mở rộng thêm tới 30 đầu đo số khác, không kể đến

các sen-xơ trong dự kiến: Young 05106MA, SL3-1, VH-11TH, VH-15B;

- Thời gian ghi-đọc số liệu nhỏ hơn 1/10 giây;

- Sử dụng các nguồn điện: AC220V, DC12V, Pin mặt trời;

- Có thể cung cấp số liệu qua: Modem GSM, Modem vô tuyến, Modem

DialUp, Modem vệ tinh;

- Kết cấu vững chắc theo khối chức năng mô-đun để dễ dàng thay thế, bảo trì;

- Có thể lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời

16Hình 2.1 Máy gió Vild

CHƯƠNG II LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TRẠM KHÍ

TƯỢNG TỰ ĐỘNG

Các yếu tố đo phục vụ cho công tác của ngành KTTV bao gồm nhiều loại, như: gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí, nhiệt độ mặt đất và nhiệt độ đất đo các mực sâu, bức xạ mặt trời, giờ nắng, độ bốc hơi nước, mực nước, Trong chương này trình bày về việc lựa chọn các thành phần chính để xây dựng

trạm KTTĐ, gồm: các sen-xơ đo các yếu tố cơ bản gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp

suất không khí, đảm bảo đầy đủ các thông số như trình bày ở cuối chương 1, và

bộ phận chính cho thiết kế phần điều khiển truyền thông tin

2.1 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố gió

Cho đến nay trên mạng lưới KTTV nước ta, việc quan trắc yếu tố gió hầu như dựa trên các thiết bị nhập ngoại Về tính năng kỹ thuật có thể phân nhóm như

sau: máy đo gió thủ công Vild, máy gió cơ điện EL - Trung Quốc, máy đo gió Young - Hoa Kỳ, một số ít các thiết bị của hãng Diola - Pháp, NovaLynx, NRG System,… và một số trạm khí tượng tự động có đo yếu

tố gió Hiện nay, về số lượng máy gió thủ công dạng

cơ khí Vild, hình 2.1, máy gió cơ điện EL - Trung Quốc, hình 2.2 [1, 2], đang được dùng nhiều nhất, sau

đó là máy đo gió Young - Hoa Kỳ, hình 2.3, và một số máy gió khác như: Tavid - Pháp, NovaLynx - Hoa Kỳ, Các trạm khí tượng tự động trong ngành KTTV

có đo yếu tố gió do nhiều hãng sản xuất với nhiều thế

hệ, tính năng, chức năng và công nghệ khác nhau Máy gió Vild hoạt động ổn định, nhưng sai số khá cao và không đo được gió lớn, trên 40m/s Ngoài

ra, do việc quan trắc hoàn toàn thủ công nên rất khó khăn cho quan trắc viên, đặc biệt khi cần thêm chu kỳ

đo hay trong lúc thời tiết xấu Bên cạnh đó, việc tự động hóa dựa trên thiết bị này hầu như không thể thực hiện được Tại các nước phát triển, thiết bị dạng này không còn được sử dụng

Máy gió cơ điện EL của Trung Quốc đã được sử dụng khá lâu trong ngành KTTV nước ta, có nhiều ưu điểm: độ ổn định khá cao, dễ dàng khắc phục khi có

sự cố, giá thành hợp lý, Bên cạnh đó loại máy này còn có một số nhược điểm chính là: dải đo còn chưa rộng (chỉ đo được gió dưới 40m/s, thông số này do đặc

Hình 2.2 Máy gió EL của Trung Quốc

Hình 2.3 Đầu đo gió Young

(Hoa Kỳ)

thù kỹ thuật của đầu đo quyết định), chưa được số hóa và việc quan trắc thủ công

nên khó có thể đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành

Việc tự động hóa thiết bị

đo gió EL có thể thực hiện được bằng công nghệ hiện nay của nước ta, qua đó khắc phục được nhược điểm chưa

số hóa của thiết bị này

Sau nhiều năm sử dụng tại Việt Nam, theo đánh giá của nhiều chuyên gia trong và ngoài nước, thiết bị đo gió Young do Hoa Kỳ sản xuất có đầu đo với độ chính xác cao, sai số với tốc độ gió ±0.3m/s, với hướng gió ±3deg, dải

đo rất rộng, từ 0-100m/s, kết cấu cơ khí bền vững, trọng lượng nhỏ, chỉ 1kg, giá thành hợp lý và chịu được thời tiết khắc nghiệt của nước ta

Đặc biệt bộ cảm biến gió Young 05106MA được hãng thiết kế riêng cho môi

trường biển và cho các vùng khí hậu khắc nghiệt nhất, rất phù hợp cho khí hậu

Việt Nam

Nhờ sự quan tâm của Nhà nước, trong mấy năm qua, số lượng máy đo gió

Young đã và đang tăng lên đáng kể trên mạng lưới quan trắc KTTV Nhưng đa

phần các thiết bị đo gió này vẫn phải quan trắc thủ công qua màn hiển thị, chỉ có

số ít đã được tự động hóa nhờ thiết bị nhập ngoại với chi phí khá cao Không chỉ

tại nước ta mà hiện nay trên thế giới, do những đặc tính ưu việt của đầu đo gió

18

Young, rất nhiều hãng chế tạo thiết bị đo đạc khí tượng nỗi tiếng như NovaLynx, Cambell, MetOne - Hoa Kỳ; Kimoto -Nhật Bản, đã và đang sử dụng các đầu đo gió của hãng Young cho các thiết bị đo gió của mình

Lựa chọn đầu đo Young 05106MA là đối tượng cho nghiên cứu số hóa và là

bộ phận cảm biến yếu tố gió để xây dựng trạm KTTĐ là có cơ sở thực tiễn, khách quan và có ý nghĩa kỹ thuật, kinh tế xã hội

Sen-xơ gió Young 05106MA hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của ngành, có độ bền cao, thiết kế cơ khí bền vững, thích hợp nhiều vùng khí hậu, có chi phí nhập khẩu hợp lý, đặc biệt thiết bị này đã được sử dụng nhiều năm trong ngành và được đánh giá rất cao

2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Young 05106MA

Đầu đo gió Young 05106MA được hãng MR.Young thiết kế cho vùng biển

và vùng có khí hậu nóng ẩm, cấu tạo của đầu đo này thể hiện trên hình 2.4., theo tài liệu của hãng Young Thiết bị này hoạt động trên nguyên lý cơ điện, cụ thể là, sức gió làm chuyển động cơ học các bộ phận cảm biến, nhờ đó tạo ra tín hiệu điện tương ứng Đầu đo gió Young 05106MA có cấu tạo đặc biệt về mặt cơ khí, phần chong chóng để cảm nhận tốc độ và phong tiêu được thiết kế trên một khối đặt vuông góc với trục thẳng đứng Cơ cấu này làm cho bộ cảm biến gió của Young khác nhiều về hình thức với sản phẩm của các hãng khác Với thiết kế đặc biệt này, kết hợp với công nghệ cao của các bộ phận cơ khí khác làm cho Young 05106MA có rất nhiều tính năng vượt trội

Hoạt động của thiết bị này như sau:

Đối với tốc độ, lực gió tác động vào 4 cánh của chong chóng làm quay trục

có gắn nam châm điện vĩnh cửu và làm thay đổi từ trường qua cuộn dây, nhờ đó tạo ra dòng điện và điện áp trên hai đầu dây tín hiệu tốc độ gió

Đối với hướng gió, lực gió tác động vào phong tiêu làm thay đổi hướng, dẫn tới thay đổi điện trở 10kÔm tại hai đầu dây tín hiệu hướng gió

Nhờ tích hợp các công nghệ cao trong việc chế tạo, Young 05106MA có cấu tạo gọn nhẹ chỉ 1 kg, tính ổn định cao trong một dải đo rất rộng 0-100m/s với sai

số khá nhỏ ±0.3m/s và ±3độ

Hình 2.4 Cấu tạo của sen-xơ gió Young 05106MA

Các thông số cơ bản của Young 05106MA

- Nước sản xuất: Hoa Kỳ;

- Dải đo: 0.5-60m/s, 0-360 độ, đo được gió giật 100m/s;

- Sai số: ±0.3m/s; ±3 độ;

- Tín hiệu ra: Xung analog;

- Kết cấu vỏ: nhựa composit;

- Môi trường: cho vùng biển và các vùng khí hậu khắc nghiệt;

- Trọng lượng: 1.0kg

20

2.1.2 Khảo sát các đặc tính kỹ thuật của Young 05106MA

Phần này trình bày các đặc tính kỹ thuật tín hiệu của sen-xơ Young 05106MA, trên cơ sở đó có thể thiết kế xây dựng trạm KTTĐ có sử dụng đầu đo này cho việc đo yếu tố gió

Phương pháp khảo sát tín hiệu của Young 05106MA

Theo tài liệu của hãng Young, tại đầu ra của tín hiệu tốc độ, giá trị điện áp

và tần số thay đổi phụ thuộc vào vận tốc gió Để khảo sát được các thông số của tín hiệu cần thiết phải có các thiết bị có thể mô phỏng hướng và tốc độ gió chuẩn, đồng thời cần có thiết bị hiển thị và đo các đặc tính của tín hiệu [3] Trong điều kiện của phòng thí nghiệm nhóm thực hiện đề tài đã sử dụng các thiết bị sau:

- Động cơ, có thể điều khiển tốc độ vòng quay trục một cách liên tục, dùng cho việc mô phỏng tốc độ;

- Thiết bị hiển thị tốc độ và hướng gió nhờ bộ hiển thị Datallogger Young

26700, thiết bị mẫu của Hoa Kỳ, đã được kiểm định tại Trung tâm Mạng lưới KTTV&MT;

- Máy hiện sóng Osilograph xác định các tính chất của tín hiệu, sử dụng Osilograph Hitachi VC-6524 - Nhật Bản;

- Đồng hồ đo tần số xung thang đo từ 0 đến 100.000Hz, sử dụng ProsKit MT1230 - Đài Loan;

- Đồng hồ đo điện áp có độ chính xác cao với thang đo mV, sử dụng Sanwa CDA-701 - Nhật Bản

Trong quá trình khảo sát cần thay đổi các giá trị tốc độ, thang đo để có thể kiểm soát đầy đủ và chính xác tính chất của tín hiệu

Khảo sát tín hiệu ra đối với tốc độ gió

Tín hiệu tốc độ gió, theo tài liệu của hãng Young, có giá trị điện áp và tần số thay đổi phụ thuộc vào vận tốc gió Điện áp tín hiệu có biên độ trong khoảng từ 0v-12.5v tương ứng với vận tốc 0-100m/s Với biên độ lớn và thay đổi, như tại trục tung, Hình 2.5, trong một khoảng rộng như vậy, việc số hóa sẽ gặp khá nhiều khó khăn Trong khi đó, giá trị tần số, chu kỳ tín hiệu, thể hiện trên trục hoành, hầu như không biến đổi, vì vậy để thuận lợi hơn cho quá trình xử lý số hóa, dự kiến sẽ sử dụng đặc tính tần số biến thiên theo tốc độ gió

Quá trình khảo sát được tiến hành với tốc độ gió mô phỏng thay đổi liên tục trong khoảng từ 0.1m/s đến 75m/s, phân tích kết quả khảo sát đi tới một số nhận xét cơ bản như sau:

Hình 2.5 Tín hiệu tốc độ gió 5m/s

- Với tốc độ gió lớn hơn 1m/s (từ 1-75m/s, hình 2.5.) biên độ xung biến thiên và không ổn định tại một giá trị, trong khi đó tần số của tín hiệu khá ổn định khi tốc

độ gió không thay đổi Nhận định trên đây hoàn toàn phù hợp với khuyến cáo của nhà sản xuất Và đây là cơ sở để xác định thông số cần thiết sẽ sử dụng trong quá trình số hóa tốc

độ gió

- Với tốc độ gió nhỏ hơn 1m/s, hai thông số chính là biên độ tín hiệu và tần số

đều không được ổn định, thể hiện tại hình 2.6 và 2.7 và đặc thù này là một khó

khăn mà đề tài cần phải giải quyết

Việc khảo sát với vận tốc gió thay đổi liên tục trong khoảng 0.1- 1.0m/s với

bước thay đổi 0.1m/s được tiến hành một cách cẩn trọng nhằm có phương án

khắc phụ sự biến thiên của tần số

Hình 2.6 Tín hiệu tốc độ gió 0.3m/s Hình 2.7 Tín hiệu tốc độ gió 0.5m/s

Hình 2.6 thể hiện tín hiệu rất yếu và không ổn định khi tốc độ gió mô phỏng

0.3m/s Với tín hiệu này cần phải sử dụng thêm bộ lọc và khuếch đại tín hiệu thì

mới có thể đo được tần số

Hình 2.7 cho ta biết hình dạng tín hiệu khi tốc độ gió 0.5m/s, tần số tín hiệu

thể hiện tại trục hoành, có độ ổn định chấp nhận đươc, hoàn toàn có thể đo được

với sai số cho phép

Khảo sát tín hiệu ra đối với hướng gió

Như đã trình bày ở phần cấu tạo, việc xác định hướng gió nhờ biến trở dạng vòng có giá trị 10kilo-ôm được đặt trong bộ Young 05106MA Việc xác định hướng gió thực chất là xác định giá trị của biến trở này

Yêu cầu kỹ thuật cho khối giao diện

Kết quả phân tích tại phần trên cho ta thấy, khối giao diện có vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ, đảm bảo độ chính xác, mở rộng giới hạn đo [4] Sơ đồ khối của khối này được thể hiện tại hình 2.8

Hoạt động của khối giao diện như sau: Tín hiệu gió được đưa vào khối bảo

vệ, sau khi được đảm bảo ở mức an toàn, cấp sang cho khối lọc nhiễu và khuếch

đại, tín hiệu sau khi đã “làm sạch” chuyển tới bộ phận tách xung, qua phần ổn

định và cấp sang bộ phận đếm-xử lý

Khối bảo vệ tín hiệu được thiết kế nhằm đảm bảo an toàn cho thiết bị, bao gồm chống sét lan truyền, chống nhiễu sơ cấp, cắt xung điện áp cao hơn 5v khi tốc độ quá lớn Nhờ khối này, các bộ phận sau sẽ hoạt động với tín hiệu đầu vào

có đặc tính ổn định hơn

Khối lọc nhiễu và khuếch đại đảm bảo sự ổn định mức tín hiệu cho đầu vào khối sau, nếu tín hiệu yếu sẽ được lọc nhiễu và khuếch đại Tín hiệu tại đầu ra của khối này có dạng hình sin đồng đều có chu kỳ tỷ lệ nghịch với tốc độ gió

Hình 2.8 Sơ đồ khối giao diện

Các nguồn điện áp

Điện áp hướng gió

Xung tốc

độ gió Khối bảo

vệ tín hiệu

Khối lọc nhiễu và khuếch đại

Khối tách xung Tín hiệu tốc độ gió

Tín hiệu hướng gió

Khối tách xung đảm bảo đầu ra của tín hiệu luôn ở dạng chuẩn, xung vuông

với biên độ 5v, chu kỳ (tần số) xung phụ thuộc vào tốc độ gió

Với hướng gió, khối giao diện cần cấp ra một điện áp tham chiếu ổn định,

thường lấy mức chuẩn 5v, tín hiệu thu về sẽ là mức điện áp từ 0-5v ứng với giá

trị góc 0-360 độ

Hoạt động ổn định, đồng bộ của khối giao diện có vai trò quan trọng cho

toàn bộ tổng thể thiết bị Để có thể xác định đúng các giá trị tốc độ và hướng gió

trong mọi điều kiện thời tiết, khối giao diện cần có thiết kế với các thông số dự

phòng cao dựa trên các linh kiện chất lượng tốt của các nhà cung cấp tin cậy

2.2 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố mưa

Các thiết bị đo mưa trong ngành cũng rất đa dạng, trong đó có các dạng như

thùng đo mưa thủ công kèm theo ống khắc độ để tính lượng mưa, các lạo vũ

lượng ký xi phông, vũ lượng ký SL1-Trung Quốc và các đầu đo mưa theo nguyên

lý chao lật dùng cho các thiết bị đo tự động

Hiện tại chỉ có các sen-xơ mưa dạng chao lật mới có thể sử dụng hiệu quả

cho mục tiêu tự động hóa, các loại đầu đo này khác nhau về kích thước miệng

hứng, độ phân giải, chất lượng và giá thành Theo tìm hiểu của chúng tôi, các đầu

đo này có hàm lượng công nghệ cơ khí khá cao, yêu cầu phải đạt được sai số khá

tốt mới sử dụng được cho ngành KTTV, nên chưa có cơ sở trong nước sản xuất

Hình 2.4 thể hiện các thiết bị đo mưa dạng vũ lượng ký điển hình, sử dụng

Hình 2.5 Các sen-xơ đo mưa điển hình dùng cho các trạm KTTĐ

SL3-1 của Trung Quốc

Các thông số đặc trưng của SL3-1

• Độ phân giải 0.1 mm;

• Dải đo: không hạn chế;

• Đường kính miệng hứng nước: 200 mm;

• Độ chính xác:

-với LM < 10mm, sai số <0.4mm -với LM > 10mm, sai số <04%;

• Có kết cấu bằng Inốc, chống ăn mòn;

• Theo nguyên lý: chao lật

Hình 2.6 Sen-xơ đo mưa SL3-1 và các thông số kỹ thuật Như trình bày ở phần trên, đối tượng cho việc lựa chọn đầu đo mưa để xây dựng trạm KTTĐ tương đối nhiều, nhưng điều phải quan tâm nhất là chất lượng,

độ bền và hiệu quả kinh tế

Sen-xơ đo mưa SL3-1 của Trung Quốc, hình 2.6, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của ngành, có độ bền cao, thiết kế cơ khí bền vững, thích hợp nhiều vùng khí hậu,

đã được sử dụng nhiều trong ngành và được đánh giá rất cao, đồng thời có chi phí nhập khẩu hợp lý Ngoài ra, việc có thể sử dụng lại các sen-xơ đã dùng trong ngành cho hệ thống các trạm KTTĐ sẽ thuận lợi và giảm nhiều chi phí

2.3 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố nhiệt độ và độ ẩm không khí

Như đã trình bày ở phần tổng quan, các sen-xơ đo nhiệt độ và độ ẩm không

khí, là phần có hàm lượng công nghệ điện tử khá cao, yêu cầu độ chính xác lớn

mới có thể sử dụng trong ngành KTTV và chưa có cơ sở trong nước sản xuất

Các loại sen-xơ này dùng cho các trạm KTTĐ trên thế giới rất đa dạng, khác

nhau về thông số kỹ thuật, chất lượng, độ bền, độ chính xác và giá thành nhập

khẩu Một số đầu đo của một số hãng nỗi tiếng, có thể đáp ứng được nhu cầu xây

dựng trạm KTTĐ của đề tài, thể hiện tại hình dưới đây

hiện tại hình dưới Loại đầu đo này được Viện thiết kế, thử nghiệm liên tục từ

năm 2005 đến nay, trên cơ sở các linh kiện vật tư từ nhiều hãng nổi tiếng của Mỹ

có độ bền cao và cho kết quả khả quan Sen-xơ này đều đáp ứng yêu cầu kỹ thuật

26

của ngành, thiết kế cơ khí bền vững, thích hợp nhiều vùng khí hậu, có giá thành hợp lý, bảo hành dài hạn và do làm chủ công nghệ nên sẽ thuận lợi cho việc bảo trì lâu dài Việc lựa chọn sen-xơ này cho xây dựng trạm là hợp lý

Một số đặc trưng cơ bản của VH-11TH

*Nhiệt độ không khí

-Độ phân giải: 0.1oC -Giải đo: -10oC ÷ +80oC -Sai số: ±0.3oC

*Độ ẩm không khí

-Độ phân giải: 1%

-Giải đo: -10oC ÷ +80oC -Sai số: < ±3%

Hình 2.8 Sen-xơ nhiệt ẩm VH-11TH và các thông số đặc trưng

2.4 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố áp suất khí quyển

Các sen-xơ đo áp suất khí quyển, là sản phẩm có hàm lượng công nghệ điện

tử cao, yêu cầu độ chính xác lớn mới có thể sử dụng trong ngành KTTV và chưa

có cơ sở trong nước sản xuất Các loại sen-xơ này dùng cho các trạm KTTĐ trên thế giới rất đa dạng, khác nhau về thông số kỹ thuật, chất lượng, độ bền, độ chính xác và giá thành nhập khẩu Trong khuôn khổ của đề tài, chúng tôi tập trung chú

ý tới các đầu đo áp suất đa mục tiêu, vừa có khả năng sử dụng cho trạm tự động, đồng thời có thể sử dụng độc lập như một thiết bị đo khí áp hiện số

Một số đầu đo khí áp của một số hãng nỗi tiếng, có thể đáp ứng được nhu cầu xây dựng trạm KTTĐ của đề tài, thể hiện tại hình dưới đây

NovaLynx 230-278

BPO611A

Hình 2.9 Các sen-xơ khí áp tiêu biểu Sen-xơ đo khí áp VH-15B của Viện KH KTTV&MT thể hiện tại hình 2.10

VH-15B

Một số đặc trưng cơ bản của VH-15B

-Độ phân giải: 0.01hPa -Giải đo: 600-1100 hPa -Sai số: ±0.4 hPa, có thể đạt ±0.3 hPa -Tín hiệu ra: số-data

Hình 2.10 Sen-xơ khí áp VH-15B và các thông số kỹ thuật

Loại đầu đo này được Viện thiết kế, thử nghiệm liên tục từ năm 2005 đến

nay và cho kết quả khả quan VH-15B được tích hợp từ các linh kiện có độ bền

cao do nhiều hãng nổi tiếng của Mỹ chế tạo Sen-xơ này đáp ứng yêu cầu kỹ

thuật của ngành, thiết kế cơ khí bền vững, thích hợp nhiều vùng khí hậu, có giá

thành hợp lý, bảo hành dài hạn và do làm chủ công nghệ nên sẽ thuận lợi cho việc

bảo trì lâu dài Việc lựa chọn sen-xơ này cho xây dựng trạm là hợp lý và thỏa

mãn nhu cầu của đề tài

2.5 Lựa chọn công nghệ tuyền tin trên mạng điện thoại di động

Thiết bị thu nhận và xử lý thông tin trên mạng thông tin di động thường

được gọi là Modem GSM Việc lựa chọn công nghệ và thiết bị đảm nhận tốt chức

năng của một modem truyền số liệu đóng vai trò rất quan trọng trong qúa trình

xây dựng tích hợp hệ thống trạm KTTĐ

2.5.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với modem GSM

Để đảm bảo duy trì thông tin liên tục và ổn định cho các trạm đo đạc KTTV

trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt, modem GSM phải đảm bảo các tính

năng kỹ thuật sau:

28

- Tốc độ truyền tin có dải rộng: từ 2400 đến 115200bps;

- Môi trường hoạt động: trong dải nhiệt độ -10 đến 60 oC và độ ẩm tới 99%;

- Nguồn điện cung cấp: 7-24V, dùng được từ acquy 12V;

- Dòng tiêu thụ trung bình: nhỏ hơn 80mA;

- Có tính năng: SMS, Data và GPRS;

Với các tính năng trên, nếu tốc độ có độ ổn định cao của mạng di động là

9600bps, chúng ta có thể nhận số liệu của 6 trạm/s, nghĩa là có thể nhận số liệu

của hàng trăm trạm trong vài phút Với tính năng GPRS chúng ta có thể truyền

dữ liệu có dung lượng lớn với chi phí hợp lý trong tương lai gần

2.5.2 Nguyên lý hoạt động của modem GSM

Thực chất Modem GSM có thể được xem như một máy tính nhỏ chuyên dùng có gắn thêm bộ thu phát sóng điện từ, micro và loa Bộ thu phát sóng này có thể thực hiện thu và phát đồng thời trong chế độ song công CPU bên trong modem này dùng để điều khiển tất các các nhiệm vụ thông qua câu lệnh, phím bấm và thu nhận, xử lý thông tin từ tổng đài gửi tới Hình 2.11 thể hiện sơ đồ khối của modem GSM

Hình 2.11 Sơ đồ khối của modem GSM tiêu biểu Như thể hiện trên hình về mặt nguyên lý, thiết bị bao gồm bốn khối cơ bản: khối thu phát (1), khối tách sóng, mã hóa A/D, D/A (2), khối vi xử lý điều khiển toàn bộ hoạt động của modem (3), và khối đảm bảo nguồn nuôi (4)

Khi thu tín hiệu: tín hiệu cao tần 900 MHz được thu vào ăng ten (khối 1),

sau đó đưa tới “chuyển mạch ăng ten”, tín hiệu sẽ nối với đường Gsm Rx, sau đó

được lọc cao tần “RxFilter” để loại bỏ nhiễu và những tần số không cần thiết Tín

hiệu cao tần được khuếch đại biên độ và đưa vào “IC xử lý cao tần”, tại đây nó

được trộn với dao động nội từ bộ dao động VCO, để tạo thành tín hiệu trung tần

Tín hiệu trung tần sau khi được tăng biên độ, đưa đến bộ tách sóng điều pha để

lấy ra tín hiệu “RxI, RxQ” Hai tín hiệu được đưa sang “Converter” (khối 2) giải

mã thành tín hiệu tương tự hay số và được đưa xuống CPU để xử lý

Khi phát tín hiệu: Sau khi đã xử lý từ CPU, tín hiệu số sẽ được theo hai

đường IDat, QDat để mã hoá thành 4 tín hiệu ( TxIp,TxIn, TxQp, TxQn) để đưa

sang IC xử lý cao tần “RF-IC” (khối 1), tại đây các tín hiệu sẽ điều chế theo

nguyên lý điều pha lên sóng mang cao tần (817-915 Mhz) Sau đó tín hiệu đưa tới

bộ ghép hỗ cảm, lọc phát, tiền khuếch đại, khuếch đại công suất, phát lên ăng ten

đến trạm BTS

Mạch xử lý (khối 3) bao gồm CPU - Center Processor Unit và các linh kiện

phụ trợ thực hiện các chức năng sau:

- Quản lý các chương trình trong bộ nhớ;

- Điều khiển màn hình LCD (nếu có);

- Điều khiển bàn phím, camera, SIM, bộ rung, chuông;

- Điều khiển hoạt động mạch thu-phát;

- Điều khiển hoạt động khối nguồn;

- Bộ nhớ EEPROM lưu giữ các chương trình quản lý thiết bị

Khối nguồn (4) đảm bảo các nguồn điện áp khác nhau cho modem

Về nguyên lý, modem GSM hoạt động tương tự như điện thoại di động,

nhưng điểm khác biệt lớn nhất là modem có khả năng xử lý số mạnh hơn, tương

thích với nhiều thiết bị và có thể làm việc trong môi trường khắc nghiệt

2.5.3 Lựa chọn modem GSM cho việc truyền số liệu KTTV

Công nghệ thông tin di động GSM được khởi đầu từ thập niên 90 và sau gần

20 năm đã có nhiều thay đổi và phát triển vượt bậc Công nghệ thông tin này

ngày càng hoàn thiện trên cơ sở các thành tựu của nhiều lĩnh vực điện tử, tin học,

viễn thám, để có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của hàng tỷ khách hàng

Các thiết bị đầu cuối như điện thoại di động cầm tay, modem GSM di động và

các phụ kiện rất đa dạng về xuất xứ và tính năng kỹ thuật Hiện nay trên thế giới

có nhiều hãng cung cấp các thiết bị modem di động, có thể liệt kê như: Motorola

30

- Hoa Kỳ; Siemens - LB Đức; Wavecom, Falcom – Pháp; Advanced Wireless, Maestro - Hong Kong; Novacom - Anh, các sản phẩm HAC-HN24, AyG-59C của Trung Quốc, Trong các cơ sở cung cấp thiết bị modem GSM đáng chú ý hơn cả là hai hãng lớn, lâu năm và có uy tín nhất là Motorola của Hoa Kỳ và Wavecom của Pháp và cộng đồng châu Âu, sản phẩm đặc trưng của họ thể hiện tại hình 2.12

Wavecom là hãng có nhiều chuyên gia cao cấp trong lĩnh vực thông tin di động và tham gia xây dựng tiêu chuẩn cho công nghệ này từ những năm 90 Sản phẩm của Wavecom trong lĩnh vực này rất đa dạng về chủng loại và có khá nhiều thiết bị đã được nhiệt đới hóa để hoạt động ổn định trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt nói chung và khí hậu nhiệt đới nước ta nói riêng

Các tính năng kỹ thuật cơ bản của Modem Fastrack M120

- Tốc độ truyền tin có dải rộng: từ 2400 đến 115200bps;

- Môi trường hoạt động: trong dải nhiệt độ -20 đến +55 oC và độ ẩm tới 95%;

- Nguồn điện cung cấp: 5-32V, dùng được từ accu 12V;

- Dòng tiêu thụ cực đại: 140mA@12V, tại tần số 900MHz;

- Có tính năng: SMS, Data, GPRS và hội thoại;

- Giao tiếp quacổng RS232C;

Như đã phân tích ở trên, với tính năng kỹ thuật thỏa mãn yêu cầu dự kiến Modem Fastrack M1203 của Wavecom được lựa chọn làm hạt nhân đảm bảo truyền số liệu trên mạng điện thoại di động, phục vụ cho đề tài

a) Wireless Modem G200 Motorola-Hoa Kỳ b) Modem Fastrack M1203 Wavecom-Pháp

Hình 2.12 Các modem GSM tiêu biểu

CHƯƠNG III THIẾT KẾ BỘ HIỂN THỊ XỬ LÝ SỐ LIỆU

DATALOGGER CỦA TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG

Datalogger là bộ xử lý trung tâm, nó đóng vai trò như khối CPU của máy

tính cá nhân, ngoài ra nó phải đảm bảo chức năng giao tiếp với các đầu đo, máy

tính và modem truyền số liệu Làm chủ công nghệ Datalogger là khâu quyết định

để xây dựng, tích hợp, nâng cấp và cải tiến các thiết bị đo đạc tự động

3.1 Sơ đồ khối chức năng Datalogger VH-051S

Bộ hiển thị, xử lý và lưu trữ số liệu Datalogger đảm bảo chức năng nhận

thông tin từ các cảm biến sen-xơ, xử lý, tính toán và hiển thị, lưu trữ các số liệu

cần thiết Ngoài ra Datalogger còn phải đảm bảo khả năng giao tiếp với máy tính

cá nhân, đồng thời sẵn sàng đáp ứng từ xa số liệu cho người sử dụng thông qua

các loại modem khác nhau [4]

Do đặc thù chuyên ngành KTTV, các thiết bị đo đạc thường gọn nhẹ, tiêu

thụ ít năng lượng, hoạt động tại các vùng khí hậu khắc nghiệt, nên việc thiết kế

Datalogger dựa trên các linh kiện đơn giản, dân dụng là không khả thi Để đáp

ứng được tính năng trên Datalogger cần phải dựa trên bộ vi xử lý khá mạnh

[10,11] Các khối chức năng chủ yếu cuả trạm KTTĐ được thể hiện tại hình 3.1

Màn tinh thể lỏng LCD 4x40

Đồng hồ thời gian (chính xác cao)

Hệ vi xử lý (công năng cao)

Bộ nhớ (SL, thông số)

MODEM (các loại)

Cổng giao tiếp RS232

Khối nguồn

Phím điều khiển

Pin mặt trời, Acquy 12V, AC-220

Khối giao diện

Hình 3.1 Sơ đồ khối dạng tổng thể của Datalogger VH-051S

32

Tín hiệu của các sen-xơ gió, mưa, nhiệt, ẩm, áp sau khi xử lý tại Khối giao diện, được đưa vào Hệ vi xử lý công năng cao, tại đây tín hiệu được số hóa và sẽ hiển thị trên màn tinh thể lỏng 160 ký tự 4 x 40, đồng thời khi tới chu kỳ lưu cất,

số liệu sẽ được lưu trữ tại bộ nhớ chống mất điện Eeprom Đồng hồ thời gian Real Time Clock RTC đảm bảo việc đồng bộ cho mọi hoạt động của Datalogger theo giờ chuẩn và nếu thiết bị không hoạt động, đồng hồ dùng pin riêng để đảm bảo cung cấp thời gian chính xác khi thiết bị hoạt động trở lại

Giao tiếp theo chuẩn RS232C với máy tính cá nhân dùng cho việc cài đặt thông số cho thiết bị, đồng thời dùng để thu nhận dữ liệu lưu trữ tại thiết bị, có thể đến hàng trăm ngày Cổng ra Modem dùng để giao tiếp và cung cấp số liệu với trung tâm từ xa

Nguồn nuôi Datalogger có thể được sử dụng từ các dạng khác nhau, như điện lưới, pin mặt trời hay acquy 12v Bình thường nguồn điện lưới hoặc pin mặt trời sẽ nạp đầy vào acquy và khi cả hai nguồn này bị mất, thiết bị vẫn hoạt động nhiều ngày nhờ năng lượng dự trữ từ acquy

Hình 3.2 thể hiện sơ đồ khối thiết kế của bộ hiển thị VH-051S sử dụng mạng thông tin di động làm môi trường truyền số liệu, mà đề tài dự kiến triển khai thực nghiệm

Màn tinh thể lỏng LCD 4x40

Đồng hồ thời gian (chính xác cao)

Hệ vi xử lý (công năng cao)

Bộ nhớ (SL, thông số)

MODEM GSM

Cổng giao tiếp RS232

Khối nguồn

Phím điều khiển

Pin mặt trời, Acquy 12V, AC-220

Gió Young 05106MA

Mưa SL3-1

Nhiệt-Ẩm VH-11TH

Mạng DĐ

PC

Áp suất VH-15B

Bus mở rộng

Các sen-xơ khác

BỘ HIỂN THỊ - DATALOGGER

Khối ghép nối

Hình 3.2 Sơ đồ khối của Datalogger VH-051S khi dùng modem GSM

Sự khác biệt đáng kể trong trường hợp dùng đường truyền di động, đặc biệt

với thông tin dạng SMS, là lệnh điều khiển có thể chuyển từ trung tâm về tram đo

vào bất kỳ lúc nào, nên cần phải thiết lập thêm bộ nhớ đệm RAM đủ lớn và tốc

độ xử lý nhanh nhằm tránh thất lạc thông tin

3.2 Lựa chọn hệ vi xử lý

Như đã trình bày tại phần trên, hệ vi xử lý đóng vai trò rất quan trọng, có thể

xem nó là bộ não điều khiển toàn bộ hoạt động của Datalogger Hiện nay, các vi

xử lý có rất nhiều loại, xuất xứ từ nhiều nước, nhiều hãng sản xuất, tính năng rất

khác nhau Việc lựa chọn vi xử lý để đảm bảo điều khiển hiệu quả thiết bị là rất

quan trọng và quyết định nhiều khả năng mở rộng sau này

3.2.1 Khái niệm cơ bản

Vi xử lý được xem như một máy tính được tích hợp trên một chip, khối linh

kiện đóng kín, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử [5, 6]

Vi xử lý, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi mạch lớn có hiệu suất đủ

mạnh và giá thành hợp lý, khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính,

kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các mô đun vào - ra, các mô đun biến

đổi số sang tương tự và tương tự sang số, Ở máy tính thì các mô đun thường

được xây dựng bởi các chip và mạch ngoài Vi xử lý thường được dùng để xây

dựng các hệ thống nhúng và các loại vi xử lý bậc thấp đã xuất hiện khá nhiều

trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, thiết bị

đa phương tiện, dây chuyền tự động,…

Hầu hết các vi xử lý ngày nay được xây dựng dựa trên kiến trúc Von

Neumann, kiến trúc này định nghĩa bốn thành phần cần thiết của một hệ thống

nhúng Những thành phần này là lõi CPU, bộ nhớ chương trình, thông thường là

ROM hoặc bộ nhớ Flash, bộ nhớ dữ liệu RAM, một hoặc vài bộ định thời và các

cổng vào - ra để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và các môi trường bên ngoài,

tất cả các khối này được thiết kế trong một vi mạch tích hợp Khác với các bộ vi

xử lý đa năng thường dùng cho máy tính, vi xử lý có thể hoạt động chỉ với rất ít

vi mạch hỗ trợ bên ngoài và tiêu hao ít năng lượng

3.2.2 Các vi xử lý thông dụng

Các họ vi xử lý rất đa dạng, có nhiều tính năng khác nhau, có các thế mạnh

khác nhau trong các lĩnh vực cụ thể, có các thông số kỹ thuật và môi trường làm

việc cũng rất khác nhau Dưới đây là một số họ vi xử lý thông dụng nhất [15]

* Họ vi xử lý AMCC do tập đoàn Applied Micro Circuits Corporation sản xuất

Từ tháng 5 năm 2004, họ vi xử lý này được phát triển và tung ra thị trường bởi

IBM: 403 PowerPC CPU, PPC 403GCX, 405 PowerPC CPU, PPC 405EP, PPC

* Họ vi xử lý Cypress MicroSystems CY8C2xxxx

* Họ vi xử lý Freescale Semiconductor Từ năm 2004, những vi xử lý này được

phát triển và tung ra thị trường bởi Motorola

Dòng 8bit: 68HC05 (CPU05), 68HC08 (CPU08), 68HC11 (CPU11), Dòng 16bit: 68HC12 (CPU12), 68HC16 (CPU16), Freescale DSP56800 (DSPcontroller)

Dòng 32bit: Freescale 683XX (CPU32), MPC500, MPC 860 (PowerQUICC), MPC 8240/8250 (PowerQUICC II), MPC 8540/8555/8560 (PowerQUICC III)

* Họ vi xử lý Fujitsu: FMC Family (8/16 bit), FR Family (32 bit), FR-V Family

(32 bit RISC)

* Họ vi xử lý Intel

Dòng 8-bit: 8XC42, MCS48, MCS51, 8061, 8xC251 Dòng 16-bit: 80186/88, MCS96, MXS296

Dòng 32-bit: 386EX, i960

* Họ vi xử lý Microchip, 12-bit instruction PIC, 14-bit instruction PIC và

PIC16F84, 16-bit instruction PIC

* Họ vi xử lý National Semiconductor: COP8, CR16

* Họ vi xử lý ST-MicroElectronics: ST 62, ST 7

* Họ vi xử lý Philips Semiconductors: LPC2000, LPC900, LPC700

Trên thị trường nước ta, thông dụng nhất là hai dòng vi xử lý Atmel AT89Cxx và vi xử lý Microchip mà đại diện là PIC16F84 Hai dòng sản phẩm này có ưu điểm là sử dụng không quá phức tạp, giá thành tương đối thấp, nhưng

có một số nhược điểm là tốc độ xử lý không cao, bộ nhớ không lớn, nên rất khó ứng dụng cho những bài toán phức tạp Trong vài năm gần đây, các dòng sản phẩm vi xử lý của hãng Cypress MicroSystems của Hoa Kỳ CY2xxxx đã bắt đầu được các nhà kỹ thuật nước ta chú ý tới Sản phẩm vi xử lý của Cypress có một

số ưu điểm nổi trội: tốc độ xử lý cao, có loại chịu được môi trường khắc nghiệt, rất đa dạng về chủng loại cho các ứng dụng khác nhau,… Nhưng bên cạnh đó có vài nhược điểm cần khắc phục: sử dụng, thiết kế phức tạp, giá thành còn khá cao

Vì các ưu điểm công nghệ của dòng sản phẩm này, nhóm thực hiện đề tài đã lựa chọn dòng sản phẩm vi xử lý của Cypress Hoa Kỳ làm hạt nhân cho việc thiết kế

bộ hiển thị datalogger VH-051S của trạm KTTĐ

3.2.3 Các tính năng cơ bản của họ vi xử lý Cypress

Trong phần này thể hiện các tính năng nổi bật của vi xử lý Cyp466, dự kiến

sử dụng cho thiết kế Datalogger Nhờ có khả năng xử lý mạnh của dòng sản

phẩm này mà Datalogger VH-051S có thể xử lý được nhiều thông tin từ số lượng

lớn các đầu đo, đặc biệt với cả tốc độ gió lớn hơn 100m/s; có kết cấu gọn nhẹ,

tiêu hao ít năng lượng, hoạt động linh hoạt [15]

CPU

- Tốc độ CPU tối đa 24MHZ (có thể thay đổi được)

- Thanh chứa 32 bít

- Công suất thấp

- Có thể hoạt động trong 2 dải điện áp là 5V hoặc 3.3V

- Với chế độ SMP (Switch Mode Pump), cho phép hoạt động với điện áp 1V

-Có 16 khối số (Digital Block) cung cấp:

+ Timer, Counter, PWM 8, 16, 24, 32 bit

+ CRC và PRS Module

+ Tối đa 8 cổng UART với chế độ Full –Duplex

+ Truyền thông theo SPI, Master và Slave

+ Nối tới tất cả các chân vào ra GPIO

+ Việc kết hợp các khối số tạo ra các ngoại vi phức tạp

Nguồn Clock chính xác và có khả năng lập trình được

- Nguồn clock trong 24/48MHZ, cho phép không dùng thạch anh ngoài

- Nguồn clock 24/48MHZ từ bộ dao động ngoài 32.768K

- Lựa chọn bộ dao động ngoài, tối đa 24MHZ

- Bộ dao động trong phục vụ cho Sleep và WatchDog

- Chế độ bảo vệ bộ nhớ linh hoạt

- Tạo được EEPROM trong bộ nhớ Flash

Các chân Pins có thể cấu hình được

- Out dòng tới 25mA (Source)

- Có các chế độ: Pull up, Pull Down, High Z, Strong, Open Drain

- Tối đa 12 đầu vào tương tự (Analog Input) với chip 28 chân và nhiều hơn với các chíp cao hơn

- Output Analog cho phép dòng tới 40mA

- Ngắt cấu hình được với GPIO

Tính năng khác

- Hỗ trợ I2C với cấu hình kiểu Master, Slave, Multi Master, tốc độ 400KHz

- Watchdog and Sleep

- Cảnh báo nguồn cung cấp thấp

- Tích hợp mạch giám sát bên trong

- Nguồn điện áp chuẩn bên trong có độ chính xác cao, dùng làm nguồn tham chiếu cho ADC

3.3 Nguyên lý hoạt động Datalogger

Như đã mô tả ở phần 3.1, bộ não của thiết bị là khối vi xử lý Cyp466 đảm bảo mọi chức năng điều khiển, tính toán, số hóa tín hiệu, xử lý, lưu trữ số liệu, giao tiếp với máy tính, modem, Lưu đồ thuật toán hoạt động của khối các vi xử

lý được thể hiện tại hình 3.3

Toàn bộ thiết bị sau khi được lắp đặt sẽ hoạt động khi được cấp nguồn điện

và sẽ ngừng làm việc khi mất nguồn cấp, chỉ có khối đồng hồ thời gian vẫn luôn làm việc để đồng bộ thời gian

Sau khi được cấp nguồn Datalogger đọc các tham số cần thiết từ bộ nhớ chống mất điện Eeprom, đọc thời gian từ RTC Sau khi kiểm tra tính hợp lệ của các tham số, kiểm tra khả năng làm việc của bộ nhớ, vi xử lý sẽ tiếp tục các bước sau hoặc dừng hoạt động nếu bộ nhớ không tốt Khi mọi bộ phận của Datalogger bình thường, sẽ khởi động các module đo đạc tính toán các yếu tố cần đo Chu kỳ tính toán lấy mẫu các giá trị gió là 2 giây Giá trị chu kỳ này là hợp lý, nó gần như phản ánh giá trị tức thì của gió Chu kỳ lấy mẫu của các yếu tố nhiệt, ẩm, áp, điểm sương là 30 giây là hợp lý, vì môi trường không khí thay đổi không quá nhanh Sau khi số hóa và tính toán các loại số liệu khác nhau, vào thời điểm mỗi giây số liệu cần thiết được “làm tươi” trên màn tinh thể lỏng

Đến thời điểm chu kỳ Obs quan trắc vi xử lý tính toán xác định các địa chỉ

và lưu cất các loại số liệu cần thiết Ngoài ra vào thời điểm 00h00 Datalogger sẽ

xác nhận một ngày mới, sau đó khởi tạo các thông số cần thiết cho ngày hôm đó

Việc trao đổi thông tin qua Modem và cổng RS232C với máy tính sẽ thực hiện qua các chương trình đặc biệt – chương trình xử lý ngắt interrupt

Các chương trình này sẽ thực hiện nhờ ưu tiên ngắt của vi xử lý, khi có yêu cầu giao tiếp qua hai cổng này, Datalogger sẽ tạm dừng các công việc “chưa cần thiết khác”, xử lý các yêu cầu từ bên ngoài và sau đó thực hiện các công việc thường lệ đã được xác định

(Tham khảo thêm Phụ lục

1 về thiết kế Datalogger

và Phụ lục 2 về các lệnh điều khiển)

Bộ nhớ ok?

Bắt đầu

Đọc thông tin lưu trữ và

khởi tạo các tham số

Khởi động module nhận số

liệu đo từ các sen-xơ, đọc

thông tin thời gian RTC

Tính giá trị của các yếu tố gió, mưa, nhiệt, ẩm, điểm sương, áp suất;

Đọc số liệu?

Qua 1s ?

Đến Obs?

Hiển thị các số liệu trên màn tinh thể lỏng LCD

Xác định vị trí ô nhớ, lưu trữ các loại số liệu, tính các giá trị cực trị

Thông báo lỗi thiết bị

Kết thúc

Kết thúcĐ

Sau quá trình nghiên cứu tích cực, với sự hỗ trợ của nhiều chuyên gia trong

và ngoài ngành, bằng các kiếm thức và kinh nghiệm của nhiều năm công tác, Bộ hiển thị Datalogger VH-051S đã được các chuyên gia của Viện KH KTTV&MT thiết kế thành công Thiết bị này được xây dựng, tích hợp trên cơ sở ứng dụng sản phẩm điện tử của các hãng nổi tiếng: Maxim, Atmel, Philips, Cypress, Dalas, National, Thiết bị đã được thử nghiệm hoạt động trong các môi trường khắc nghiệt của phòng thí nghiệm và cho kết quả khả quan Nhờ áp dụng công nghệ vi

xử lý tiên tiến, thiết bị hoạt động linh hoạt, tiêu tốn ít năng lượng và có thể mở rộng tính năng [7, 8, 9]

Thiết bị này được thiết kế theo hai chủng loại theo đặc thù của người sử dụng của nhiều vùng khí hậu nước ta

Dạng VH-051S, hình 3.4, được để trong phòng làm việc, có màn hình LCD

đủ lớn để hiển thị nhiều loại số liệu cùng một lúc, quan trắc viên có thể giám sát hoạt động của trạm KTTĐ tại phòng làm việc, thuận lợi cho họ khi có thời tiết xấu Nhờ được hoạt động trong môi trường của phòng làm việc ít khắc nghiệt hơn so với ngoài trời, thiết bị sẽ làm việc ổn định hơn và tuổi thọ của thiết bị sẽ cao hơn

Dạng VH-051SA , hình 3.5, được lắp đặt tại nơi đo đạc, toàn bộ thiết bị của trạm đo được triển khai ngoài trời, thiết bị phải hoạt động trong môi trường ít thuận lợi, tuổi thọ có thể giảm đi ít nhiều và người khai thác thiết bị sẽ khó khăn hơn khi cần giám sát trạm đo

Hình 3.4 Bộ hiển thị Datalogger VH-051S

Hình 3.5 Bộ hiển thị Datalogger VH-051SA

Sau quá trình thiết kế, hoàn thiện, thử nghiệm và kiểm tra sai số các yếu tố

của trạm KTTĐ VH-051S tại phòng thí nghiệm, có thể khẳng định, trạm KTTĐ

VH-051S đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật đã được phê duyệt của đề tài và cụ thể

qua hai nhóm tính năng sau

3.4.2 Các tính năng cơ bản của VH-051S

- Hiển thị số liệu gió, mưa, nhiệt,ẩm, áp, điểm sương tại điểm lắp đặt;

- Lưu trữ số liệu hơn 12 tháng với Obs quan trắc 1 giờ;

- Có thể mở rộng thêm đến 30 yếu tố đo;

- Cung cấp số liệu thời gian thực từ xa cho 3 trung tâm độc lập Khi sử dụng

modem GSM Trung tâm từ xa có thể nhận đủ số liệu trong vòng vài phút từ hệ

thống hàng trăm trạm KTTĐ;

- Kiểm soát lỗi và cảnh báo gió to - mưa lớn qua tin nhắn cho người quản lý;

- Nhận và xử lý các lệnh đặc biệt qua điện thoại di động cầm tay;

- Bảo mật thông tin trong quá trình truyền tin

3.4.3 Các tính năng kỹ thuật chính của trạm VH-051S

Các chỉ tiêu kỹ thuật quan trong nhất của trạm VH-051S thể hiện tại bảng 3.1

Ngoài ra, còn một số đặc tính sau:

- Hiển thị cùng một lúc nhiều loại số liệu trên màn tinh thể lỏng 160 ký tự với

Obs quan trắc tuỳ chọn, như: số liệu tức thì, số liệu kỳ trước, giá trị cực trị,

- Cho phép tải số liệu và điều khiển trực tiếp từ máy tính hay qua mạng;

40

- Độ dài cáp nối tối đa từ sensor tới Datalogger: 150m

- Có thể dùng nhiều loại nguồn điện: AC220v, Pin mặt trời, Máy phát dạng phong điện hay thủy điện nhỏ, Acquy DC12v

- Kích thước 205 x 230 x 82 mm, trọng lượng 2.5kg;

- Có thể cung cấp số liệu thời gian thực qua nhiều mạng thông tin khác nhau, như mạng: điện thoại di động, điện thoại hữu tuyến, vô tuyến độc lập, vô tuyến vệ tinh

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của bộ hiển thị VH-051S Yếu tố Độ phân

giải

Dải đo Sai số cho phép Sen-xơ

Tốc độ gió 0.1m/s 0.5-60m/s

(gió giật 100m/s)

nhỏ hơn ±0.4m/s Young 05106MA

Hướng gió 1độ 0-360độ nhỏ hơn ±3độ Young 05106MA Lượng mưa 0.1mm không hạn chế ±0.4mm, LM<10mm

±4% khi LM>10mm

SL3-1

Nhiệt độ không khí

0.1oC -10oC – 80oC nhỏ hơn ±0.3oC VH-11TH

Độ ẩm không khí

Điểm sương 0.1oC -40oC – 60oC nhỏ hơn ±0.4oC VH-11TH

Áp suất không khí

0.1hPa 600-1100 hPa nhỏ hơn ±0.4 hPa VH-15B

3.4.4 Số liệu hiển thị cho việc quan trắc tại chỗ

Số liệu đo các yếu tố khí tượng và các thông tin phụ trợ khác cho quan trắc viên của trạm KTTĐ VH-051S thể hiện trên màn hình LCD tại hình 3.6

Hình 3.6 Thông tin tại LCD của bộ hiển thị VH-051S

Số liệu được bố trí theo các nhóm thông tin của yếu tố đo và thể hiện trên

một cột, phù hợp với Quy phạm khí tượng bề mặt [1, 2], tạo điều kiện thuận lợi

cho quá trình quan trắc Thông tin hiển thị trên hình 3.6 được giải nghĩa như sau:

Cột 2 Độ ẩm: hiện tại, kỳ quan trắc trước

Cột 2 Điểm sương: hiện tại, kỳ quan trắc trước

Cột 3 Lượng mưa: hiện tại, kỳ quan trắc trước, 24h hiện tại, 24h trước

Cột 4 Áp suất: hiện tại, kỳ trước, max, min kỳ trước

Cột 5,6 Hướng và tốc độ gió: tức thì 2 giây, tức thì TB 2phút, kỳ trước và

Max trong ngày

Cột 7 Năm-Tháng-Ngày, Giờ:phút:giây; kỳ QT phút, điện áp acquy

3.4.5 Tiêu chuẩn dự kiến đạt được

So sánh sai số của trạm KTTĐ VH-051S với các tiêu chuẩn của ngành

KTTV 94 TCN 6-2001 và tiêu chuẩn của Ủy ban khí tượng thế giới WMO, trạm

KTTĐ VH-051S có thể đạt được:

- Tiêu chuẩn ngành KTTV Việt Nam;

- Tiêu chuẩn WMO

42

CHƯƠNG IV CÁC CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

HỆ THỐNG TRẠM KTTĐ VH-051S

Chương này trình bày về các chương trình phục vụ cho việc điều hành hệ thống các trạm KTTĐ VH-051S, bao gồm 04 bộ chương trình: chương trình điều khiển và thu nhận số liệu khi sử dụng máy tính làm việc trực tiếp với trạm VH-051S và 3 chương trình điều khiển hệ thống các trạm KTTĐ VH-051S từ xa qua mạng điện thoại di động tại các Trung tâm ở Đài KTTV Khu vực, ở Trung ương

và Trung tâm di động phục vụ công việc khẩn cấp Sự khác biệt khác nhau giữa các chương trình tại các trung tâm điều hành không nhiều nên đề tài chỉ trình bày

vê 2 bộ chương trình điều khiển trực tiếp LocVh051s và điều khiển từ xa cho trung tâm Khu vực SysVh051sKv

4.1 Chương trình điều khiển trực tiếp LocVh051s

Chương trình được thiết kế dùng cho việc điều khiển và thu nhận số liệu khi

sử dụng máy tính làm việc trực tiếp với trạm VH-051S

4.1.1 Giới thiệu chương trình

Chương trình điều khiển và thu nhận số liệu của Datalogger VH-051S được thiết kế để có thể hoạt động và tương thích trên nền các hệ điều hành Windows

98, 2000, NT và XP, với yêu cầu phần cứng tối thiểu Hoạt động của chương trình theo nguyên lý thực hiện các sự kiện, nghĩa là khi có một sự kiện, ví dụ: nhận dữ liệu, ấn nút lệnh, thực hiện lệnh từ menu, chương trình sẽ nhận lấy và thực hiện theo một trật tự ưu tiên định sẵn Sau khi khởi động chương trình, giao diện điều khiển chính sẽ hiện lên, thể hiện trên hình 4.1

Các chức năng điều khiển của chương trình được bố trí trong hai phần: phần các menu, phía trên, bên trái hình 4.1 và phần các nút lệnh thường dùng, góc dưới bên phải Các thông tin mà chương trình đưa ra sẽ thể hiện tại phần bên phải, phần A, màu vàng nhạt, còn số liệu lưu trữ chuyển về sẽ hiển thị tại phần bên trái, phần B, màu trắng Ví dụ: Sau khi chọn xong cổng Com RS232, ta vào

menu Get Params, và chọn Get CurrData hoặc bấm nút lệnh: “Get CurrData”

– xem số liệu hiện tại, ngay sau đó các giá trị của các yếu tố đo sẽ hiện thị tại phần bên phải của màn hình Với các lệnh khác cũng được sử dụng tương tự như

ví dụ trên

4.1.2 Lưu đồ thuật toán chương trình

Chương trình điều khiển được chia làm nhiều mô-đun thể hiện bằng các

nhóm lệnh tại menu và thực hiện theo nguyên lý sự kiện Chương trình chính

được chia làm 5 nhóm lệnh, thể hiện tại lưu đồ thuật toán trên hình 4.2

Nhóm lệnh File dùng để quản lý các tệp dữ liệu, in ấn và thoát chương trình

- Open File dùng để mở các tệp số liệu đã lưu trên máy tính;

- Save File dùng để lưu tệp số liệu đã lấy từ Datalogger vào máy tính;

- Clear Data dùng để xóa các số liệu trên màn hình máy tính;

- Print File dùng để in nội dung các tệp số liệu lưu trữ;

- Print Data dùng để in số liệu đang hiển thị trên màn hình

- Exit Prog dùng để thoát chương trình

Nhóm lệnh chọn cổng Com RS232C

Các lệnh này dùng để chọn một trong các cổng RS232C mà máy tính đang

ghép nối với Datalogger Có thể chọn cổng Com từ 1 cho đến 8

Nhóm lệnh GetParam dùng để xem các thông tin từ Datalogger

- Get Time cho biết thời gian và ngày tháng mà thiết bị đang hoạt động;

- Get Parameters cho biết các thông số hiện tại của thiết bị;

- Get CurrData cho biết các số liệu về các yếu tố đo hiện tại;

Hình 4.1 Giao diện chính của của chương trình điều khiển LocVh051s

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, Com8

Thực hiện các lệnh Get: Time, Parameters, CurrData, Memory

Thực hiện các lệnh Set: Time, Date, ManuObs, NameSt, CodeSt,…

Thực hiện các lệnh Help: About Pog,

Hình 4.2 Sơ đồ thuật toán chính của chương trình LocVh051s

S

S

Đ

Nhóm lệnh SetParam dùng để cài đặt các thông số cho thiết bị

- Set Time dùng để thay đổi thời gian giờ-phút-giây cho thiết bị;

- Set Date dùng để thay đổi năm-tháng-ngày cho thiết bị;

- Set Manual Obs dùng để thay đổi chu kỳ quan trắc tại chỗ;

- Set Name Station dùng để thay đổi tên tram đo;

- Set Code Station dùng để thay đổi mã số tram

Nhóm lệnh lệnh trợ giúp Help: About Pog cho biết cách thực hiện các hỗ trợ

trong quá trình sử dụng chương trình

4.1.3 Một số lưu ý khi sử dụng chương trình

Trong quá trình thực hiện lệnh, cần quan sát hướng dẫn với các tình huống

cụ thể của chương trình

4.1.4 Yêu cầu phần cứng và hướng dẫn cài đặt chương trình

Cấu hình máy tính cho cài đặt chương trình điều khiển có mức trung bình

trở lên: tốc độ 1GHz, Ram 128MB, HDD 8GB,

Để sử dụng được chương trình, cần có cáp nối chuẩn RS232C, đối với

máy tính không có cổng dạng này cần thêm bộ chuyển đổi USB-RS232 kèm theo

phần mềm

Ví dụ 1: Khi thực hiện lệnh cài đặt thông

số Set Time, chương trình sẽ yêu cầu cung cấp mật khẩu ở Hình 4.3., vì nhóm lệnh này rất quan trọng

Ví dụ 2: Khi thực hiện lệnh cài đặt thông

số chu kỳ quan trắc, chương trình sẽ yêu cầu cung cấp mật khẩu và thông số chu kỳ bằng phút, hình 4.4

Ví dụ 3: Khi thực hiện lệnh lấy số liệu từ

Datalogger, chương trình sẽ yêu cầu cung cấp hai thông số: ngày bắt đầu và số ngày cần tải số liệu về máy tính, Hình 4.5

4.1.1 Mô hình tổ chức hệ thống

Sự kết nối thông tin giữa các trạm với các trung tâm điều khiển được thể hiện tại hình 4.6

Hình 4.6 Mô hình tổ chức hệ thống các trạm KTTĐ Hai trung tâm điều hành hoạt động độc lập, cùng một lúc có thể thu nhận thông tin và số liệu từ các trạm Điểm khác biệt ở đây là các trung tâm được phân cấp điều khiển, bình thường Trung tâm tại Đài khu vực chịu trách nhiệm điều hành các trạm, đảm bảo duy trì đúng các số cần thiết, kiểm soát các điều kiện để các trạm thuộc khu vực quản lý của mình hoạt động ổn định Trung tâm tại Trung ương có thể truy cập vào bất cứ trạm nào trong toàn quốc để khai thác các thông tin cần thiết Việc phân cấp này rất quan trọng, gắn trách nhiệm cho Đài khu vực, nơi có thể giám sát tốt nhất sự hoạt động của các trạm KTTĐ

TT Khu vực

Mạng điện thoại di động

Trạm KTTĐ 1

Trạm KTTĐ 3 Trạm

Trạm KTTĐ 1

Trạm KTTĐ 3 Trạm

KTTĐ 2

Modem GSM Modem GSM

TT Tw tại Viện KTTV

Mobile

4.1.2 Giới thiệu chương trình

Chương trình điều khiển thiết bị đo mưa và thu nhận số liệu từ xa được thiết

kế có thể hoạt động trên máy tính có cấu hình phần cứng tối thiểu và tương thích

trên nền các hệ điều hành Windows 98, 2000, NT và XP Hoạt động của chương

trình theo nguyên lý thực hiện các sự kiện, nghĩa là khi có một sự kiện, ví dụ:

nhận dữ liệu, ấn nút lệnh, thực hiện lệnh từ menu, chương trình sẽ nhận biết và

thực hiện công việc theo một trật tự ưu tiên định sẵn Sau khi khởi động chương

trình, giao diện điều khiển chính sẽ hiện lên, thể hiện trên hình 4.7

Hình 4.7 Giao diện chính của của chương trình điều khiển SysVh051sKv

Các chức năng điều khiển của chương trình được bố trí trong hai phần: phần

các menu, phía trên bên trái hình 4.6 và phần các nút lệnh thường dùng, góc dưới

bên phải Các thông tin mà chương trình đưa ra sẽ thể hiện tại phần bên dưới có

màu vàng nhạt, còn số liệu lưu trữ chuyển về sẽ thể hịên tại phần bên trên phần

bảng, màu trắng

Ví dụ: Sau khi chọn xong cổng Com RS232C, ta vào menu Get Params, và

chọn Get CurrData hoặc bấm nút lệnh: “Get CurrData” để xem số liệu của

trạm, sau đó chọn tên trạm cần lấy thông tin, thường sau 15 giây, qua mạng di

động, các số liệu của trạm KTTĐ sẽ hiện thị tại phần ô màu vàng của màn hình

Với các lệnh khác cũng được sử dụng tương tự như ví dụ trên

48

4.2.3 Lưu đồ thuật toán chương trình

Chương trình được chia làm 5 nhóm lệnh và thể hiện tại lưu đồ thuật toán trên hình 4.8

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, Com8

Thực hiện các lệnh Get:

Time, Parameters, CurrData, Memory

Thực hiện các lệnh Set:

Time, Date, ManuObs, NameSt, CodeSt,…

Thực hiện các lệnh Help:

Chương trình điều khiển được chia làm nhiều mô đun khác nhau, thể hiện

bằng các nhóm lệnh tại menu và thực hiện theo nguyên lý xử lý sự kiện

Nhóm lệnh File dùng để quản lý các tệp dữ liệu, in ấn và thoát chương trình

- Open File dùng để mở các tệp số liệu đã lưu trên máy tính;

- Save File dùng để lưu tệp số liệu đã lấy từ trạm đo vào máy tính;

- Clear Data dùng để xóa các số liệu trên màn hình máy tính;

- Print File dùng để in nội dung các tệp số liệu lưu trữ;

- Print Data dùng để in số liệu đang hiển thị trên màn hình

- Exit Prog dùng để thoát chương trình

Nhóm lệnh chọn cổng Com RS232C

Các lệnh này dùng để chọn một trong các cổng RS232C mà máy tính đang

ghép nối với Datalogger Có thể chọn cổng Com từ 1cho đến 8

Nhóm lệnh GetParam dùng để xem các thông tin từ Datalogger

- Get Time cho biết thời gian và ngày tháng mà thiết bị đang dùng;

- Get Parameters cho biết các thông số hiện tại của thiết bị;

- Get CurrData cho biết các số liệu gió hiện tại;

- Get Memory lấy số liệu đang lưu tại Datalogger

Nhóm lệnh SetParam dùng để cài đặt các thông số cho thiết bị

- Set Time dùng để thay đổi thời gian giờ-phút-giây cho thiết bị;

- Set Date dùng để thay đổi năm-tháng-ngày cho thiết bị;

- Set Manual Obs dùng để thay đổi chu kỳ quan trắc tại chỗ;

- Set Name Station dùng để thay đổi tên tram đo;

- Set Code Station dùng để thay đổi mã số tram

Nhóm lệnh lệnh trợ giúp Help: About Pog cho biết cách thực hiện các hỗ trợ

trong quá trình sử dụng chương trình

Như trên lưu đồ thuật toán, chỉ hai nhóm lệnh lấy thông tin Get và cài đặt

các thông số cho trạm đo Set là thực hiện thông qua modem và mạng di động

Chi tiết về thể hiện thuật toán được thể hiện tại Phụ lục

Ngoài các nhóm lệnh trên, khi số liệu từ các trạm đo tự động chuyển về, các

thông tin sẽ được chương trình thu nhận, xử lý, hiển thị và lưu trữ

50

4.2.3 Một số lưu ý khi sử dụng chương trình

Trong quá trình thực hiện lệnh, cần quan sát hướng dẫn với các tình huống

cụ thể của chương trình

4.2.4 Yêu cầu phần cứng và hướng dẫn cài đặt chương trình

Cấu hình máy tính cho cài đặt chương trình điều khiển có mức trung bình

trở lên: tốc độ 1GHz, Ram 128MB, HDD 8GB,

Để sử dụng được chương trình, cần có Modem GSM và cáp nối chuẩn

RS232C Đối với máy tính không có cổng dạng này cần thêm bộ chuyển đổi USB-RS232 kèm theo phần mềm

Việc cài đặt SysVh051s hoàn toàn theo chuẩn tương tự các phần mềm trên nền hệ điều hành Windows 98, 2000, NT, XP bằng cách khởi động tệp setup.exe

trong “Bộ chương trình cài đặt” và làm theo các hướng dẫn của chương trình sẽ

thể hiện trên màn hình

Ví dụ 1: Khi thực hiện lệnh cài đặt thông

số Set Time, chương trình sẽ yêu cầu cung cấp mật khẩu, như hình 4.9, vì nhóm lệnh này rất quan trọng

Ví dụ 2: Khi thực hiện lệnh lấy số

liệu hay thông số của trạm, chương trình sẽ yêu cầu cung cấp mật khẩu

và chọn tên trạm, hình 4.10

Ví dụ 3: Khi thực hiện lệnh lấy số liệu từ

Datalogger, chương trình sẽ yêu cầu cung cấp hai thông số: ngày bắt đầu và số ngày cần tải số liệu về máy tính, hình 4.11

Hình 4.9 Khung nhập mật khẩu

Hình 4.10.Khung nhập thông số

Hình 4.11 Khung nhập ngày bắt đầu và số ngày lấy số liệu

4.3 Ý nghĩa thông tin từ trạm VH-051S

Khi sử dụng các chương trình LocVh051s hay SysVh051s, thông qua các

lệnh từ menu hay nút lệnh, trạm KTTĐ sẽ trả lời các thông tin tương ứng Việc

thực hiện các lệnh theo lưu đồ thuật toán được thể hiện qua ngôn ngữ lập trình

VB6.0, trích lục chương trình thể hiện tại phần Phụ lục 2

Phần dưới đây giải thích tên và ý nghĩa của các thông tin số liệu nhận được

VH> Get Data Lệnh xem số liệu hiện tại

1005.2hPa Áp suất khí quyển

112 1.2m Hướng và tốc độ gió trung bình 2 phút

110 1.8S Hướng và tốc độ gió max trong kỳ

0.3Cur Lượng mưa trong kỳ

0.8h24 Lượng mưa từ 19h đến hiện nay

nKv 09125323371 Số Sim của Trung tâm Khu vực

aK0 09125323372 Số Sim để cảnh báo cho người quản lý Khu vực

60MnOb sE1 Kỳ quan tắc tại trạm và cho phép lưu số liệu

rSen 0.1 Lcd 1 Kiểu thùng mưa và chế độ LCD

Idx 7 Số ngày đã lưu số liệu

fDay 09-10-10 Ngày xoá số liệu

CHƯƠNG V KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC NGHIỆM

HỆ THỐNG TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG

Sau quá trình thiết kế, khẩn trương hoàn thiện, thử nghiệm, kiểm soát

nghiêm túc các thông số của 04 trạm KTTĐ VH-051S tại phòng thí nghiệm, kết

quả cho thấy, các trạm này đều đáp ứng yêu cầu đặt ra của đề tài Trong tháng 04

năm 2009 cả 04 trạm VH-051S đã sẵn sàng cho việc tiến hành quá trình thử

nghiệm toàn bộ hệ thống

5.1 Phương pháp tiến hành thử nghiệm

Việc tiến hành thử nghiệm cần theo phương pháp khoa học, cách tiếp cận

cần có tính logic cao, theo các giai đoạn cụ thể, để có cơ sở phân tích về các

thông số của hệ thống thiết bị Trong đề tài chúng tôi tiến hành qúa trình thử

nghiệm theo các bước sau:

- Bước 1: Kiểm định lần thứ nhất toàn bộ các thiết bị dự kiến cho quá trình

thực nghiệm Bước này có ý nghĩa quyết định, các thiết bị cần đạt các chỉ tiêu

sai số cho phép trong một dải đo khá rộng của quy trình kiểm định với môi

trường khắc nghiệt Trong bước này, đề tài sẽ thực hiện kiểm định 04 trạm ở

cấp Ngành KTTV tại Trung tâm Mạng lưới KTTV&MT, ngoài ra, sẽ thực

hiện thêm việc kiểm định mẫu 01 trạm ở cấp Nhà nước tại Trung tâm Đo

lường Việt Nam

- Bước 2: Xác định vị trí lắp đặt các trạm thử nghiệm, qua đó nhằm chọn

được các môi trường khác nhau về khí hậu, hạ tầng kỹ thuật, môi trường thông

tin, mà các thiết bị dự kiến sử dụng sẽ hoạt động trong các điều kiện tương tự

như vậy

- Bước 3: Lắp đặt tiến hành quan trắc song song, nhằm kiểm soát liên tục

tình trạng của các trang thiết bị lắp đặt thử nghiệm, trong đó có sai số, tình

trang kỹ thuật, các sự cố,

- Bước 4: Kiểm định lần thứ 2 tại trạm Lần này, ngay tại cơ sở thực nghiệm

các chuyên gia sẽ kiểm tra tình trạng kỹ thuật của thiết bị theo Quy phạm, xác

định sai số của thiết bị trong môi trường tự nhiên

- Bước 5: Kiểm định lần thứ 3 tại bộ phận kiểm định Tất cả các trạm, sau quá

trình thử nghiệm khá dài trong môi trường tự nhiên, sẽ được tháo dỡ và kiểm

định lại tại Hà Nội Kết quả lần kiểm tra này nhằm đánh giá độ ổn định các

thông số đo đạc, độ bền, của thiết bị trong môi trường sử dụng thực tế Sau

lần kiểm định này, các trạm thử nghiệm sẽ được lắp đặt lại tại các điểm thử

nghiệm và quá trình thực nghiệm vẫn tiếp tục

54

- Bước 6: Phân tích đánh giá, đưa ra các nhận xét và khuyến nghị

Sau quá trình thực nghiệm, cơ sở đánh giá bao gồm: các sổ nhật ký về hoạt động của 3 trạm thực nghiệm và 2 trung tâm điều khiển, các bộ số liệu thu được tại bộ nhớ lưu trữ của 3 trạm, số liệu tại 2 hai trung tâm, các tài liệu từ của 3 đợt kiểm định

Ngoài ra, trong quá trình triển khai thực nghiệm cơ quan chủ quản đề tài -

Bộ Tài nguyên và Môi trường sẽ cử đoàn công tác giám sát việc triển khai thử nghiệm Lần công tác này được tổ chức vào đầu tháng 10 năm 2009, do Phó vụ trưởng Vụ Khoa học và Công nghệ làm trưởng đoàn Kết quả lần kiểm tra này đã xác nhận đề tài được tiến hành đúng nội dung các hạng mục của đề cương đã được phê duyêt Các thiết bị thử nghiệm hoạt động ổn định thể hiện tại Biên bản lần công tác này cũng như các Bản nhận xét tại Phụ lục 3 của Báo cáo tổng kết Thông tin tại bảng 5.1 giúp chúng ta thuận lợi hơn cho việc đánh giá về sai

số của các trạm KTTĐ qua các đợt kiểm định

Bảng 5.1 Yêu cầu về sai số đối với các thiết bị đo khí tượng Các yếu tố đo Ngành KTTV

5.2 Kết quả kiểm định lần thứ nhất trước khi lắp đặt thử nghiệm

Trong tháng 04 năm 2009, 04 trạm VH-051S đã được hoàn thiện và được chuyển đi kiểm định cấp ngành tại Trung tâm Mạng lưới KTTV&MT Với sự giúp đỡ và cộng tác của các chuyên gia thuộc Trung tâm, các sen-xơ được hiệu chuẩn lần cuối vào tháng 05 năm 2009 và kết quả kiểm định hiệu chuẩn của tất cả

4 trạm đều đạt yêu cầu của đề tài và đạt yêu cầu của ngành KTTV theo tiêu chuẩn

94 TCN 6-2001, chi tiết thể hiện tại Phụ lục 4 của Báo cáo tổng kết

5.2.1 Kết quả kiểm định cấp ngành KTTV

Kết quả lần kiểm định hiệu chuẩn lần này cho thấy, cả 04 trạm KTTĐ

VH-051S phục vụ cho việc thử nghiệm đều đạt yêu cầu của đề tài và đạt tiêu chuẩn

ngành 94 TCN 6-2001, có thể triển khai lắp đặt thực nghiệm tại hiện trường

Thông tin tại các bảng 5.2 – 5.7 được trích lục từ tài liệu của đợt kiểm định

lần thứ nhất, thể hiện cho nhận xét ở trên, trong đó các cột in đậm thể hiện sai số

cho phép của ngành đối với trạm khí tượng tự động

Bảng 5.2 Sai số tốc độ gió khi sử dụng các sen-xơ Young 05106MA

Sai số Vận tốc

chuẩn (m/s)

Sai số cho phép Sensor

(Sai số thiết kế dự kiến ±0.30m/s)

Bảng 5.3 Sai số hướng gió khi sử dụng các sen-xơ Young 05106MA

Hướng chuẩn

(độ)

Sai số cho phép

(Sai số thiết kế dự kiến ±0.4mm)

Bảng 5.5 Sai số yếu tố nhiệt độ khi sử dụng các sen-xơ VH-11TH Chuẩn (t0C)

Sai số cho phép No:002 Sai số No:003 Sai số No:004 Sai số No:005 Sai số

(Sai số thiết kế dự kiến ±0.30 oC)

Bảng 5.6 Sai số yếu tố độ ẩm khi sử dụng các sen-xơ VH-11TH Chuẩn (%RH) cho phép Sai số No:002 Sai số No:003 Sai số No:004 Sai số No:005 Sai số

Bảng 5.7 Sai số yếu tố áp suất khi sử dụng các sen-xơ VH-15B

P Chuẩn (hPa) Sai số

cho phép

Sai số No:002

Sai số No:003

Sai số No:004

Sai số No:005

(Sai số thiết kế dự kiến ±0.40hPa)

(Chi tiết tại Phục lục 4, kết quả kiểm định cấp ngành lần thứ nhất)

Việc khảo sát vị trí lắp đặt các trạm được tiến hành trong tháng 04 năm

2009, theo tiêu chí cơ bản là đại diện cho các vùng khí hậu khác nhau Vì số

lượng trạm thực nghiệm còn hạn chế, chỉ có 03 tram, nên đề tài chọn 3 địa điểm:

- Trạm khí tượng nông nghiệp Hà Đông, đại diện cho vùng đồng bằng;

- Trạm khí tượng nông nghiệp Ba Vì, đại diện cho vùng núi;

- Trạm khí tượng Văn Lý, đại diện cho vùng ven biển

5.2.2 Kết quả kiểm định mẫu cấp Nhà nước

Sau khi triển lắp đặt 03 trạm, đề tài đã sử dụng trạm dự phòng thứ tư, đã

được kiểm định đạt yêu cầu cấp ngành, làm mẫu đi khiểm định cấp Nhà nước tại

Trung tâm Đo lường Việt Nam, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Kết quả lần

kiểm định lần này, thể hiện tại các bảng 5.8 tại trang sau, cho thấy trạm KTTĐ

VH-051S đạt yêu cầu của đề tài và tiêu chuẩn ngành 94 TCN 6-2001, chỉ riêng

yếu tố khí áp có sai số cao hơn một ít, nhưng vẫn đạt yêu cầu của đề tài là

±0.4hPa,khi cần thiết có thể hiệu chỉnh thêm tại sen-xơ

58

Bảng 5.8 Sai số yếu tố đo tại lần kiểm định cấp Nhà nước

Tốc độ chuẩn (m/s) Sai số (m/s)

Sai số cho phép (m/s)

5.3 Kết quả kiểm định lần thứ hai tại nơi lắp đặt

Sau quá trình hơn 3 tháng hoạt động thử nghiệm trong mùa mưa bão tại môi trường thực tế ở các điểm lắp đặt tại các Trạm khí tượng nông nghiệp Hà Đông, Trạm khí tượng nông nghiệp Ba Vì, Trạm khí tượng Văn Lý, vào cuối tháng 8 và đầu tháng 9 năm 2009 các trạm thực nghiệm VH-051S đã được các chuyên gia kiểm định cấp ngành của Trung tâm Mạng lưới KTTV&MT kiểm định chất lượng và sai số tại nơi lắp đặt

Kết quả lần kiểm định này, được tổng kết và thể hiện tại bảng 5.9 dưới đây

và chi tiết tại Phụ lục 4: Kết quả kiểm định cấp ngành lần thứ hai Thông tin tại bảng này và số liệu kiểm định được đối chiếu với sai số cho phép tại bảng 5.1, cho thấy 03 trạm KTTĐ thực nghiệm hoạt động ổn định và vẫn đạt tiêu chuẩn ngành 94 TCN 6-2001

áp suất chuẩn hPa

áp suất hiển thị hPa

sai số hPa

800.0 799.89 0.11 820.0 819.78 0.22 840.0 839.76 0.24 860.0 859.74 0.26 880.0 879.68 0.32 900.0 899.72 0.28 920.0 919.75 0.25 940.0 939.92 0.08 960.0 959.75 0.25

980.0 979.66 0.34 1000.0 999.65 0.35 1020.0 1019.69 0.31 1040.0 1039.68 0.32 1050.0 1049.68 0.32 1050.0 1049.68 0.32 1040.0 1039.69 0.31 1020.0 1019.65 0.35

1000.0 999.71 0.29

980.0 979.69 0.31

960.0 959.82 0.18 940.0 939.95 0.05 920.0 919.81 0.19 900.0 899.75 0.25 880.0 879.83 0.17 860.0 859.86 0.14 840.0 839.88 0.12 820.0 819.90 0.10 800.0 799.97 0.03

(Sai số thiết kế dự kiến ±0.40hPa)

Bảng 5.9 Sai số trung bình các yếu tố khi kiểm định tại chỗ

Trạm Hà Đông Trạm Ba Vì Trạm Văn Lý Tốc độ

Hướng gió

+0.11m/s +0.63 độ

+0.04m/s +1.00 độ

-0.01m/s +1.25độ

Nhiệt độ +0.1oC +0.2 oC -0.1 oC

5.4 Kết quả kiểm định lần thứ ba sau quá trình thử nghiệm

Trong tháng 10 năm 2009 các trạm thử nghiệm thứ tự được tháo dỡ về Hà

Nội, chuyển tới Trung tâm Mạng lưới KTTV&MT để kiểm tra tình trạng kỹ thuật

và kiểm định chất lượng Kết quả lần kiểm định này thể hiện tại các bảng sai số

(Sai số thiết kế dự kiến ±0.30m/s)

Bảng 5.11 Sai số hướng gió sau quá trình thực nghiệm

Hướng chuẩn (độ) No: 80339 No: 80340 No: 86339

(Sai số cho phép ±10 độ; thiết kế dự kiến ±3 độ)

Bảng 5.12 Sai số yếu tố mưa sau quá trình thực nghiệm

Chuẩn (mm) No: 200802082 No: 200802038 No: 200802038

(Sai số cho phép ±0.4mm; thiết kế dự kiến ±0.4mm)

Bảng 5.13 Sai số yếu tố nhiệt độ sau quá trình thực nghiệm

(Sai số cho phép ±0.5oC; thiết kế dự kiến ±0.3mm)

Bảng 5.14 Sai số yếu tố độ ẩm sau quá trình thực nghiệm

(Sai số cho phép ±0.4mm; thiết kế dự kiến ±0.4mm)

Bảng 5.15 Sai số yếu tố khí áp sau quá trình thực nghiệm

P chuẩn (hPa) VH-15B 002 VH-15B 003 VH-15B 004 800.15 -0.12 0.15 -0.06 820.14 -0.11 0.18 -0.12 840.25 -0.15 0.07 -0.12 860.68 -0.25 0.09 -0.1 880.09 -0.22 0.13 -0.07

(Sai số cho phép ±0.3hPa; thiết kế dự kiến ±0.4hPa)

Qua số liệu thể hiện tại các bảng sai số trên, chúng ta hoàn toàn có thể nhận

thấy, sai số các yếu tố gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm của các trạm sau nhiều ngày

thực nghiệm trong điều kiện tự nhiên đều trong dải cho phép Chỉ riêng giá trị sai

số, phần được in đậm, của khí áp No: 002 là lệch nhiều hơn dự kiến ở các điểm

khí áp cao, còn trong dải đo của môi trường tự nhiên tại các điểm thử nghiệm,

đều nhỏ hơn ±0.3hPa Điều đó chứng tỏ rằng, về cơ bản các trạm vẫn hoạt động

ổn định trong thời gian khá dài

5.5 Kết quả hoạt động của hệ thống thử nghiệm

Các trạm KTTĐ VH-051S đã được lắp đặt tại Trạm khí tượng nông nghiệp

Hà Đông, Trạm khí tượng nông nghiệp Ba Vì, Trạm khí tượng Văn Lý Ngay sau

khi lắp đặt và hiệu chỉnh xong, thiết bị được đưa vào quan trắc thử nghiệm Tại

các điểm lắp đặt, số liệu và tình trạng hoạt động của thiết bị được theo dõi thông

qua “Nhật ký hoạt động” của trạm VH-051S Ngoài ra, số liệu đo được lưu cất

trong bộ hiển thị, khi cần thiết có thể tải vào máy tính

Trong tháng 6 năm 2009, hai trung tâm điều khiển hệ thống từ xa được triển

khai lắp đặt tại Phòng Quản lý lưới trạm, Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Đồng

bằng Bắc Bộ và Phòng NC công nghệ đo đạc, Viện KH KTTV&MT, mô phỏng

Trung tâm tại Trung ương Bất kỳ lúc nào khi có nhu cầu cung cấp số liệu, các

trung tâm này có thể được khởi động và thu nhận số liệu cũng như kiểm soát các

thông số của các trạm đo Qua việc phân tích kết quả thu được của quá trình hoạt

động của hệ thống trạm KTTĐ chúng ta có thể đưa ra một số đặc tính sau:

1 Tính hoạt động liên tục của 03 trạm thử nghiệm được xác nhận trong các

“Nhật ký hoạt động” cũng như thể hiện qua sự đầy đủ số liệu lưu trữ tại bộ

hiển thị Các trạm đã được thử nghiệm trong mùa mưa bão của năm 2009,

với điều kiện thời tiết không thuận lợi, các thiết bị tự động có xác suất bị hỏng

là cao nhất Nhưng kết quả cho thấy, cả 3 trạm vẫn hoạt động ổn định và chưa

62

từng xẩy ra trục trặc kỹ thuật dẫn tới việc gián đoạn quá trình quan trắc

2 Tính ổn định và tin cậy trong việc cung cấp số liệu về 2 trung tâm điều hành

được thể hiện qua bộ số liệu nhận được luôn đầy đủ tại hai trung tâm này

Điều đó cho chúng ta thấy, thiết bị và phần mềm điều khiển tại hai trung tâm hoạt động hiệu quả và ổn định

3 Tính thống nhất của bộ số liệu hiển thị cho quan trắc viên, số liệu lưu trữ tại

Datalogger, số liệu tại các trung tâm điều hành vào cùng một thời điểm được thể hiện khi phân tích các bộ số liệu này

4 Độ đảm bảo kịp thời số liệu cho hai trung tâm là trong vòng vài chục giây

được thể hiện qua bộ số liệu và thời điểm nhận được tại các trung tâm

Như đã nêu ở phần phương pháp, sau quá trình thực nghiệm, cơ sở đánh giá bao gồm:

- Các tài liệu của 3 đợt kiểm định là cơ sở quan trọng nhất để đánh giá chất lượng của thiết bị đo đạc;

- Các sổ nhật ký về hoạt động của 3 trạm thực nghiệm và 2 trung tâm điều khiển;

- Các bộ số liệu thu được tại bộ nhớ lưu trữ của 3 trạm, số liệu nhận được tại

02 hai trung tâm điều hành

Dưới đây là trích lục một số thông tin dùng cho việc phân tích, đánh giá

Bảng 5.16 Số liệu tại “Nhật ký hoạt động” trạm Văn Lý

SL trạm VH051S

SL trạm Nhiệt độ oC 21.8 22.3 22.2 22.2 29.9 29.8 26.7 27.4

Trong 3 điểm thử nghiệm, chỉ trạm Văn Lý có quan trắc nghiệp vụ về khí áp

Phần in đậm là số liệu về khí áp, cho ta thấy độ sai lệch của hai phép đo về yếu tố này là không đáng kể Nhận xét này thể hiện rất rõ khi phân tích thông tin từ các

sổ “Nhật ký hoạt động” của các trạm

Các bảng 5.17 – 5.20 thể hiện về dữ liệu của trạm Hà Đông ngày 07 tháng

11 năm 2009 tại màn hiển thị LCD, bộ nhớ Datalogger và bộ nhớ của hai trung

tâm từ xa Dòng số liệu được in đậm là thông tin về kỳ quan trắc lúc 07h, cho

chúng ta thấy tính đồng nhất của số liệu mà trạm cung cấp đến các địa chỉ khác

nhau, điều đó chứng minh cho nhận xét thứ 3

Bảng 5.17 Số liệu tại “Nhật ký hoạt động” trạm Hà Đông

SL trạm VH051S

SL trạm Nhiệt độ oC 20.7 21.1 20.3 20.0 29.1 28.8 25.8 26.3

Bảng 5.19 Số liệu của trạm Hà Đông ngày 07/11/2009 tại TT Khu vực

Time TA RH DP PA WDm WSm WDS WSS Rcur R24h Batt TimeRx 01:00 20.7 84.7 18.1 1012.1 135 0.4 112 2.5 0.0 0.0 12.2 01:00:20 02:00 20.9 85.2 18.3 1011.8 90 0.9 118 2.5 0.0 0.0 12.2 02:00:21 03:00 20.9 85.2 18.3 1011.5 90 1.6 98 2.4 0.0 0.0 12.2 03:00:20 04:00 20.6 88.1 18.6 1011.5 112 1.7 98 2.6 0.0 0.0 12.2 04:00:20 05:00 19.7 91.0 18.2 1011.8 180 0.1 98 1.9 0.0 0.0 12.2 05:00:19 06:00 19.0 93.1 17.9 1012.4 270 0.0 274.0 0.8 0.0 0.0 12.1 06:00:19

07:00 20.3 92.6 19.0 1012.9 270 0.2 257 2.0 0.0 0.0 12.3 07:00:18

08:00 21.6 87.2 19.4 1013.2 270 0.9 268 1.6 0.0 0.0 12.6 08:00:18 09:00 23.6 77.8 19.5 1014.2 270 2.0 277 3.1 0.0 0.0 12.6 09:00:19 10:00 25.7 67.6 19.3 1013.8 292 1.2 274 3.0 0.0 0.0 12.7 10:00:18 11:00 26.7 63.8 19.3 1013.0 202 2.4 284 3.1 0.0 0.0 12.7 11:00:18 12:00 28.3 57.4 19.1 1011.8 202 1.4 182 4.3 0.0 0.0 12.7 12:00:18 13:00 29.1 56.1 19.5 1010.7 135 1.8 122 4.4 0.0 0.0 12.7 13:00:18 14:00 29.4 56.3 19.9 1010.0 180 2.3 146 4.7 0.0 0.0 12.7 14:00:17 15:00 29.5 56.6 20.0 1009.6 157 2.3 140 4.4 0.0 0.0 12.7 15:00:17 16:00 29.0 58.8 20.1 1009.4 112 2.8 140 5.0 0.0 0.0 12.7 16:00:17 17:00 28.0 63.3 20.4 1009.8 112 1.6 122 4.1 0.0 0.0 12.3 17:00:19 18:00 26.7 69.9 20.8 1010.1 112 2.1 109 3.4 0.0 0.0 12.3 18:00:17 19:00 25.8 79.7 22.0 1010.7 112 2.4 125 4.6 0.0 0.0 12.3 19:00:17 20:00 25.1 82.4 21.9 1011.4 112 2.0 125 4.1 0.0 0.0 12.3 20:00:17 21:00 24.4 84.6 21.7 1011.8 112 2.2 122 4.1 0.0 0.0 12.3 21:00:16 22:00 23.9 87.4 21.7 1011.8 135 1.9 108 4.3 0.0 0.0 12.3 22:00:16 23:00 23.6 88.4 21.6 1011.3 135 1.8 111 4.4 0.0 0.0 12.2 23:00:16 24:00 23.2 91.7 21.8 1010.9 112 1.5 106 2.9 0.0 0.0 12.2 00:00:16

Bảng 5.20 Số liệu của trạm Hà Đông ngày 07/11/2009 tại TT Trung ương

Time TA RH DP PA WDm WSm WDS WSS Rcur R24h Batt TimeRx 01:00 20.7 84.7 18.1 1012.1 135 0.4 112 2.5 0.0 0.0 12.2 00:59:52 02:00 20.9 85.2 18.3 1011.8 90 0.9 118 2.5 0.0 0.0 12.2 01:59:52 03:00 20.9 85.2 18.3 1011.5 90 1.6 98 2.4 0.0 0.0 12.2 02:59:51 04:00 20.6 88.1 18.6 1011.5 112 1.7 98 2.6 0.0 0.0 12.2 03:59:52 05:00 19.7 91.0 18.2 1011.8 180 0.1 98 1.9 0.0 0.0 12.2 04:59:54

06:00 19.0 93.1 17.9 1012.4 270 0.0 274 0.8 0.0 0.0 12.1 05:59:51

07:00 20.3 92.6 19.0 1012.9 270 0.2 257 2.0 0.0 0.0 12.3 06:59:51

08:00 21.6 87.2 19.4 1013.2 270 0.9 268 1.6 0.0 0.0 12.6 07:59:50 09:00 23.6 77.8 19.5 1014.2 270 2.0 277 3.1 0.0 0.0 12.6 08:59:50 10:00 25.7 67.6 19.3 1013.8 292 1.2 274 3.0 0.0 0.0 12.7 09:59:52 11:00 26.7 63.8 19.3 1013.0 202 2.4 284 3.1 0.0 0.0 12.7 10:59:51 12:00 28.3 57.4 19.1 1011.8 202 1.4 182 4.3 0.0 0.0 12.7 11:59:50 13:00 29.1 56.1 19.5 1010.7 135 1.8 122 4.4 0.0 0.0 12.7 12:59:50 14:00 29.4 56.3 19.9 1010.0 180 2.3 146 4.7 0.0 0.0 12.7 13:59:50 15:00 29.5 56.6 20.0 1009.6 157 2.3 140 4.4 0.0 0.0 12.7 14:59:50 16:00 29.0 58.8 20.1 1009.4 112 2.8 140 5.0 0.0 0.0 12.7 15:59:51 17:00 28.0 63.3 20.4 1009.8 112 1.6 122 4.1 0.0 0.0 12.3 16:59:49 18:00 26.7 69.9 20.8 1010.1 112 2.1 109 3.4 0.0 0.0 12.3 17:59:49 19:00 25.8 79.7 22.0 1010.7 112 2.4 125 4.6 0.0 0.0 12.3 18:59:48 20:00 25.1 82.4 21.9 1011.4 112 2.0 125 4.1 0.0 0.0 12.3 19:59:47

21:00 24.4 84.6 21.7 1011.8 112 2.2 122 4.1 0.0 0.0 12.3 20:59:47 22:00 23.9 87.4 21.7 1011.8 135 1.9 108 4.3 0.0 0.0 12.3 21:59:50 23:00 23.6 88.4 21.6 1011.3 135 1.8 111 4.4 0.0 0.0 12.2 22:59:47 24:00 23.2 91.7 21.8 1010.9 112 1.5 106 2.9 0.0 0.0 12.2 23:59:47

Cụm số liệu “TimeRx” tại các bảng 5.19., 5.20 thể hiện thông tin về thời

gian nhận được số liệu chuyển tới Trung tâm Khu vực và Trung ương Tại bảng

5.19., thời điểm số liệu về Khu vực của trạm Hà Đông chỉ lệch giữa sớm và muộn

là 20 - 17 = 3 giây; trong khi đó tại bảng 5.20., độ lệch này là 54 – 47 = 7 giây

Qua bộ số liệu nhiều ngày nhận được từ hai trung tâm, cụm số liệu “Time Rx”

thể hiện độ lệch lớn nhất này chưa tới 60 giây Nếu như trong ngành chấp nhận

độ trễ khi nhận số liệu là trong vòng 5 phút, thì như vậy có thể khẳng độ tin cậy

của đường truyền cung cấp số liệu của hệ thống thử nghiệm là chấp nhận được,

minh chứng cho nhận xét thứ 4 Để cải thiện độ trễ này, chúng ta có thể ký kết

thêm thỏa thuận với nhà cung cấp mạng, trên cơ sở đó họ có điều kiện đảm bảo

thông tin nhanh và an toàn cao hơn Tại Phụ lục 5 thể hiện số liệu nhận được tại 2

trung tâm Khu vực và Trung ương từ các trạm còn lại (Ba Vì và Văn Lý) trong

ngày 07 tháng 11 năm 2009, các bảng số liệu này cũng cho ta biết về độ trễ của

thông tin (tương ứng là 9 và 4 giây) là chấp nhận được

Ngoài các ưu thế của hệ thống thiết bị như đã phân tích trên đây, việc truyền

tin của hệ thống thử nghiệm còn phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng của mạng di động

(VinaPhone, mà đề tài đã chọn) Trong thời gian khá dài thử nghiệm, chỉ có 1 lần

số liệu trạm Văn Lý vào các kỳ 10, 11, 12 giờ ngày 15/11/2009 không chuyển về

trung tâm Qua tìm hiểu, nguyên nhân của hiện tượng này là trạm thu phát di

động BTS cho vùng này dừng hoạt động để nâng cấp trong thời gian đó Để bổ

sung số liệu còn thiếu khi xẩy ra các tình trạng tương tự, tại trung tâm điều hành

có thể sử dụng lệnh lấy số liệu các kỳ quan trắc đã lưu tại trạm khi mạng di động

được khôi phục trở lại

Trên đây là những nhận xét cơ bản nhất từ các số liệu, thông tin thu nhận

được trong quá trình thử nghiệm, các thông tin này được đề tài lưu cất và bất kỳ

mọi thắc mắc về tính xác thực của các nhận xét trên sẽ được kiểm chứng

66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau khi thiết kế xây dựng hoàn chỉnh, toàn bộ thiết bị thực nghiệm của đề tài, gồm có: 4 trạm KTTĐ (gồm Datalogger VH-051S và các sen-xơ Young 05106MA, SL3-1, VH-11TH, VH-15B), 3 bộ máy tính, 2 trung tâm điều hành đã được vận hành trong điều kiện phòng thí nghiệm vào đầu tháng 4 năm 2009 Trong quá trình nhiều ngày liên tục hoạt động, một số khiếm khuyết được phát hiện và đã được khắc phục hoàn thiện Ngoài ra trong thời gian này, được sự giúp

đỡ góp ý của các chuyên gia khí tượng và các quan trắc viên có kinh nghiệm, thiết bị đã được bổ sung một số tính năng cho phù hợp hơn với điều kiện sử dụng tại nước ta Đến nửa cuối tháng 04 năm 2009, 4 trạm VH-051S đã được hoàn thiện đạt yêu cầu của đề tài và được chuyển đi kiểm định cấp ngành tại Trung tâm Mạng lưới KTTV&MT Kết quả lần kiểm định này cho thấy, trạm KTTĐ của

đề tài hoàn toàn đáp ứng nhu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn ngành KTTV 94-TCN

6-2001 Trong tháng 8 năm 2009, đề tài đã sử dụng trạm dự phòng thứ tư, đã được kiểm định đạt yêu cầu cấp ngành, làm mẫu đi kiểm định cấp Nhà nước tại Trung tâm Đo lường Việt Nam, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường

Quá trình thực nghiệm được tiến hành trong mùa mưa bão của năm 2009, bắt đầu từ tháng 6, khi thời tiết không thuận lợi đối với các thiết bị điện tử hiện đại và có xác suất hỏng hóc nhiều nhất Việc thực nghiệm được tiến hành nghiêm túc và có cơ sở khoa học, qua các bước: xây dựng thiết bị, kiểm định, lắp đặt thử nghiệm, kiểm định tại hiện trường, kiểm định lại sau quá trình thử nghiệm, đánh giá và đưa ra kết luận

Kết quả của 3 đợt kiểm định về việc giám sát chất lượng của hệ thống thiết

bị trước, trong và sau quá trình thực nghiệm dài ngày tại các vùng khí hậu khác nhau cho chúng ta thấy, hệ thống trạm KTTĐ hoàn toàn đáp ứng mục tiêu của đề tài và đạt được tiêu chuẩn ngành KTTV 94-TCN 6-2001

Trên cơ sở kết quả thực hiện các nhiệm vụ của đề tài, nhóm tác giả xin đưa

ra một số kết luận chính về hệ thống trạm KTTĐ thử nghiệm như sau:

1 Đạt các chỉ tiêu kỹ thuật của đề tài và tiêu chuẩn ngành KTTV 94-TCN

6-2001, trong đó có nhiều thông số đạt chuẩn của WMO;

2 Phù hợp và thuận lợi cho quá trình quan trắc nghiệp vụ;

3 Hoạt động liên tục và ổn định trong quá trình thử nghiệm;

4 Đảm bảo độ ổn định và tin cậy cao trong việc cung cấp số liệu về các trung

tâm điều hành từ xa;

5 Đảm bảo tính thống nhất của số liệu hiển thị tại trạm, số liệu lưu trữ tại

Datalogger, số liệu tại các trung tâm điều hành vào cùng một thời điểm;

6 Đảm bảo kịp thời số liệu thời gian thực cho các trung tâm

Hệ thống trạm KTTĐ VH-051S của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và

Môi trường do các cán bộ của Viện thiết kế - xây dựng, được sử dụng bằng các

linh kiện chất lượng cao của các nhà cung cấp nổi tiếng, có kết cấu nhỏ gọn, tiêu

hao ít năng lượng, hình thức hợp lý và sẵn sàng hoạt động trong môi trường khắc

nghiệt Mặc dù có khá nhiều ưu điểm nhưng giá thành sản phẩm thấp hơn nhiều

so với chi phí nhập khẩu thiết bị có cùng tính năng Ngoài ra, nhờ làm chủ công

nghệ, thiết bị sẽ được bảo hành nhanh chóng, lâu dài với chi phí thấp, hơn nữa

khi cần thiết thiết bị sẽ được cải tiến, hoàn thiện, mở rộng tính năng tùy theo nhu

cầu sử dụng

KIẾN NGHỊ

Cho phép được tiếp tục quá trình thử nghiệm, vì nhiều nguyên nhân khách

quan nên thời gian thực nghiệm còn ngắn hơn so với đề cương phê duyệt;

Để sản phẩm của đề tài sớm được ứng dụng, xin kiến nghị Hội đồng khoa

học, Lãnh đạo Viện và các Cơ quan quản lý của Bộ Tài nguyên và Môi trường

cho phép được hoàn thiện các sản phẩm của đề tài ở mức cao hơn, đồng thời

hướng dẫn, hỗ trợ các thủ tục cần thiết Các tác giả đề tài hy vọng, nếu được sự

quan tâm của các cấp lãnh đạo, sẽ hoàn thiện những công việc cần thiết, đảm bảo

hệ thống trạm KTTĐ hoạt động ổn định lâu dài và phục vụ hiệu quả nghiệp vụ

của ngành KTTV

68

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Quy phạm Quan trắc khí tượng bề mặt 94TCN 6-90 Hà Nội: Tổng cục KTTV, 1990 – 221 tr

2 Quy phạm Quan trắc khí tượng bề mặt 94TCN 6-2001, Hà Nội: Tổng cục KTTV, 2001 – 201 tr

3 Nguyễn Quốc Phô Cảm biến Hà Nội: KH và KT, 2005 – 327 tr

4

D.A Smidchev Tóm tắt các bài giảng về máy khí tượng để đào tại các nhân viên khí tượng hạng III và hạng IV (Biên dịch Nguyễn Quang Việt, Nguyễn

Lê Tâm) Hà Nội: Tổng cục KTTV, 1998 – 570 tr

5 Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051 Hà Nội: KH và KT, 2004 – 285 tr

6 Tống Văn On, Hoàng Đức Hải Họ vi điều khiển 8051 Tp Hồ Chí Minh:

10 Hardware of Vaisala Milos 500 Helsinki: Vaisala, 1992 – 322 p

11 Notice Technique Degreane Maria 5P-5PE-5B19 Toulon: Degreane, 1995

PHỤ LỤC

-1-Phụ lục 1 Thông tin về thiết kế bộ xử lý hiển thị Datalogger

1 Hình dáng và bố trí linh kiện của Datalogger

Modem

Tấm mạch chính mainboard

Biếp áp

ON/

AC220

SIM OBS

RS232

SYS-LOC

Modem ON/OF

SIM

MD ON SYS-LOC

OBS

VH-051S No: 002

Phụ lục 1

-4-4 Sơ đồ nguyên lý của Datalogger

-5-5 Mạch in và bố trí linh kiện

Phụ lục 2 1

Phụ lục 2 Trích lục từ các chương trình dùng cho thiết bị

1 Phần chương trình viết bằng ngôn ngữ Assembly

; -Dung cho hien thi tren LCD -

romx ;lay from ROM

jnz LCD_PrCString_WR ;in character

pop X ;res the stack

pop A

RAM_EPILOGUE RAM_USE_CLASS_1

ret ;Return

LCD_PrCString_WR:

call LCD_WriteData ;Write data to LCD

pop X ;Get ROM pointer

push A ; Save lower nibble

asr A ; Shift high nibble

asr A

asr A

asr A

and A,0Fh ; Mask off nibble

index LCD_HEX_STR ; Get Hex value

call LCD_WriteData ; Write data to screen

pop A ; Restore value

and A,0Fh ; Mask off lower nibble

index LCD_HEX_STR ; Get Hex value

call LCD_WriteData ; Write data to screen

call LCD_PrHexByte ; Print MSB

mov A,X ; Move LSB into position

call LCD_PrHexByte ; Print LSB

Loop_PrString:

mov A,[X] ; Get value pointed to by X

jz End_LCD_PrString ; Check for end of string ;LCD_writeData is known not to modify X so no need to perserve call LCD_WriteData ; Write data to screen inc X ; Advance pointer to next character

push X pop X jmp Loop_PrString ; Go get next character End_LCD_PrString:

RAM_EPILOGUE RAM_USE_CLASS_3 ret

index LCD_ROW_OFFSET ; Get ROW memory offset from table mov X,SP ; Get Stack pointer

add A,[X+(-1)] ; Add the COL to the display pointer pop X

LCD_POS_IT:

call LCD_Control ; Write control byte RAM_EPILOGUE RAM_USE_CLASS_2

ret ENDSECTION

; -

LCD_Delay50u:

_LCD_Delay50u:

RAM_PROLOGUE RAM_USE_CLASS_1 push A

M8C_SetBank1 mov A, reg[OSC_CR0]

M8C_SetBank0 and A,07h cmp A,05h

jnc Delay50u_End index Delay50u_Table Delay50u_Loop:

dec A jnz Delay50u_Loop Delay50u_End:

pop A RAM_EPILOGUE RAM_USE_CLASS_1 ret

.ENDSECTION

; -