Nghiên cứu xây dựng tích hợp giải pháp truyền số liệu bằng thiết bị vô tuyến sóng ngắn cho các trạm thời tiết tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN XUÂN TUẤN NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG VÀ TÍCH HỢP GIẢI PHÁP TRUYỀN SỐ LIỆU BẰNG THIẾT BỊ VÔ TUYẾN SÓNG NGẮN CHO CÁC TRẠM THỜI TIẾT TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT Chuyên ngành: Kĩ thuật truyền thông NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG Hà Nội – Năm 2015 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 10 MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM QUAN TRẮC 16 THỜI TIẾT TỰ ĐỘNG 16 1.1 Các trạm khí tƣợng thủy văn tự động nƣớc 17 1.1.1 Thiết bị có xuất 4xứ từ nƣớc ngồi 17 1.1.2 Thiết bị có xuất xứ nƣớc 19 1.2 Về trạm khí tƣợng tự động ngồi nƣớc 20 1.3 Về công nghệ phƣơng thức truyền tin 21 1.4 Một số nhận xét 32 1.4.1 Nhận xét thiết bị nhập ngoại 33 1.4.2 Nhận xét thiết bị có xuất xứ nƣớc 34 1.5 Cơ sở thực nhiệm vụ luận văn 34 1.6 Mục tiêu yêu cầu kết luận văn 35 1.6.1 Mục tiêu 35 1.6.2 Các yêu cầu kết luận văn 36 CHƢƠNG LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP TRUYỀN DẪN SỐ LIỆU 37 2.1 Lựa chọn thiết bị trạm quan trắc thời tiết tự động 37 2.1.1 Lựa chọn thiết bị điều khiển đo đạc tổng hợp số liệu (Datalogger) 37 2.1.2.Lựa chọn yếu tố đo 53 Page 2.2 Lựa chọn cảm biến đo yếu tố mƣa 57 2.3 Lựa chọn cảm yếu tố nhiệt độ độ ẩm khơng khí 59 2.4 Lựa chọn cảm biến đo áp suất khí 60 2.5 Lựa chọn cảm biến đo mực nƣớc 62 2.6 Lựa chọn hệ thống cung cấp nguồn 63 2.7 Lựa chọn thiết bị truyền tin vô tuyến sóng ngắn dải tần UHF 64 2.8 Phần mềm trung tâm thu thập số liệu 67 2.9 Kết luận chƣơng 69 CHƢƠNG TÍCH HỢP HỆ THỐNG 70 3.1 Sơ đồ hệ thống tích hợp 70 3.1.1 Mô tả cấu trúc sơ đồ hệ thống 71 3.1.2 Nguyên lý làm việc hệ thống 71 3.2 Tích hợp thiết bị cấu hình hệ thống 72 3.2.1 Tích hợp cảm biến vàị Datalogger 9210 72 3.2.2 Tích hợp cấu hình Modem UHF Satelline 3AS Epic với 9210 77 3.3 Cấu hình phần mềm trạm trung tâm 83 3.3.1 Khởi tạo hệ thống 83 3.1.2 Thiết lập trạm 84 3.1.3 Thiết lập trạm 84 3.1.4 Thiết lập cảm biến 86 3.1.5 Xác định cổng giao tiếp 89 3.1.7 Cấu hình lƣu trữ số liệu 91 3.4 Vận hành thủ nghiệm kết 92 3.4.1 Thử nghiệm độ trễ đường truyền 92 3.4.2 Kết thử nghiệm: 92 Page 3.4.3 Thử nghiệm giám sát trạm khí tượng sử dụng thiết bị Satel 3AS Epic 93 CHƢƠNG KẾT LUẬN 96 4.1 Những kết đạt đƣợc: 96 4.2 Hƣớng phát triển: 96 Tài liệu tham khảo 98 PHỤ LỤC 99 Page DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT NỘI DUNG VIẾT NGHĨA ĐẦY ĐỦ TẮT 3G Third-generation technology ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Analog Tín hiệu tương tự Battery Ắc qui CF CompactFlash CPU Central Processing Unit Database Field Trường sỏ liệu Datalogger Thiết bị tự động đo đạc tổng hợp liệu DHCP Dynamic Host Configuration Protocol 10 Digital Tín hiệu số 11 DNS Domain Name System 12 Doppler Hiệu ứng Doppler 13 FTP File Transfer Protocol 14 GPRS General Packet Radio Service 15 GSM Global System for Mobile Communications 16 HTTP Hypertext Transfer Protocol 17 IP Internet Protocol 18 KH KTTV&MT Khoa học Công nghệ Môi trường 19 KHCN Khoa học Công nghệ 20 KTTV Khí tượng Thủy văn 21 LCD Liquid-crystal display 22 Master Trạm trung tâm 23 Modem Modulator and demodulator 24 ODA Official Development Assistance Page 25 PC Personal Computer 26 Protocol Giao thức kết nối 27 PSTN Public switched telephone network 28 Radio Sóng Radio 29 RAM Random Access Memory 30 RS-232 Giao tiếp chuẩn RS-232 31 RTC Real-time clock 32 RTU Remote terminal unit 33 Satellite Vệ tinh 34 SCADA Supervisory control and data acquisition 35 SD Secure Digital 36 SDI Serial Digital Interface 37 Sensor Bộ cảm biến 38 SMS Short Message Services 39 TCP Transmission Control Protocol 40 UDP User Datagram Protocol 41 UHF Ultra high frequency 42 Untrasonic Siêu âm 43 VAC Volts Alternating Current 44 VDC Volts direct current 45 VHF Very high frequency 46 WB World Bank Page LỜI CAM ĐOAN Trước hết, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô Viện Điện tử viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo môi trường thuận lợi sở vật chất chuyên môn trình tơi thực luận văn Tơi xin cảm ơn thầy cô Viện Đào tạo sau đại học quan tâm đến khóa học này, tạo điều kiện cho học viên có điều kiện thuận lợi để học tập nghiên cứu Đặc biệt cho xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Quốc Trung tận tình bảo, định hướng khoa học hướng dẫn, sửa chữa cho nội dung luận văn Tôi xin cam đoan nội dung luận văn hoàn toàn tơi tìm hiểu, nghiên cứu viết Tất tơi thực cẩn thận có định hướng sửa chữa giáo viên hướng dẫn Tôi xin chịu trách nhiệm với nội dung luận văn Tác giả Nguyễn Xuân Tuấn Page DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình hệ thống 14 Hình1.2 Sơ đồ khối trạm KTTV tự động điển hình 16 Hình1.3 Mơ tả giải pháp truyền số liệu Modem thoại Dial Up 23 Hình 1.4 Phân bố trạm tự động quan trắc lưu vực Nậm La-Nậm Pàn 24 Hình 1.5 Sơ đồ kết nối truyền số liệu hệ thống 25 Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc trạm đo thủy văn tự động hệ thống 25 Hình 1.7 Mơ hình trao đổi số liệu hệ thống trạm quan trắc tự động 26 đo mưa, đo gió qua mạng GSM 26 Hình 1.8 Mơ hình hệ thống truyền số liệu KTTV thời gian thực 28 Hình 1.9 Sơ đồ thu thập liệu hệ thống thuộc dự án ODA Ý 29 Hình 1.10 Sơ đồ kết nối trao đổi số liệu hệ thống ODA-Ý 30 Hình 1.11 Sơ đồ hệ thống WB4 31 Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống đo mưa, đo mặn 32 Hình 2.1 Datalogger QML201 hãng Vaisala Phần Lan 38 Hình 2.2 Các khe cắm bên Datalogger QML201 40 Hình 2.3 Các kênh kết nối Datalogger QML201 42 Hình 2.4 Sơ đồ chân dây cáp kết nối với COM0 Datalogger 43 Hình 2.5 Datalogger SPM 20 Hãng CAE 45 Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc mơ-đun datalogger SPM 20 46 Hình 2.7 Datalogger 9210 Hãng Sutron-Mỹ 48 Hình 2.8 Sơ đồ khối thiết bị Datalogger 9210 50 Hình 2.9.Máy gió Vild 53 Hình 2.11.Cảm biến gió Young (Hoa Kỳ) 54 Hình 2.10.Máy gió EL 54 Hình 2.12 Sơ đồ cấu tạo cảm biến gió Young 05106MA 56 Hình 2.13 Thiết bị đo mưa xi phơng SJ1 vũ lượng ký SL1 Trung Quốc 57 Hình 2.14 Các cảm biến đo mưa điển hình dùng cho trạm đo KTTV tự động 58 Hình 2.15 Cảm biến SL3-1 thông số đặc trưng 58 Hình 2.16 Các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm tiêu biểu 59 Hình 2.17 Cảm biến nhiệt ẩm HMP45C thông số đặc trưng 60 Page Hình 2.18 Các cảm biếnkhí áp tiêu biểu 61 Hình 2.19 Cảm biếnkhí áp PTB-110B thông số kỹ thuật 61 Hình 2.20 Cảm biến đo mực nước áp lực 62 Hình 2.21 Cảm biến đo mực nước siêu âm Radar 63 Hình 2.22 Satelline-3AS-Epic 66 Hình 3.1.Sơ đồ khối hệ thống 70 Hình 3.2 Giao diện phần mềm cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm PTB45AC 74 Hình 3.3 Giao diện phần mềm cảm biến đo mực nước DCU-7070 75 Hình 3.4 Giao diện phần mềm cảm biến đo khí áp 76 Hình 3.5 Giá trị cảm biến sau cấu hình hiển thị chương trình 77 Hình 3.6 Giao diện phần mềm cấu hình Modem Satel 3AS Epic 78 Hình 3.7 Đặt tên mạng 78 Hình 3.8 Hộp thơng báo phát Modem 78 Hình 3.10 bảng thơng báo sau kết nối thành cơng 79 Hình 3.11 Giao diện sau cấu hình cổng giao tiếp thành cơng 80 Hình 3.12 Lựa chọn Protocol cho Modem 80 Hình 3.13 Giao diện cấu hình cho trạm trung tâm 81 Hình 14 Giao diện thiết lập địa cho Modem 82 Hình 3.15 Hộp thơng báo hồn thành việc thiết lập địa cho Modem 82 Hình 3.16 : Cửa sổ thiết lập hệ thống 83 Hình 3.17 Giao diện thiết lập trạm kiểu thủ công 84 Hình 3.18 Giao diện thiết lập trạm theo kiểu tự động 86 Hình 3.19 Cấu hình cho cảm biến kiểu thủ công 87 Hình 3.20 Cấu hình cho cảm biến kiểu tự động 88 Hình 3.22 Giao diện thiết lập cấu hình cho cổng COM 89 Hình 3.23 Giao diện khởi tạo nhóm, thời gian thu thập liệu 90 Hình 3.24 Giao diện khởi tạo nhóm, thời gian thu thập liệu 91 Hình 3.25 Kết số liệu nhận dới dạng biểu đồ theo thời gian thực 95 Hình 3.26 Kết số liệu nhận lưu trữ sở liệu dạng biểu đồ 95 Page DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Datalogger QML201 38 Bảng 2.2 Mô tả kênh đo Analog Datalogger QML201 41 Bảng 2.3 Mô tả kênh điện áp 42 Bảng 2.4 Các cổng giao tiếp COM Datalogger QML201 43 Bảng 2.5 Một số lệnh thiết lập Datalogger QML201 44 Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật Datalogger SPM 20 46 Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật Datalogger 9210 48 Bảng 2.8 Các kênh Analog đầu vào 51 Bảng 2.9 Các kênh tín hiệu số đầu vào 51 Bảng 2.10 thông số kỹ thuật UHF Modem Satelline 3AS Epic 67 Bảng 2.11 Danh sách thiết bị sử dungh tích hợp hệ thống 69 Bảng 3.1 Sơ đồ kết nối chân cảm biến với Datalogger 9210 73 Page 10 Input2 = "2,2#36" UseScheduledTime = "1#41" Index = "3#9" UsePrecision = "1#41" /> Page 113 Page 114 Page 115 ... quét, lũ ống, vấn đề cấp bách việc ? ?Nghiên cứu xây dựng tích hợp giải pháp truyền số liệu thiết bị vơ tuyến sóng ngắn cho trạm thời tiết tự động? ??là cần thiết hoàn toàn khả thi điều kiện khoa... việc nghiên cứu tìm hiểu lựa chọn thành phần thiết bị chính, có để xây dựng tích hợp giải pháp truyền số liệu cho trạm quan trắc số liệu KTTV tự động, gồm: Các điều khiển đo đạc tổng hợp số liệu. .. 1.6.2 Các yêu cầu kết luận văn Nghiên cứu tích hợp hệ thống trạm quan trắc KTTV tự động với giải pháp truyền số liệu thiết bị vô tuyến UHF kết hợp truyền ID qua sóng Radio, có sử dụng số cảm