基于数据采集控制器CR3000的船载气象站软件设计与实现

时间：2022-09-14 23:38:03

关键字： CR3000 LoggerNet软件数据采集控制器

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[导读]摘要:首先介绍了CR3000的软件开发调试环境,其次分析了船载气象站软件的内容和各个模块的功能,特别是如何利用修正算法消除船体本身的船速和船向,得到真实的风速和风向,最后从使用的角度阐述了软件的使用流程。该软件应用到实际的航次中,取得了较好的效果。

引言

为了更好地认识海洋、了解海洋,越来越多的船只安装了气象站,其中可以采集的传感器有风速风向传感器、气温传感器、气压传感器、相对湿度传感器、长波辐射传感器、短波辐射传感器、皮温传感器、罗盘等。基于此,设计了基于数据采集控制器CR3000的船载气象站软件,利用CR3000的模拟端采集气象参数,利用数字端口采集GPS的位置信息,同时把采集到的数据存储到CR3000的外部存储CF卡上。考虑到船在走航过程中位置是不断变化的,使用GPS模块和罗盘消除船体本身的船速和船向,得到真实的风速和风向。

1软件开发调试环境

本软件的源代码在图1所示LoggerNet软件中的CRBaSic集成开发环境(图2)中编写和调试。

2软件的内容和各部分的功能

船载气象站软件分为1个主程序模块和9个子程序模块,各模块结构关系如图3所示。

2.1初始化

船载气象站上的气象传感器有两种输出,第一种是电压输出,第二种是电阻输出。例如,湿度传感器输出0~1V电压,气压传感器输出0~2.5V电压,风速风向传感器输出0~5V电压,降雨量传感器输出0~5V电压,短波辐射输出二0.1~10mV电压,长波辐射输出二1~1mV电压:气温传感器是Pt100铂电阻,长波辐射有两个热敏电阻。因此,对于电压模拟量,需用转换公式把它变换为物理量:对于铂电阻,CR3000可以通过外部的搭桥工作,经测量后直接转换为温度值。所以,在初始化阶段首先要初始化公式参数和半桥、全桥的测量参数。

2.2测量阶段

根据CRBaSic中的函数以及转换公式,开始顺序测量气温、气压、相对湿度、长波辐射、短波辐射、风速风向、罗盘、皮温,获取GPS数据,然后根据算法修正风速风向的值。

每秒测量一次的数据自动保存,并且每次均判断是否是整点时刻,如果是的话,则自动计算小时平均数据并保存。

其中GPS的数据格式如下:

SGPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

软件判断<2>是否为"A",如果是的话,则按照逗号分隔原则,提取<1>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,同时把地面速率的单位由节变为km/h。

2.3修正算法

算法思路是将测得参数经过正交分解到东风和北风,再经过合成计算出实际的风速和风向。

软件中测得的原始数据使用的是地磁坐标系和地理坐标系,计算过程中和最终结果均为地理坐标系输出。

详细计算方法如下:

GPS输出:对地航向1(地理坐标系)、对地航向2(地磁坐标系)、对地航速、磁偏角:

风速风向传感器:对船风速、对船风向:

电子罗盘输出:对船风向(地磁坐标系)。

实际风速(东)=对船风速×Sin(对船风向一磁偏角)-对地航速xSin(对地航向2)

实际风速(北)=对船风速xcoS(对船风向-磁偏角)-对地航速×coS(对地航向2)

磁偏角补偿方法:对目标方位做磁补偿是向西减磁偏角或向东加磁偏角。

实际风速=Sqr(实际风速(东)2＋实际风速(北)2)实际风向=arctan(实际风速(东)/实际风速(北))

3软件使用流程

第一步,首先给CR3000供电,通过串口建立PC和CR3000的连接,打开LoggerNet软件。

第二步,单击Setup按钮进入Setup界面,它是用来设置计算机与数据采集器通信的页面。单击A44Root按钮在逐次弹出的菜单中分别选择ComPort一PakBuSPort一CR3000一C1oSe,这样就完成了CR3000数据采集器与计算机使用串口线通信的设备添加工作。

第三步,点击左边列表中的ComPort,在右侧出现Har4ware标签页,在此页中需对ComPortConnection项进行设置,在下拉菜单中选择现在所使用的串口,其他项保留默认设置。

第四步,在完成设置以后关闭Setup,回到LoggerNet主界面,单击Connect按钮进行连接,出现图4。

第五步,在第一次使用数据采集器或要对数据采集器中的程序进行更新时,需要向数据采集器中导入测量程序,单击Sen4按钮在打开的文件选择对话框中选择要发送的程序,进行发送。如果数据采集器中还有有用的数据没有收集,需点击取消弹出的提示,先将数据收回到计算机,如果数据已经确认保存,则点击确定来发送程序到数据采集器。

发送过程如图5所示,发送完毕显示如图6所示。