Đề tài Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các module phục vụ đo lường giám sát trong trạm khí tượng tự động

o m/s, km/h, dặm/h, hải lý/ h mà hệ số tỷ lệ M sẽ theo bảng sau: Đơn vị tốc độ m/s: M= 0.0980  V = 0.0980 X + B Đơn vị tốc độ km/h: M= 0.3528  V = 0.3528 X + B Đơn vị tốc độ dặm/h: M= 0.2192  V = 0.2192 X + B Đơn vị tốc độ hải lý/h: M= 0.1904  V = 0.1904 X + B c) Nguyên lý đo hướng gió: Hướng gió được xác định bằng cách gắn 1 chiết áp 10kΩ lên trục nằm bên trong sensor đo gió. Khi hướng gió thay đổi lực gió sẽ tác động lên cánh dẫn hướng của sensor đo gió làm thân của sensor đo gió lệch đi 1 góc, thân sensor đo gió xoay sẽ tác động đến chiết áp làm cho chiết áp xoay theo và độ lớn của biến trở thay đổi. Nếu ta đặt một điện áp chuẩn vào chiết áp, khi chiết áp bị xoay, điện áp lấy ra trên chiết áp sẽ tỷ lệ với hướng gió. Công thức tính hướng gió cụ thể như sau: G = Uref U 360* (độ); Trong đó: : G là góc lệch : U là điện áp đo được tại đầu ra của chiết áp : Uref là điện áp chuẩn đặt vào chiết áp d)Dải đo và tín hiệu đầu ra tốc độ của sensor đo gió: - Dải đo tốc độ gió của bộ đo gió : 0- 60 m/s - Dải đo hướng gió của bộ đo gió : 0-3600 51 - Ngưỡng cảm ứng là : 1,1 m/s - Độ chính xác đo tốc độ gió : ± 0,3 m/s - Độ chính xác đo hướng gió : ± 30 Tốc độ gió: - Biên độ điện áp AC cảm ứng tại đầu ra sensor là như sau: 1,1m/s – 100m/s  0,18 – 16,3 VAC. - Tần số điện áp AC cảm ứng tại đầu ra sensor là như sau: 1,1m/s – 100m/s  11,22 – 1020 Hz Hướng gió: - Chiết áp 10kΩ - Đối với bộ đo gió MODEL 05106 thì điện áp đặt lên chiết áp là: Uref max = 15VDC 8.4.2 Sensor đo gió chong chóng - kiểu chén gió hãng SUTRON. a) Cấu tạo sensor: Giống như Sensor đo gió chong chóng kiểu cánh quạt, cấu tạo sensor đo gió chong chóng kiểu chén gió cũng gồm 2 phần, một phần để xác định tốc độ gió và một phần để xác định hướng gió. Sự khác biệt giữa hai sensor là phần cánh quạt được thay bằng hệ thống gồm 03 chén hứng gió. Hình 27 - Sensor đo gió Model 5600-0241 hãng SUTRON b) Nguyên lý đo tốc độ gió: Trên thân của bộ phận đo tốc độ gió có gắn 03 chén nhựa hình nón. Dưới tác dụng của lực gió hệ thống 03 chén gió sẽ quay. Trên trục của hệ thống chén hứng gió có gắn một nam châm vĩnh cửu có hai cực, khi hệ thống chén gió quay sẽ tạo ra điện áp xoay chiều hình sine, mỗi vòng quay tạo ra một chu kỳ điện áp sine. 52 Như vậy điện áp sine phát ra sẽ có tần số tỷ lệ với tốc độ gió. Tín hiệu đầu ra của sensor là dạng xung với điện áp là 5 Volt DC. Tỷ lệ xung ra và tốc độ gió là: 90Hz = 8,8 m/s c) Nguyên lý đo hướng gió: Hướng gió được xác định bởi một cánh chong chóng cân bằng, trên trục quay của cánh cân bằng có gắn một biến trở (chiết áp) 10kΩ. Dưới tác dụng của hướng gió thổi cánh chong chóng cân bằng xoay làm cho giá trị chiết áp thay đổi. Nếu ta đặt một điện áp chuẩn vào chiết áp, khi chiết áp bị xoay, điện áp lấy ra trên chiết áp sẽ tỷ lệ với hướng gió. d) Dải đo và tín hiệu đầu ra của sensor - Dải đo tốc độ gió của bộ đo gió : 0-50 m/s - Dải đo hướng gió của bộ đo gió : 0-3600 - Ngưỡng cảm ứng là : 1,1 m/s - Độ chính xác đo tốc độ gió : ± 0,5 m/s - Độ chính xác đo hướng gió : ± 50 Tốc độ gió: - Nguồn cung cấp từ (8 – 20 VDC) - Tín hiệu đầu ra tốc độ gió: xung điện áp 5V 90Hz = 8,8 m/s Hướng gió: - Chiết áp 10kΩ - Điện áp max đặt lên chiết áp là: Uref max = 15VDC 8.4.3 Sensor đo gió chong chóng - kiểu chén gió hãng VAISALA. Bộ sensor đo gió WA15 Wind set (do hãng Vaisala chế tạo) là một bộ sensor đo gió mà bộ phận đo tốc độ gió và bộ phận đo hướng gió được chế tạo riêng biệt thành 02 phần bao gồm: Sensor đo tốc độ gió WAA151 Sensor đo hướng gió WAV151 53 Hình 28 - Bộ sensor đo gió Model WA15 Wind Set hãng VAISALA 8.4.3.1 Sensor đo tốc độ gió - kiểu chén gió WAA151 a) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của sensor: Hình 29 - Sensor đo tốc độ gió Model WAA151 hãng VAISALA 1. Hệ thống chén hứng gió 2. Trục sensor 3. Thân sensor Thực chất sensor đo tốc độ gió Model WAA151 là một thiết bị quang điện tử đáp ứng nhanh. Trên thân của bộ phận đo tốc độ gió có gắn 03 chén nhựa hình nón. Dưới tác dụng của lực gió hệ thống 03 chén gió sẽ quay. Ở phần dưới trục quay sensor người ta gắn một đĩa chắn tia hồng ngoại, mỗi vòng quay trùm sáng 54 hồng ngoại sẽ bị cắt 14 lần, đĩa quay ngắt tia hồng ngoại sẽ tạo ra một chuỗi xung tại đầu ra của một phototransitor. Đầu ra xung sẽ tỷ lệ với tốc độ gió. b) Dải đo và tín hiệu đầu ra của sensor - Dải đo tốc độ gió của bộ đo gió : 0,4-75 m/s - Ngưỡng cảm ứng là : <0,5 m/s - Độ chính xác đo tốc độ gió : ± 0,5 m/s - Tín hiệu đầu ra tốc độ gió: xung điện áp Uf = 0,1007 x R + 0,3278 Uf = Tốc độ gió R = Số xung đầu ra 0,3278 là hằng số offset - Nguồn cung cấp cho sensor từ 9,5 – 15,5 VDC, 20 mA 8.4.3.2 Sensor đo hướng gió - kiểu chong chóng cân bằng WAV151 a) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của sensor: Hình 30 - Sensor đo hướng gió Model WAV151 hãng VAISALA 1. Bộ phận cánh chong chóng thăng bằng 2. Trục sensor 3. Thân sensor Sensor đo hướng gió WAV151 là một bộ đếm cân bằng. Dưới tác dụng của lực cản gió cánh cân bằng sẽ xoay đi một góc và dừng lại khi mặt phẳng của cánh cân bằng trùng với hướng gió. Trên trục quay của cánh cân bằng ta gắn một chiếc đĩa gọi là đĩa mã hóa GRAY 6 bit. Trên thân sensor người ta gắn các đèn LED hồng 55 ngoại và các Phototransistor sao cho khi đĩa xoay một góc thì các LED hồng ngoại sẽ đóng mở các phototransitor tạo thành tín hiệu mã GRAY 6 bit. Đối với sensor này nhà sản xuất sử dụng mã GRAY 6 bit nên các vị trí hướng gió có thể phân biệt được theo bộ mã là 26 = 64 vị trí. Giá trị của mã sẽ thay đổi mỗi khi cánh cân bằng xoay đi một góc là 5,60 ( =360/64). Hướng gió được xác định tương ứng với bảng mã GRAY 6 bit như bảng liệt kê dưới đây. Bảng liệt kê hướng gió theo mã GRAY 6 bit Theo bảng trên thì mỗi hướng Đông, Tây, Nam, Bắc (E, W, S, N) có 16 vị trí hướng gió có thể phân biệt được. b) Dải đo và tín hiệu đầu ra của sensor - Dải đo hướng gió : 0-3600 - Ngưỡng cảm ứng là : <0,4m/s - Độ phân giải hướng gió : 5,60 - Độ chính xác đo hướng gió : ± 30 - Nguồn cung cấp cho sensor từ 9,5 – 15,5 VDC, 20 mA - Tín hiệu đầu ra dạng mã GRAY 6 bit 8.4.4 Sensor đo gió loại siêu âm a) Cấu tạo sensor: 56 Hình 31 - Sensor đo gió bằng siêu âm 5600-0210 hãng SUTRON Cấu tạo của sensor đo gió dùng siêu âm gồm có 4 đầu thu phát tín hiệu sóng siêu âm, các đầu thu phát được đặt thành 2 cặp theo 2 trục tọa độ là Đông – Tây và Nam - Bắc. Dựa vào thời gian thu phát tín hiệụ siêu âm giữa các cặp Transceiver trên người ta sẽ có được tốc độ gió và hướng gió. b) Đo tốc độ gió và hướng gió: Tốc độ gió được tính toán theo thời gian truyền tín hiệu siêu âm từ điểm A đến điểm B theo chiều gió và ngược chiều gió. Khi tín hiệu siêu âm truyền xuôi theo chiều gió thì thời gian truyền sẽ ngắn hơn vì vận tốc truyền sẽ bằng vận tốc siêu âm cộng với vận tốc gió, ngược lại khi ta truyền tín hiệu siêu âm ngược chiều gió thì thời gian truyền sẽ tăng lên vì trong trường hợp này vận tốc truyền sẽ bằng vận tốc siêu âm trừ đi vận tốc gió, các công thức tính toán được biểu diễn như sau: Thời gian truyền xuôi gió: Tf = VwindVs d + (1) Thời gian truyền ngược gió: Tb = VwindVs d − (2) Trong đó: d là khoảng cách truyền đơn vị là (m) Tf là thời gian truyền xuôi gió 57 Vs là vận tốc siêu âm (m/s) Vwind là vận tốc gió (m/s) Tb là thời gian truyền ngược gió Từ (1) và (2) ta rút ra công thức tính vận tốc gió là: Vwind =       Τ − Τ bf d 11 2 (công thức này áp dụng cho trường hợp hai điểm thu và phát siêu âm nằm dọc theo chiều gió.) Để đo được tốc độ và hướng gió bất kỳ các đầu thu phát của sensor đo gió được định vị như hình dưới đây: Hình 32 - Trục tọa độ tính tốc độ và hướng gió. Bốn đầu thu phát siêu âm của sensor đo gió được đặt theo hai trục Đông- Tây (trục X) và Nam - Bắc (trục Y). Vận tốc gió theo hướng bất kỳ được phân tích theo hai thành phần véctơ X và Y. Công thức tính toán theo hai thành phần là như sau: Công thức tính tốc độ gió: Vx = (d/2) * (1/Twe – 1/Tew) Vy = (d/2) * (1/Tsn – 1/Tns) 58 Vwind = (Vx2 + Vy2) Công thức tính hướng gió: Hướng gió được xác định theo góc lệch so với hướng bắc vì vậy tùy thuộc vào giá trị của vận tốc thành phần Vx, Vy mà hướng gió được xác định theo các công thức dưới đây: Tại góc phần tư thứ nhất (+Vx, +Vy ): Φ = 90 – arcsin (Vy / Vwind) Tại góc phần tư thứ hai (-Vx, +Vy ): Φ = arcsin (Vy / Vwind) + 270 Tại góc phần tư thứ ba (-Vx, -Vy ): Φ = (90 – arcsin (Vy / Vwind)) + 180 Tại góc phần tư thứ tư (+Vx, -Vy ): Φ = arcsin (Vy / Vwind) + 90 Trong đó: d là khoảng cách truyền đơn vị là (m) Vx là vận tốc gió theo phương X (m/s) Vy là vận tốc gió theo phương Y (m/s) Tew là thời gian truyền theo hướng Đông sang Tây Twe là thời gian truyền theo hướng Tây sang Đông Tsn là thời gian truyền theo hướng Nam sang Bắc Tns là thời gian truyền theo hướng Bắc vào Nam Vwind là vận tốc gió (m/s) Φ là góc lệch của hướng gió so với hướng Bắc (hướng được lấy làm chuẩn) Dải đo tốc độ và hướng gió: Tốc độ: Tốc độ gió : 0-65 m/s Độ chính xác : 2% Độ phân giải : 0,01m/s Hướng gió: 59 Hướng gió : 0- 3590 Độ chính xác: ± 20 Độ phân giải: 10 Tín hiệu đầu ra tốc độ của sensor đo gió: -Dạng số: Tín hiệu đầu ra của sensor đo gió siêu âm dạng tín hiệu số theo chuẩn RS422, tốc độ truyền Baud rate :1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, định dạng tín hiệu là 8 bít dữ liệu, bit kiểm lỗi chẵn, lẻ hoặc không kiểm tra chẵn lẻ. -Dạng tương tự: có thể yêu cầu theo đặt hàng (OPTIONAL) Có 3 đầu ra tương tự ( tốc độ gió, hướng gió, trạng thái hoặc nhiệt độ âm thanh), dạng tín hiệu đầu ra có thể là ±2,5V, 0-5V hoặc 4-20mA. Nguồn cung cấp cho sensor đo gió: 9-30VDC dòng tiêu thụ là 40mA Lựa chọn sensor đo gió: Để đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác theo tiêu chuẩn ngành khí tượng thủy văn và độ bền trong điều kiện thời thiết khắc nghiệt, điều kiện môi trường khắc nghiệt ( độ ẩm cao, muối mặn ở các vùng ven biển , hải đảo) chúng tôi chọn sensor đo gió mã hiệu model Marine 05106 của hãng YOUNG - Mỹ sensor này đã được sử dụng trong nhiều trạm khí tượng tại Việt nam và kết quả cho thấy nó có độ tin cậy cao được ngành khí tượng thủy văn khuyến cáo sử dụng. 8.5 Tổng kết kết quả khảo sát Ứng dụng: Trạm KTTĐ phục vụ cho các lĩnh vực khác nhau như dự báo thiên tai (báo bão, cháy rừng, lũ quét,....), sản xuất nông/công nghiệp, giao thông vận tải (trong đó đặc biệt là hàng không) ... Thông số đo: chủ yếu là tốc độ gió và hướng gió; nhiệt độ đất và không khí; áp suất khí quyển; độ bức xạ; lượng mưa; độ ẩm Chủng loại: Có hai dạng trạm KTTĐ chính là loại xách tay (portable) và loại cố định. Mạng lưới: Các trạm có thể hoạt động độc lập hoặc liên kết thành mạng lưới lớn (mạng quan trắc khí tượng thuỷ văn) với môi trường truyền thông vô tuyến hoặc hữu tuyến. Tuy vậy các trạm độc lập vẫn có giao diện truyền thông với thiết bị đọc và lưu dữ liệu (thường là PC). 60 Datalogger: Tất cả các trạm khí tượng tại hiện trường đều có một bộ Datalogger. Datalogger tiếp nhận xử lý tín hiệu từ các sensor, lưu trữ ,hiển thị phục vụ giao tiếp HMI (theo dõi tại hiện trường, cấu hình hệ thống và calibrate), truyền dữ liệu thu được tới base station. Phương thức truyền dữ liệu đi xa: hay sử dụng là dùng telephone-network, cellular telephone, GSM, sử dụng kênh truyền thông riêng qua vệ tinh (GOES, METEOSAT, LEOS, ARGOS,....), truyền không dây dùng sóng radio (UHF, VHF). Truyền thông tại hiện trường (trong phạm vi hẹp) thường sử dụng các giao thức trên nền RS232/RS485 như SDI-12, Modbus, Profibus,... Vi điều khiển và bộ nhớ: 16/32bit , ngày càng có chất lượng cao và nhiều tính năng ưu việt như: kích thước nhỏ, tiêu hao ít năng lượng, tốc độ xử lý nhanh, dung lượng bộ nhớ cho phép tăng liên tục, chống chịu tốt trước các tác động của môi trường về cơ học và hoá học. Bộ nhớ lưu trữ của datalogger hàng chục/hàng trăm MB. Dùng thẻ nhớ ngoài. Các thành phần khác: cấp nguồn (ắc quy, pin mặt trời); các thiết bị bảo vệ chống sét; PC và phần mềm giám sát trung tâm; cột tháp và các thiết bị phụ khác 9. Tổng kết các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết và giải pháp Nguồn cấp: Trạm khí tượng phải liên tục được cấp nguồn. Phần nguồn nuôi được cung cấp bởi điện lưới, được dự phòng bởi ắc quy, trong trường hợp trạm đặt ở xa trung tâm nguồn nuôi có thể được cung cấp bởi pin mặt trời. Tuy nhiên tại VN có nơi vào thời điểm nhất định ít nắng nên có thể tính tới khả năng dùng năng lượng gió(hải đảo, ven biển, trên núi cao,...). Nguồn dự phòng và điện lưới sẽ được chuyển đổi tự động khi mất điện. Thiết kế chế tạo module chuyển nguồn đảm bảo độ tin cậy cao, tránh gây sai, nhiễu, treo,.. hệ thống. Tiêu thụ năng lượng: Giảm tối đa có thể năng lượng tiêu thụ bằng tối ưu hóa thiết kế phần cứng (sử dụng IC, linh kiện,... tiêu ít năng lượng), xây dựng cơ chế truyền thông hợp lý (truyền/ngủ) và nén dữ liệu trước khi truyền để giảm thời gian truyền nhờ đó giảm tiêu hao năng lượng. Môi trường làm việc: Trạm khí tượng có thể ở gần biển nên vỏ trạm và bảng mạch phải được thiết kế chống ăn mòn do muối. Bảng mạch được đổ kín bằng epoxy, silicon hoặc dạng nhựa dẻo. Vỏ dùng nhựa, composite, inox,... 61 Chống sét: Trạm khí tượng đặt ngoài trời và treo trên các cột cao tới 10-15M) do vậy do vậy phải thiết kế hệ thống chống sét trực tiếp (dùng cột thu sét, lồng farađây,... ) và sét lan truyền qua dây dẫn nguồn và dây dẫn tín hiệu (mua sẵn các module này-không chế tạo) Format dữ liệu: phải theo chuẩn quốc tế (dùng định dạng bản tin: METR, METAR, SPECI,... ) Truyền thông đa dạng: Các trạm khí tượng có thể lắp đặt tại những vùng núi, vùng xa xôi hẻo lánh (hải đảo) nên cần có giải pháp truyền thông không dây, hoặc sử dụng mạng điện thoại công cộng sẵn có để truyền dữ liệu về trung tâm. Tại Việt Nam hiện nay khả thi là dùng mạng điện thoại công cộng (modem dial-up) và mạng mobile GSM (modem GSM). Có thể dùng truyền radio tuy nhiên giá cao cho đầu tư mua thiết bị ban đầu và đã có thử nghiệm tại Huế nhưng không thành công (dùng radio modem và thiết bị thu phát radio của motorola, nguyên nhân do tiêu năng lượng quá lớn nên nguồn pin mặt trời không đủ, mặt khác bị nhiễu và gián đoạn khi thời tiết xấu). Một khả năng khác trong tương lai có thể dùng là mạng wimax và truyền qua vệ tinh (tuy nhiên hiện các giải pháp này có giá rất cao-tương lai có thể rẻ hơn). Có thể dùng truyền radio tuy nhiên giá cao cho đầu tư mua thiết bị ban đầu, các trạm cách nhau 50km và phải nhìn thấy nhau. Đã có thử nghiệm tại Huế nhưng không thành công (dùng radio modem và thiết bị thu phát radio của motorola, nguyên nhân do tiêu năng lượng quá lớn nên nguồn pin mặt trời không đủ, mặt khác bị nhiễu và gián đoạn khi thời tiết xấu). Một khả năng khác trong tương lai có thể dùng là mạng wimax (khoảng cách truyền bán kính 50km và không cần nhìn thấy nhau) và truyền qua vệ tinh (tuy nhiên hiện các giải pháp này có giá rất cao hy vọng trong tương lai không xa giá có thể rẻ hơn). 62 Chương II. THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC MODULE TRONG TRẠM KHÍ TƯỢNG 1. Mô hình tổng thể mạng lưới khí tượng. Mô hình tổng thể của mạng lưới khí tượng gồm đầy đủ các thành phần như sau: Hình 33 - Mô hình tổng thể mạng lưới khí tượng Hub Modem (Option dial up) Database server TTKTQG Web server TTKTQG Work station TTKTQG Datalogger Field Station Field sensor Field sensor Field sensor Field sensor Field sensor Modem ADSL Modem ADSL Modem ADSL Datalogger Field Station Datalogger Field Station Datalogger Field Station Base station PC Trạm vùng Base station PC Trạm vùng Work station RS232 modem GSM modem GSM modem GSM modem GSM modem GSM modem GSM Radio modem UHF, VHF FO or UTP cable <5km (có repeater) Radio modem UHF, VHF Profield bus/ modbus Hub Modem ADSL Modem ADSL Web client Web client RS485/232 RS232 RS232 RS232 Datalogger Field Station Trạm ở miền núi, hải đảo S M S S M S S M S S M S S M S S M S SMS Fibre Optic Cable Radio Wave LAN Cable Modem (Option dial up) Modem (Option dial up) Modem (Option dial up) Modem (Option dial up) Modem (Option dial up) Modem line (Option telephone network) Modem line (Option telephone network) Modem line (Option telephone network) 63 Một trạm khí tượng có chức năng cung cấp các thông tin về khí tượng phục vụ cho việc dự báo thời tiết, thông báo thời tiết cho các ngành nghề như xây dựng, nông nghiệp, hàng hải….v.v Thông thường một trạm khí tượng hoàn chỉnh có thể thực hiện các phép đo như: đo tốc độ và hướng gió, đo nhiệt độ và độ ẩm, lượng mưa, bức xạ mặt trời, thời gian nắng, áp suất không khí. Từ mô hình tổng thể (Hình 33) ta có thể thấy được quá trình đo, xử lý tín hiệu, lưu trữ và mạng truyền thông truyền các thông số khí tượng từ các trạm hiện trường đến các trung tâm theo dõi và dự báo khí tượng. a) Mô tả các thiết bị phần cứng trong mạng lưới khí tượng -Như trên mô hình hệ thống ta có thể thấy đường đi của tín hiệu là bắt đầu từ Field Sensor  Field Station  Modem  Base Station  Modem Internet hoặc đến máy tính chủ Web server. Từ một Web Client ta có thể truy cập vào máy tính chủ Web Server để biết được các thông số thời tiết tại một Field Station. - Field sensor  Datalogger: Là quá trình các tín hiệu đo lường từ các sensor tại hiện trường (Field sensor) như : sensor đo tốc độ và hướng gió, đo nhiệt độ và độ ẩm, lượng mưa, bức xạ mặt trời, thời gian nắng, áp suất không khí được đưa đến bộ thu thập dữ liệu Datalogger đặt trong tủ điện của trạm hiện trường (Field station). Datalogger có nhiệm vụ xử lý tín hiệu nhận được từ các sensor, lưu trữ và truyền dữ liệu đến máy tính hiển thị trung tâm. Trên Datalogger còn có màn hình LCD có chức năng hiển thị tại chỗ các thông số đo lường. Các tín hiệu của sensor đo lường trên có thể ở các dạng số Digital hoặc tương tự Analog, dạng tín hiệu đầu ra analog gồm các dải là: 0–1, 0–5, 0–10 VDC, 4–20 mA, 0-10 kΩ, PT100, tín hiệu số thường được truyền nối tiếp qua các chuẩn: RS232, RS485 với các giao thức như Profibus, Modbus, SDI-12. Đường truyền từ các field sensor đến Datalogger sử dụng cáp tín hiệu có lớp chống nhiễu, với cự ly đấu nối từ sensor đến Datalogger khoảng 5-10 mét. - Field Station  Modem  Base Station. Sau khi thu thập và xử lý dữ liệu từ các sensor hiện trường, bộ Datalogger (phần tử chính của Field Station) có nhiệm vụ lưu trữ và đóng gói dữ liệu và thực 64 hiện các kết nối truyền thông đến trạm cấp trên của nó gọi là trạm Gốc hay trạm Vùng (Base Station). Trạm Vùng có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu đo luờng từ các trạm hiện trường, phân tích và hiển thị các giá trị thời tiết của các trạm thời tiết đặt tại các vị trí khác nhau. Thiết bị của trạm vùng thường bao gồm các máy tính có phần mềm hiển thị các thông số khí tượng, phần mềm truyền thông và các modem truyền thông để thu thập được các dữ liệu của trạm Field Station. Trạm vùng có thể là một trung tâm quan trắc khí tượng của một địa phương, của một vùng hay của một tỉnh nào đó. Tùy thuộc vào địa hình, địa điểm, khoảng cách giữa trạm Field Station đến trạm Base Station mà áp dụng các giải pháp truyền thông số liệu khác nhau: + Với khoảng cách từ Field Station đến Base Station ≥ 5 km ta có thể áp dụng truyền thông nối tiếp với các giao thức Profibus, Modbus truyền tín hiệu qua các chuẩn RS485, để khuyếch đại tín hiệu ta có thể sử dụng bộ lặp repeater đặt ở giữa hai trạm. Ở khoảng cách này ta cũng có thể sử dụng cơ sở hạ tầng sẵn có như đường điện thoại với modem quay số (dial up modem) để truyền thông tín hiệu. Mô hình khí tượng của sân bay thường áp dụng giải pháp truyền thông này. + Với khoảng cách từ Field Station đến Base Station lớn hơn 10 km đến hàng 100 km ta có thể sử dụng giải pháp dùng mạng điện thoại cố định với modem dial up để truyền thông tín hiệu. +Với các trạm Field Station đặt tại những vùng núi, vùng hải đảo, xa xôi hẻo lánh ta phải áp dụng giải pháp truyền thông không dây, hoặc sử dụng hạ tầng cơ sở truyền thông sẵn có (ví dụ như mạng điện thoại cố định) để truyền dữ liệu về trung tâm quan sát (Base Station). +Với các địa hình không có đường truyền hữu tuyến ta phải áp dụng giải pháp truyền thông không dây. Truyền thông không dây có thể dùng mạng điện thoại di động GSM với modem GSM hoặc có thể dùng các Radio Modem với dải tần UHF, VHF để truyền tín hiệu từ Field Station  Base Station. -Base Station  Modem Internet, Web Server Từ trạm vùng Base Station ta truyền dữ liệu đến máy chủ tại trung tâm khí tượng thủy văn Web Server là hình thức truyền thông giữa hai máy tính, vì vậy ta có thể áp dụng nhiều giải pháp truyền thông như: giải pháp truyền thông qua mạng 65 điện thoại công cộng với modem dial up, mạng điện thoại di động với modem GSM, mạng Internet với modem ADSL. Từ một máy tính PC có kết nối mạng (PC Client) ta có thể truy cập đến trung tâm khí tượng thủy văn (máy chủ Web Serve) qua mạng Internet với địa chỉ trang Web của ngành khí tượng. b) Phác thảo các chức năng phần mềm Thông qua các phần mềm truyền thông và các phần mềm giao diện, các thông số khí tượng sẽ được cập nhật và hiển thị qua các màn hình máy tính đặt tại các trung tâm quan sát và theo dõi khí tượng. Tại trung tâm quan sát người vận hành có thể quan sát được các tham số khí tượng qua các dạng biểu đồ và các giá trị. Phần mềm khí tượng còn cho phép người vận hành thiết lập các trạng thái cảnh báo với ngưỡng thấp và ngưỡng cao của một thông số đo, qua đó bằng trực quan người vận hành có thể thấy được mức độ nghiêm trọng của các diễn biến thời tiết. Ngoài các chức năng kể trên phần mềm khí tượng còn có thể lưu trữ các thông số khí tượng đã xảy ra trong quá khứ thành các history file, những dữ liệu này giúp cho người theo dõi có thể đánh giá quá trình diễn biến của thời tiết trong một khoảng thời gian dài hơn. Màn hình giao diện chính: Hình 34 - Màn hình giao diện tại trung tâm theo dõi khí tượng 66 Như trên màn hình giao diện (Hình 34) ta có thể thấy các thông số khí tượng được hiển thị bao gồm: tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, độ ẩm, nhiệt độ điểm sương, lượng mưa và áp suất không khí. Hiển thị hướng gió và tốc độ gió Wind speed, Wind direction: Với tốc độ gió trên giao diện thể hiện hai đơn vị đo là mph (mile per hour) dặm trên giờ và tốc độ gió còn thể hiện theo cấp gió từ 1 đến 12 bft (beaufort). Bên cạnh giá trị tốc độ gió có 2 nút hình vuông để cấu hình ngưỡng cảnh báo tốc độ gió mức thấp và mức cao. Hướng gió được thể hiện bằng độ, phía trên của giá trị hướng gió là phần chữ mô tả hướng, trong hình trên thì phần chữ hiển thị là ESE (East South East: Đông Nam Đông) hướng đông nam nhưng thiên về phía đông nhiều hơn. Hiển thị lượng mưa: Lượng mưa được hiển thị trên giao diện hình 34 bao gồm: Tổng lượng mưa (Rain Total), lượng mưa trong 24 giờ (Rain 24h) và lượng mưa trong 1 giờ (Rain 1h) trên giao diện lựa chọn đơn vị hiển thị lượng mưa là inch. Ngoài giá trị hiển thị còn có biểu đồ dạng bể nước để hiển thị lượng mưa trong các thời gian khác nhau. Bên cạnh giá trị lượng mưa cũng có nút hình vuông để cấu hình ngưỡng cảnh báo max cho lượng mưa. Hiển thị nhiệt độ: Trên giao diện các nhiệt độ được hiển thị gồm có nhiệt độ ngoài trời (Outdoor Temperature) và nhiệt độ trong nhà (Indoor Temperature). Ngoài hiển thị nhiệt độ bằng giá trị trên giao diện cũng hiển thị nhiệt độ bằng biểu đồ có hình dạng giống như chiếc nhiệt kế thủy ngân. Bên cạnh giá trị nhiệt độ cũng có nút hình vuông để cấu hình ngưỡng cảnh báo cho phép đo nhiệt độ. Các hiển thị khác bao gồm: hiển thị nhiệt độ điểm sương (Dewpoint), độ ẩm trong nhà(Indoor humidity) đổ ẩm ngoài trời (Outdoor humidity), hiển thị áp suất tương đối (Relative pressure), hiển thị gió lạnh (Wind chill) cũng được biểu diễn trên giao diện giống như hiển thị gió, mưa, nhiệt độ ở phần trên chỉ khác một chút là trên giao diện chính các giá trị này không có hiển thị bằng dạng biểu đồ. 67 Các giao diện cấu hình: Cấu hình cổng truyền thông: Hình 35 - Giao diện lựa chọn cổng truyền thông Giao diện trên cho phép lựa chọn cổng truyền thông của máy tính PC tại trạm quan sát khí tượng để kết nối với trạm hiện trường. Tại hình trên ta chọn là cổng COM1. Cấu hình định dạng thời gian và dấu ngăn cách phần thập phân của dữ liệu: Hình 36 - Giao diện cấu hình định dạng đồng hồ thời gian Giao diện này cho phép ta có thể hiển thị đồng hồ thời gian theo kiểu 12h hay kiểu 24h. 68 Hình 37 - Giao diện lựa chọn dấ