BTNMT
VKTTVMT

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MÔI TRƯỜNG
23/62 Nguyễn Chí Thanh, Đống Đa, Hà Nội
******** BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ THỬ NGHIỆM
HỆ THỐNG TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG

Tên Chủ nhiệm Đề tài: TS. Nguyễn Viết Hân
Chỉ số phân loại:
Chỉ số lưu trữ:
Cộng tác viên chính:
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
Đào Hồng Châu
CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI

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. C
ơ 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.

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
05106MA
55
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 Bả
ng 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

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 b
ộ 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 m
ật 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 2

LỜI MỞ ĐẦU

Việc đảm bảo số liệu khí tượng thủy văn (KTTV) trong đó có các khâu
truyền thông tin, lưu trữ, cung cấp số liệu cho các nhà chuyên môn, đặc biệt khi
có thời tiết nguy hiểm, đóng vai trò rất quan trọng trong nghiệp vụ của ngành. Đo
đạc các yếu tố KTTV, là mắt xích đầu tiên và được tiến hành theo một quy trình
rất chặt chẽ và thống nhất trong toàn ngành. Số liệu quan trắc nghiệp vụ là cơ sở

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;

3
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 ph
ần 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 y
ếu 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

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

5
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 trạ
m 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 trạ
m 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;

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 trạ
m 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 h
ải 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 n
ăm 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 cầ

ĐH KH Tự nhiên, Viện KHCN Việt Nam,… đã đầu tư cho việc nghiên cứu chế
tạo, thử nghiệm các thiết b
ị 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 lướ
i 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 củ
a 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
ngh
ệ 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;

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

9
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 gi
ải 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 kh
ăn. 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 đầ
u 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

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 tr
ực 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 k
ỹ 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 th
ời 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 n
ăm 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

- Rất khó kh
ăn 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 th
ống
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 v
ề 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 độ
ng 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 nhi

13
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 thi
ết
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


Bảng 1.1. Thông số thiết kế của trạm KTTĐ
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)
±(0.5+5%V)
(có thể đạt ±0.3m/s)
Young 05106MA
Hướng gió 1độ 0-360độ ±3độ Young 05106MA
Lượng mưa 0.1mm không hạn chế
±0.4mm, LM<10mm
±4% khi LM>10mm
SL3-1
Nhiệt độ
không khí
0.1
o
C -10
o
C – 80
o
C
±0.3
o
C
(có thể đạt ±0.2
o

thông số kỹ thuật tại bảng 1.2.:

15
Bảng 1.2. Thông số bổ sung của sen-xơ
Tên đầu đo
Young
05106MA
SL3-1 VH-11TH VH-15B
Tín hiệu ra
Xung analog Xung số Số data Số data
Thời gian đo
2 giây 2 giây 30 giây 30 giây
Nguồn nuôi +5V +5V +5V +(7 – 35)V
Kết cấu, cấu
tạo
Nhựa composit Inốc Nhựa composit Nhựa composit
Trọng lượng
1kg 3kg 0.3kg 0.7kg

*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 hơ
n 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;

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, như
ng 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

17
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


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 v
ề 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 vượ
t 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

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
kiệ
n 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 Mạ
ng 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 đầ
y đủ và chính xác tính chất của tín hiệu.


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.