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
-----------------********--------------------

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MÔI TRƯỜNG
PHÒNG NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM CÔNG NGHỆ ĐO ĐẠC
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:

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

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ THỬ NGHIỆM
HỆ THỐNG TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG
Chỉ số đăng ký:
Chỉ số phân loại:
Chỉ số lưu trữ:
Cộng tác viên chính:
KS. Đào Hồng Châu
KS. Hoàng Phi Thành
KS. Đặng Tùng Mẫn

Hà Nội, ngày tháng
năm 20
HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên, học hàm, học vị)

Hà Nội, ngày
tháng
năm 20
CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI
TL. BỘ TRƯỞNG
KT. VỤ TRƯỞNG
VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
PHÓ VỤ TRƯỞNG

TS. Nguyễn Lê Tâm

Nguyễn Lê Tâm

7595
18/01/2010
HÀ NỘI, 12-2009

HÀ NỘI, 12-2009


MỤC LỤC
TT
Chương 1.
1.1.

Trang
Lời mở đầu …………………………………………………………...
2
4
Tổng quan về các trạm khí tượng tự động và mục tiêu của đề tài
Các trạm khí tượng tự động trong nước …..…………………..............
4
Thiết bị có xuất xứ từ nước ngoài …………………………………….
5
Thiết bị có xuất xứ trong nước ……………………………………….
6
Về các trạm khí tượng tự động ở ngoài nước …………………………
7
Về công nghệ truyền tin ………………………………………………
9
Một số nhận xét ………………………………………………………
10
Cơ sở thực hiện các nhiệm vụ của đề tài ……………………………..
12
Mục tiêu và yêu cầu kết quả của đề tài ………………………………
13
Lựa chọn công nghệ xây dựng trạm khí tượng tự động …………..
16
Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố gió ……………………………………….
16
Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố mưa ………………………………………
23
Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố nhiệt độ và độ ẩm không khí …………….
24
Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố áp suất khí quyển ………………………..

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


8

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

56
56

9

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

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



18

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

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


21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34

Tên hình
Hình 2.1. Máy gió Vild
Hình 2.2. Máy gió EL của Trung Quốc
Hình 2.3. Đầu đo gió Young
Hình 2.4. Cấu tạo của sen-xơ gió Young 05106MA
Hình 2.5. Tín hiệu tốc độ gió 5m/s
Hình 2.6. Tín hiệu tốc độ gió 0.3m/s
Hình 2.7. Tín hiệu tốc độ gió 0.5m/s
Hình 2.8. Sơ đồ khối giao diện
Hình 2.4. Thiết bị đo mưa xi phông SJ1 và vũ lượng ký SL1 của Trung
Quốc
Hình 2.5. Các sen-xơ đo mưa điển hình dùng cho các trạm KTTĐ
Hình 2.6. Sen-xơ đo mưa SL3-1 và các thông số kỹ thuật
Hình 2.7. Các sen-xơ nhiệt ẩm tiêu biểu
Hình 2.8. Sen-xơ nhiệt ẩm VH-11TH và các thông số đặc trưng

22
23
24
24
25
26
27
27
28
30
31
32
37
38
39
40
43
44
45
45
45
46
47
48
50
50
50

LỜI MỞ ĐẦU
Việc đảm bảo số liệu khí tượng thủy văn (KTTV) trong đó có các khâu

nước, nhằm lựa chọn phương án tốt nhất để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài;
2


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.

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

4


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

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
6


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.

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.

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:


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
7

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 senxơ 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

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
9

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

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.

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

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

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

11

12

1.4.1. Về thiết bị có xuất xứ trong nước


các nhiệm vụ của đề tài này;

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

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.

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

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
động VH-051S thể hiện tại bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thông số thiết kế của trạm KTTĐ
Yếu tố

Độ phân
giải

Tốc độ gió

0.1m/s

0.5-60m/s
(gió giật 100m/s)

Hướng gió

1độ

Dải đo

Sen-xơ

±(0.5+5%V)
(có thể đạt ±0.3m/s)

Young 05106MA



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

SL3-1

VH-11TH

VH-15B

Xung số
2 giây
+5V

Số data
30 giây
+5V

Số data
30 giây
+(7 – 35)V

Nhựa composit

Inốc

Nhựa composit

Nhựa composit

1kg

3kg


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
Hình 2.1. Máy gió Vild 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
16


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

nghiệt của nước ta.

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

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

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

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

tới thay đổi điện trở 10kÔm tại hai đầu dây tín hiệu hướng gió.

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


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

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.
19

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

thù bộ ghép nối thể hiện tại phần sau của chương này. Việc đo được tốc độ gió
nhỏ hơn 1m/s và đo được tốc độ gió lớn từ 60 đến 100 m/s, mà chính hãng
Young chưa thực hiện, với sai số ±0.3m/s là bước cải thiện quan trọng cho nhu
cầu cung cấp số liệu gió, đặc biệt cho vùng biển của nước ta.
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.
Tín hiệu tốc độ gió
Tín hiệu hướng gió

Khối lọc
nhiễu và
khuếch đại

Khối bảo
vệ tín hiệu

Xung tốc
độ gió
Khối tách
xung

Điện áp
hướng gió


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

Trên hình 2.5 thể hiện các sen-xơ đo mưa dùng trong các thiết bị đo mưa tự
động và các trạm KTTĐ.

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.

Vaisala RG13

NovaLynx 2500

Young 52202

Hình 2.5. Các sen-xơ đo mưa điển hình dùng cho các trạm KTTĐ
Các thông số đặc trưng của SL3-1
• Độ phân giải 0.1 mm;

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

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.
24


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.

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%

25

26


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

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

-

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


trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt, modem GSM phải đảm bảo các tính
năng kỹ thuật sau:

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).

27

28


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

- Hoa Kỳ; Siemens - LB Đức; Wavecom, Falcom – Pháp; Advanced Wireless,

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

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.

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

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

a) Wireless Modem G200
Motorola-Hoa Kỳ

b) Modem Fastrack M1203
Wavecom-Pháp

Hình 2.12. Các modem GSM tiêu biểu

-

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.

có nhiều hãng cung cấp các thiết bị modem di động, có thể liệt kê như: Motorola
29

30


Mưa
SL3-1

Phím điều khiển

BỘ HIỂN THỊ DATALOGGER
Màn tinh thể lỏng
LCD 4x40

Hệ vi xử lý
(công năng cao)

Đường line

MODEM
(các loại)

Cổng giao tiếp
RS232

Pin mặt trời,
Acquy 12V,
AC-220

Khối giao diện

Bộ nhớ
(SL, thông số)



Đồng hồ thời gian
(chính xác cao)

MODEM GSM

Bus mở rộng

Khối nguồn
Các sen-xơ
khác

Đồng hồ thời gian
(chính xác cao)
Bộ nhớ
(SL, thông số)

Hệ vi xử lý
(công năng cao)

Áp suất
VH-15B

Gió
Young 05106MA

BỘ HIỂN THỊ - DATALOGGER
VH-051S
Màn tinh thể lỏng
LCD 4x40

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.

405GP/CR, PPC 405GPr, PPC NPe405H/L, 440 PowerPC,..
* Họ vi xử lý Atmel
Dòng Atmel AT91 (Kiến trúc ARM THUMB), Dòng AT90, Tiny & Mega –
AVR (Atmel Norway design), Dòng Atmel AT89 (Kiến trúc Intel 8051/MCS51),

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.

33

34


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

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.

cần thiết khác”, xử lý các
yêu cầu từ bên ngoài và
Tính giá trị của các
yếu tố gió, mưa,
sau đó thực hiện các công
Đ
Đọc số liệu?
nhiệt, ẩm, điểm
việc thường lệ đã được
sương, áp suất;
xác định.
S
(Tham khảo thêm Phụ lục
1 về thiết kế Datalogger
Hiển thị các số
và Phụ lục 2 về các lệnh
Đ liệu trên màn tinh
Qua 1s ?
điều
khiển)
thể lỏng LCD
S

Đến Obs?
S

Đ

3.4. Tính năng kỹ thuật của Datalogger VH-051S
3.4.1. Mô tả tóm tắt công nghệ

Hình 3.4. Bộ hiển thị Datalogger VH-051S
37

38


- 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

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;


Tốc độ gió

0.1m/s

Young 05106MA

Hướng gió
Lượng mưa

1độ
0.1mm

Nhiệt độ
không khí

0.1oC

Độ ẩm
không khí

1%

0-100%

nhỏ hơn ±3%

VH-11TH

Điểm sương

Cột

1

2

3

4

5

6

7

===|----------------------------------------|
1 |TT.c HH.c RRR.c pppp.c dds ff.s YY-MM-DD|
2 |TT.p HH.p RRR.p pppp.p dev ff.c hh:mm:ss|
3 |TT.x DD.c R12.c pppp.x dev ff.p mOb vv.v|
4 |TT.n DD.p R12.p pppp.n dev ff.x KvO 0 1|
===|----------------------------------------|

Cột 1

Nhiệt độ: hiện tại, kỳ quan trắc trước,cực đại trong ngày, nhỏ nhất
trong ngày

Cột 2


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 VH051S 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

Thực hiện các lệnh Com:
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, Com8

S

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;
43

Menu Get?

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

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.
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
Hình 4.3. Khung nhập mật khẩu

Việc cài đặt LocVh051s 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 trên
màn hình.

4.2. Chương trình điều khiển và thu nhận số liệu tại
Trung tâm Khu vực của hệ thống các trạm KTTĐ VH-051S
Chương trình này thiết kế trung tâm điều hành từ xa qua mạng điện thoại di
động đặt tại Đài Khu vực, dùng để điều khiển, thu nhận số liệu từ các trạm đo,
đồng thời để kiểm tra, bảo trì và cài đặt các thông số cho Datalogger VH-051S.
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.
Mạng điện

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.
45

Mobile
Modem GSM

Modem GSM
TT Khu vực

TT Tw tại Viện KTTV

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.
46