Nghiên cứu và xây dựng mạng đo và truyền số liệu mưa thời gian thực tại lưu vực sông Ngàn Phố Ngàn Sâu

Bộ tài nguyên và môi trờng
Viện khí tợng thuỷ văn
[\




Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học

Tên đề tài:
Nghiên cứu và xây dựng mạng đo và truyền
số liệu ma thời gian thực tại lu vực sông
ngàn phố ngàn sâu


Chủ nhiệm đề tài:
Ks. đào hồng châu


6492
27/8/2007

Hà nội 2006


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học



Tên đề tài:

Nghiên cứu và xây dựng mạng đo và truyền
số liệu ma thời gian thực tại lu vực sông
ngàn phố ngàn sâu


Chỉ số phân loại:
Chỉ số đăng ký:
Chỉ số lu trữ:

Chủ nhiệm đề tài : ks. Đào hồng châu
Cộng tác viên chính: TS. Nguyễn Viết Hân, KS. Hoàng Phi Thành
KS. Đặng Tùng Mẫn


Ngày tháng năm 200

Chủ nhiệm đề tài

Ngày tháng năm 200

Thủ trởng cơ quan chủ trì






Ngày tháng năm 200

Chủ tịch Hội đồng đánh giá chính thức

Ngày tháng năm 200

Thủ trởng cơ quan chủ quản






Hà nội - 2006

mục lục

Mục Nội dung Trang

Lời nói đầu. 1
Chơng 1 Tổng quan đề tài
1.1 Sự cần thiết của đề tài 2
1.2 Tình hình nghiên cứu áp dụng hệ thống trong và ngoài nớc 3
1.3 Mục tiêu của đề tài 4
1.4 Tóm tắt nội dung đề tài. 5
1.5 Các sản phẩm dự kiến của đề tài 5
Chơng 2 Cấu trúc mạng và các thành phần của hệ thống
2.1 Cấu trúc hệ thống 6
2.2 Trạm đo ma tự động đa năng 7
2.2.1 Mô tả công nghệ chế tạo thiết bị 7
2.2.2
Tính năng kỹ thuật của thiết bị. 16
2.3 Trung tâm quản lý mạng đo 17

2.3.1 Cấu trúc trạm trung tâm 17
2.3.2 Mô tả kỹ thuật thiết bị điều khiển trung tâm. 18
2.4 Phần mềm điều khiển mạng (KTM_NET5) 22
2.4.1 Chế độ làm việc. 23
2.4.2 Tham số làm việc của mạng 25
2.4.3 Quản lý danh sách trạm đo. 25
Chơng 3 Mạng đo và truyền số liệu ma thời gian thực lắp đặt tại lu
vực Ngàn Phố Ngàn Sâu .
3.1 Khảo sát thực địa, lắp đặt thiết bị và vận hành mạng 29
3.2 Số liệu quan trắc m
a của mạng đo đợc lắp đặt 31
Chơng 4 Kết luận và kiến nghị của đề tài.
Tài liệu tham khảo. 36
Danh mục các phụ lục 37



1
lời nói đầu


Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, hàng năm lũ và lũ quét gây
ra những thiệt hại nặng nề về vật chất và con ngời đối với chúng ta. Với
địa hình hẹp và độ dốc lớn, lũ ở các lu vực sông nớc ta thờng có diễn
biến rất nhanh vì vậy việc dự báo và cảnh báo lũ, lũ quét kịp thời để thực
hiện những biện pháp phòng tránh sẽ làm giảm đáng kể thiệt hại do chúng
gây ra. Hiện nay trên thế giới, các hệ thống quan trắc và truyền số liệu ma
thời gian thực phục vụ cho dự báo và cảnh báo lũ đợc sử dụng rộng rãi và
rất hiệu quả. Tại các nớc có nền kinh tế phát triển, các khu vực có nguy cơ
lũ và lũ quét đều đợc đa vào sử dụng hệ thống này. ở nớc ta, tại một vài

lu vực sông đã lắp đặt những hệ thống tơng tự, tuy nhiên do các nguyên
nhân khác nhau chúng không phát huy đợc hiệu quả, thậm chí có hệ thống
lắp đặt xong không thể vận hành đợc.Với mục tiêu xây dựng một hệ thống
quan trắc và truyền số liệu ma thời gian thực phục vụ cho công tác dự báo
và cảnh báo lũ và lũ quét, Bộ Tài Nguyên Môi Trờng đã giao cho Viện
KTTV chủ trì thực hiện đề tài Nghiên cứu và xây dựng mạng đo và truyền
số liệu đo ma thời gian thực cho lu vực Ngàn Phố Ngàn Sâu. Đây là đề
tài có tính thực tiễn cao, nếu thành công sẽ cho phép nhân rộng trên quy mô
lớn các hệ thống tơng tự trên cơ sở công nghệ do chúng ta hoàn toàn làm
chủ và giá thành hạ hơn rất nhiều so với các hệ thống cùng loại do nớc
ngoài sản xuất.
Trong quá trình thực hiện, nhóm thực hiện đề tài đã nhận đợc sự quan
tâm và mọi điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện đề tài của lãnh đạo viện
KTTV và sự giúp đỡ to lớn của lãnh đạo cùng tập thể cán bộ của đài KTTV
Bắc Trung Bộ và Trung Tâm dự báo KTTV Hà Tĩnh.
Thay mặt nhóm thực hiện đề tài xin đợc bày tỏ sự cảm ơn vì những
giúp đỡ quý báu trên.

Chủ nhiệm đề tài

2

chơng 1

tổng quan đề tài

1.1. Sự cần thiết của đề tài
Hàng năm các loại hình thiên tai nh: bão, lũ, động đất, lở đất gây ra
những tổn thất nặng nề về ngời và của cải vật chất của nhiều quốc gia.
Trong các loại hình thiên tai nêu trên, lũ, lụt thờng có tần suất lặp lại cao

nhất và gây tổn thất nặng nề về ngời và tài sản.
Lũ, lụt và lũ quét ở các nớc có khí hậu gió mùa và xoáy thuận nhiệt đới
ở Châu
á
ngày càng diễn biến phức tạp, nhiều trung tâm dân c, kinh tế bị
đe dọa ngày một nguy cấp hơn. Những thay đổi chủ yếu trong việc sử dụng
nguồn nớc và nguồn đất đã tác động rõ rệt đến môi trờng, trớc hết là tới
chế độ thủy văn ở các lu vực sông, xu hớng này làm gia tăng phát sinh lũ
và lũ quét.
ở
Việt Nam cứ vào mùa ma, lũ, lụt và lũ quét là hiện tợng khí
tợng thủy văn thờng xẩy ra và gây thiệt hại rất lớn về ngời và tài sản. Tại
các lu vc sông suối miền núi trên toàn lãnh thổ từ Bắc Bộ, Trung Bộ và
Tây Nguyên đều có nguy cơ xảy ra lũ quét khi có ma lớn hoặc ma cực
lớn. Tuy nhiên công tác dự báo và cảnh báo lũ, lũ quét cha thu đợc những
kết quả cần thiết vì công tác này đòi hỏi phải có những hệ thống quan trắc và
cảnh báo ở những lu vực có nguy cơ cao. Một trong những cơ sở quan trọng
trong việc dự báo, cảnh báo lũ và lũ quét trên quy mô rộng là việc sử dụng
hệ thống radar thời tiết, hệ thống này có u thế trong việc cung cấp dự báo
định lợng ma trong các khu vực địa hình khác nhau, tuy nhiên trong điều
kiện hiện nay việc đa vào hệ thống radar phục vụ cho công tác dự báo lũ, lũ
quét ch
a hiệu quả. Các hệ thống đo ma thời gian thực là những công cụ
phục vụ cho việc dự báo và cảnh báo lũ, lũ quét đang đợc áp dụng rộng rãi
ở nhiều nớc mà trong điều kiện kinh tế và xã hội của nớc ta hiện nay việc
đa vào sử dụng những hệ thống tơng tự là giải pháp kinh tế và hiệu quả
nhất.

3

Theo thống kê trong các tài liệu chuyên ngành KTTV, tại các lu vực
sông suối nớc ta, lũ và lũ quét thờng xẩy ra rất nhanh và cờng độ mạnh
do lu vực nhỏ và địa hình có độ dốc lớn nên sức tàn phá của nó rất lớn
nh các trận lũ năm 1989 và 2002 trên lu vực sông Ngàn Phố, việc dự báo
và cảnh báo kịp thời sẽ giảm thiểu đợc thiệt hại đến mức thấp nhất. Vì vậy
việc đa vào áp dụng tại các lu vực sông, suối các hệ thống quan trắc thời
gian thực phục vụ dự báo và cảnh báo lũ, lũ quét là một đòi hỏi cấp bách.
Trong khuôn khổ đề tài này, chúng tôi mong muốn xây dựng hệ thống
quan trắc và truyền số liệu đo ma thời gian thực tại lu vực sông Ngàn Phố
Ngàn Sâu, số liệu quan trắc qua đờng đờng điện thoại cố định đợc
truyền về trung tâm dự báo KTTV tỉnh phục vụ cho công tác dự báo. Việc
lựa chọn lu vực Ngàn Phố Ngàn Sâu cho phép chúng ta thử nghiệm hệ
thống trong các điều kiện khắc nghiệt nhất về ma, lũ do địa hình có độ dốc
lớn, lợng ma trung bình hàng năm cao, thờng xẩy ra ma to và diễn biến
lũ thờng xẩy ra rất nhanh. Đây là một địa chỉ rất cần đa vào áp dụng hệ
thống cung cấp số liệu quan trắc thời gian thực phục vụ dự báo lũ và lũ quét,
và lu vực cũng không lớn phù hợp với quy mô đặt ra cho đề tài.

1.2 . Tình hình nghiên cứu và áp dụng hệ thống trong và ngoài nớc
Hiện nay ở nhiều nớc trên thế giới các hệ thống quan trắc thời gian thực
đợc sử dụng rất rộng rãi, chúng đợc khai thác rất hiệu quả phục vụ cho công
tác dự báo thiên tai. Cấu hình hệ thống, phơng thức truyền số liệu đợc quyết
định dựa trên các đặc thù về khí hậu, địa hình, cơ sở hạ tầng của nơi lắp đặt hệ
thống. Hiện nay trên thị tr
ờng các hệ thống quan trắc thời gian thực do nớc
ngoài sản xuất rất đa dạng với cấu hình khác nhau đáp ứng đầy đủ các đòi hỏi
của ngời sử dụng, tuy nhiên giá cả của chúng cũng rất cao cha kể đến
những yếu tố không thuận lợi trong quá trình bảo hành kỹ thuật và duy trì
chúng.
Hiện nay, trên mạng lới của ngành KTTV của nớc ta, hầu nh cả các

thiết bị quan trắc tự động đều do nớc ngoài sản xuất, một số hệ thống quan

4

trắc thời gian thực phục vụ công tác dự báo và cảnh báo lũ và lũ quét đều do
nớc ngoài sản xuất với công nghệ cũng nh cấu hình khác nhau. Cho đến nay
hầu nh tất cả các hệ thống đã không còn hoạt động. Vừa qua, chúng tôi đã
tiến hành đợt khảo sát tình trạng kỹ thuật và nguyên nhân gây hỏng các thiết
bị đo đạc tự động trên mạng lới và đã có những kết luận sau:
- Sét là nguyên nhân chủ yếu gây hỏng thiết bị.
- khí hậu nhiệt đới khắc nghiệt, nhiệt độ và độ ẩm quá cao là tác nhân
xấu đối với thiết bị.
- Lới điện không ổn định cũng là nguyên nhân gây tổn hại tới thiết bị.
- Công tác bảo dỡng kỹ thuật không đợc tiến hành theo quy định, việc
sửa chữa hỏng hóc không kịp thời làm hỏng hóc nhỏ trở nên trầm trọng
hơn do thiết bị phải để trong các điều kiện môi trờng khắc nghiệt, các loại
côn trùng vào làm tổ gây chập, cháy thiết bị.
Những kết luận trên rất hữu ích đối với đội ngũ kỹ thuật trong quá trình
chế tạo và bảo trì các thiết bị đo tự động.
Trong những năm vừa qua, nhiều cơ sở nghiên cứu khoa học và công nghệ
của nớc ta đã có những kết quả ban đầu trong việc chế tạo các thiết bị đo đạc
tự động, tuy nhiên vẫn cha có thiét bị nào đợc cho phép lu hành rộng rãi
trên mạng lới. Viện KTTV là một đơn vị tiên phong trong lĩnh vực này và
bớc đầu đã có những thành công trong việc tự động hoá các thiết bị quan trắc
đơn lẻ trên cơ sở sử dụng các đầu đo của nớc ngoài sản xuất. Với việc áp
dụng những thành tựu mới nhất của công nghệ điện tử và tin học cùng với
những kinh nghiệm tích luỹ đợc, nhóm thực hiện đề tài hy vọng sẽ xây dựng
một hệ thống quan trắc thời gian thực với kỹ thuật đảm bảo và vận hành ổn
định, lâu dài tại nơi lắp đặt.

1.3 . Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu chế chế tạo thiết bị đo ma tự động trên cơ sở áp dụng
công nghệ vi xử lý và sensor ma do nớc ngoài sản xuất.

5

- Xây dựng hệ thống quan trắc ma thời gian thực tại lu vực sông
Ngàn Phố Ngàn Sâu với phơng thức truyền số liệu qua đờng điện
thoại cố định.
- Đánh giá hiệu quả của mạng lới quan trắc do đề tài thực hiện, kiểm
định xác định độ tin cậy và tính ổn định của thiết bị.
- Nâng cao trình độ trong lĩnh vực tự động hoá cho đội ngũ cán bộ.

1.4. Tóm tắt nội dung đề tài:
- Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo ma tự động và thiết bị điều khiển trung
tâm của mạng đo sử dụng công nghệ vi xử lý.
- Khảo sát lu vực Ngàn Phố Ngàn Sâu phục vụ cho lắp đặt và thử
nghiệm hệ thống trong thời gian 6 tháng.
- Nghiên cứu soạn thảo chơng trình vận hành, điều khiển mạng lới
các thiết bị đo ma tự động, bảo đảm cung cấp số liệu thời gian thực
cho ngời sử dụng.
- Kiểm định thiết bị đo ma, xác định khả năng ứng dụng hệ thống.

1.5. Các sản phẩm dự kiến của đề tài:
-
Công nghệ chế tạo thiết bị đo ma tự động và thiết bị điều khiển mạng.
- Hệ thống quan trắc và truyền số liệu ma thời gian thực đợc lắp
đặt hoàn chỉnh tại Hà Tĩnh với 7 thiết bị đo ma tự động và trung
tâm điều khiển. ( 4 bộ hiển thị dự trữ ).
- Các chơng trình điều khiển thiết bị và chơng trình điều khiển

mạng.
- Báo cáo tổng kết đề tài.





6
Chơng 2

cấu trúc hệ thống và các thành phần của mạng.

2.1 . Cấu trúc hệ thống
Hệ thống đợc tổ chức theo mô hình một mạng đo, các trạm đầu cuối đợc
đặt tại các vị trí khác nhau có thể gần hoặc xa trung tâm điều hành và đợc kết
nối với trung tâm qua mạng điện thoại.

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạng đo

Trạm trung tâm đợc thiết kế theo Modul, mỗi Modul đợc nối với một
thuê bao điện thoại, trong quá trình lấy số liệu từ các trạm đo, các Modul làm
việc đồng thời qua thuê bao điện thoại riêng, số lợng Modul của trạm trung
Trạm đo
Ma TĐ 1
Trạm đo
Ma TĐ 2
Trạm đo
Ma TĐ n
Mạng
điện thoại

máy tính
Trung tâm quản l
ý
MODul 1
MODul 2
Khối điều khiển

7
tâm đợc thiết kế tuỳ thuộc vào quy mô mạng và chu kỳ thời gian tối thiểu lấy
số liệu từ tất cả các trạm đầu cuối của mạng. Để phục vụ cho đề tài, thiết bị
điều khiển trung tâm đợc thiết kế với hai Modul nhằm bảo đảm khả năng mở
rộng quy mô mạng.

Trung tâm điều hành mạng gồm một máy tính đợc cài đặt phần mềm
điều khiển mạng KTM_NET5 và thiết bị điều khiển trung tâm đợc nối với
hai thuê bao điện thoại. Theo chu kỳ kết nối đợc đặt tại máy tính trung tâm,
phần mềm sẽ điều khiển các Modul làm việc với các trạm đo có trong danh
sách do phần mềm quản lý. Đến thời điểm lấy số liệu, các Modul của trạm
trung tâm sẽ tự động thực hiện kết nối với các trạm đo, sau khi kết nối thành
công trạm trung tâm sẽ trao đổi số liệu với các trạm đo, báo cáo kết quả về
máy tính và chấm dứt kết nối. Thông thờng thời gian kết nối và trao đổi số
liệu với mỗi trạm đo khoảng 1 phút. Cứ nh vậy, các Modul của trạm trung
tâm sẽ luân phiên làm việc cho tới khi hoàn tất chu trình kết nối với tất cả các
trạm đo trong danh sách quản lý. Số liệu thu đợc từ các trạm đo đợc chuyển
về máy tính, chơng trình điều khiển cài đặt tại đây sẽ sắp xếp và lu trữ ở
dạng thuận tiện cho ngời sử dụng.

2.2. Trạm đo ma tự động đa năng
2.2.1. Mô tả công nghệ
Trong quá trình thiết kế các hệ thống đo đạc chuyên dụng, việc sử dụng
công nghệ Onechip cho phép chúng ta xây dựng đợc các hệ thống có tính
mềm dẻo cao, tốc độ xử lý nhanh, dễ dàng thay đổi các thông số làm việc và
trình tự vận hành kể cả việc thay đổi chức năng của hệ thống chỉ bằng việc
thay đổi phần mềm cài đặt bên trong hệ thống mà không cần thay đổi cấu trúc
phần cứng của nó. Việc sử dụng công nghệ Onechip cho phép chúng ta đạt
đợc những mục tiêu thiết kế tối u, sự vợt trội về độ tin cậy, đặc biệt việc tổ
chức phần cứng rất thuận tiện do nhiều thành phần chức năng có sẵn trong On-

8
chip nh: Rom, Ram, Timer, cổng vào/ra mà cấu trúc phần cứng của thiết bị
trở nên rất gọn. Với những u điểm trên, công nghệ Onechip trở nên rất phổ
biến và có mặt hầu nh trong tất cả các ứng dụng của kỹ thuật hiện đại. Đối
với việc thiết kế các hệ thống đo đạc tự động chuyên ngành việc áp dụng công

nghệ Onechip cho phép chúng ta thiết kế các hệ thống đo đạc đa năng với các
tham số đo đạc có thể thay đổi theo yều cầu của ngời sử dụng. Đây là giải
pháp công nghệ mà tất cả các hãng sản xuất thiết bị đo đạc chuyên nghành có
uy tín trên thế giới đang áp dụng.
Để thiết kế và chế tạo thiết bị đo ma tự động đa năng phục vụ cho đề
tài, nhóm thực hiện đã áp dụng công nghệ On-chip. Việc tổ chức On-chip, xây
dựng các khối chức năng, tổ chức ghép nối, đợc thực hiện theo thuật toán đã
định sẵn. Việc phân chia thực hiện chức năng giữa phần cứng và chơng trình
đợc phối hợp chặt chẽ và tính toán cụ thể sao cho việc sử dụng các tài nguyên
phần cứng có sẵn trong On-chip là tối u nhất. (Sơ đồ thiết kế kỹ thuật tại Phụ
lục 1, sơ đồ 1.1.) Sơ đồ thiết kế theo các khối chức năng đợc thể hiện nh
sau:










Hình 2.2 Sơ đồ chức năng thiết bị đo ma tự động đa năng

Sensor SL-3 do Trung Quốc sản xuất, với độ nhậy 0,1mm đặt tại điểm đo đợc
nối về thiết bị đo. Lợng ma đo đợc từ sensor chuyển thành tín hiệu điện
nối ghép
Khối xử l
ý
Hiển thị

Lu trữ Núm đk

m
o
d
e
m
s
e
n
s
o
r
Thuê bao
ĐT
Báo động
Nối m.tính

9
truyền về thiết bị đo. Khối nối ghép có chức năng phối ghép tín hiệu, lọc các
can nhiễu trên cáp nối và đa tới khối xử lý.
Khối xử lý tiếp nhận lợng ma đo đợc từ sensor, tính toán, xử lý, hiển
thị số liệu đo và lu giữ số liệu đo theo thời gian nhờ đồng hồ của thiết bị (khi
làm việc độc lập), hoặc theo thời gian thực của mạng (khi làm việc trong mạng),
đồng thời sẵn sàng làm việc với trung tâm nếu việc kết nối với trung tâm đợc
thực hiện thông qua Modem. Modem đợc nối với mạng điện thoại dới dạng
một thuê bao đợc cài đặt các tham số tự động kết nối khi có yêu cầu từ Modem
trạm trung tâm.
ở chế độ làm việc độc lập, thiết bị sẽ liên tục đo, xử lý và lu trữ lợng
ma theo thời gian đợc bảo đảm bằng một thiết bị đồng hồ có độ chính xác cao

có sẵn trong thiết bị, số liệu đợc ghi liên vào bộ nhớ của thiết bị theo chu kỳ 5
phút (mỗi ô nhớ ghi lợng ma đo đợc trong 5 phút). Việc kiểm tra ngỡng
ma nguy hiểm có nguy cơ gây lũ quét đợc thực hiện 5 phút một lần theo thuật
toán trợt, nếu thỏa mãn các điều kiện đã đợc cài đặt sẵn, thiết bị sẽ đa ra tín
hiệu báo động bằng cả âm thanh và ánh sáng. Số liệu lu trữ trong thiết bị có thể
chuyển sang máy tính ở dạng thuận tiện cho ngời sử dụng bằng việc nối trực
tiếp máy tính với thiết bị nhờ phần mềm chuyên dụng KTM_DIR. Với việc sử
dụng chơng trình KTM_DIR ngời sử dụng cũng có thể đặt lại các tham số
làm việc của trạm và thực hiện một số lệnh điều khiển khác.
Khi thiết bị nằm trong sự quản lý của mạng, thời gian thực của toàn mạng
đợc trạm trung tâm quản lý và điều chỉnh đồng bộ theo đồng hồ của máy tính
trung tâm. Khi có yêu cầu kết nối từ trạm trung tâm (thông qua việc quay số),
thiết bị sẽ tự động trả lời và bắt tay với Modem trạm trung tâm, nếu kết nối đợc
thực hiện, thiết bị đo sẽ tuân thủ mọi mệnh lệnh và yêu cầu từ thiết bị trung tâm.
Với mỗi trạm đo, trung tâm của nó là khối xử lý và điều khiển đ
ợc xây
dựng trên một hệ Onechip 89C52 bên trong cài đặt chơng trình điều khiển quá
trình làm việc của thiết bị. Mọi chức năng và nhiệm vụ đợc thực hiện theo

10
đúng trình tự điều khiển của chơng trình này. lu đồ thuật toán của chơng
trình điều khiển thiết bị đợc thể hiện trên các hình: 2.3a, 2.3b, 2.3c.

13
Chu trình làm việc của thiết bị đợc mô tả nh sau: Sau khi đợc cấp
nguồn, thiết bị bắt đầu làm việc và ngừng làm việc sau khi nguồn bị ngắt
(ngoại trừ khối quản lý thời gian). Ngay sau khi cấp nguồn, bắt đầu kiểm tra sự
làm việc của các khối chức năng và khởi tạo lại các tham số làm việc cho
Modem, đồng hồ, khối hiển thị Nếu bộ nhớ vẫn trống rỗng( bộ nhớ đợc tổ
chức trên cơ sở EEPROM), khối điều khiển sẽ khởi tạo và định dạng lại toàn
bộ bộ nhớ. Sau khi hoàn tất việc khởi tạo, các chức năng của thiết bị bắt đầu
đợc thực hiện.

Có 4 tham số đo đợc hiển thị:
- Tổng lợng ma nửa ngày trớc;
- Tổng lợng ma nửa ngày hiện tại;
- Lợng ma đo đợc của chu kỳ trớc;
- Lợng ma đo đợc của chu kỳ hiện tại.
Với mỗi sự thay đổi tín hiệu từ sensor, một lợng ma 0,1mm sẽ đợc cộng
vào tổng lợng ma của nửa ngày hiện tại (CR-SR) và lợng ma của chu kỳ
hiện tại (CR-R). Khoảng thời gian nửa ngày đợc tính từ 7h00- 17h00 và
19h00- 7h00 ngày hôm sau.
Tại bất cứ thời điểm nào, nếu trạm trung tâm đa ra yêu cầu kết nối, Modem
sẽ tự động nhận biết và kết nối theo các yêu cầu đã đặt ra. Nếu kết nối thành
công, tùy theo lệnh của trạm trung tâm, các công việc khác nhau có thể đợc
thực hiện:
- Đặt lại đồng hồ làm việc cho trạm,
- Gửi số liệu ma đo đợc về trung tâm,
- Truyền các tham số trạng thái làm việc về trung tâm,
- Định dạng lại bộ nhớ lu số liệu.
Việc trao đổi thông tin với trung tâm sẽ kết thúc khi có tín hiệu hủy bỏ kết
nối, giải phóng đ
ờng truyền do trạm trung tâm phát ra.

14
Nhờ đồng hồ của thiết bị mà CPU biết đợc thời gian t của số liệu (tính
bằng hh:mm:ss và dd/mm/yyyy) mà nó đang tính toán do vậy các số liệu ma
đo đợc luôn bảo đảm tính xác thực về thời gian, chúng ta hoàn toàn có thể
biết đợc tại thời điểm t nào đó (nằm trong khoảng lu trữ của bộ nhớ), lợng
ma trạm đã đo đợc là bao nhiêu. Với thiết bị đã đợc thiết kế, cứ 5 phút một
lần, lợng ma lại đợc lu vào bộ nhớ. Bằng những thuật toán tối u hóa số
liệu, chỉ với bộ nhớ 32Kbyte, thiết bị có khả năng lu giữ số liệu liên tục trong
khoảng 3,5 tháng.

CPU cũng làm việc với khối đồng hồ thông qua chức năng ngắt sự kiện,
cứ mỗi giây, các tham số thời gian đợc cập nhật một lần. Nếu chu kỳ đo đủ 5
phút (số phút chia hết cho 5), thì lợng ma vừa đo sẽ đợc lu giữ vào ô nhớ
tơng ứng với thời gian hh:mm:ss, dd/mm/yyyy hiện tại, đồng thời xóa R=0,
và sẵn sàng cho việc tích lũy số liệu của 5 phút tiếp theo. Nếu chu kỳ hiện tại
kết thúc, số liệu tổng lợng ma của chu kỳ hiện tại sẽ đợc chuyển sang tổng
lợng ma chu kỳ trớc (PR_R= CR_R), đồng thời xóa lợng ma chu kỳ hiện
tại CR_R=0 và chuẩn bị cho chu kỳ sau. Khi hết nửa ngày làm việc (thời điểm
7h00 hoặc 19h00), ngoài việc thực hiện công việc khi kết thúc chu kỳ, thiết bị
còn đồng thời chuyển tổng lợng ma của nửa ngày hiện tại cho tổng lợng
ma của nửa ngày trớc (PR_SR=CR_SR) và xóa CR_SR=0 sẵn sàng cho nửa
ngày mới.
Trong trờng hợp thiết bị làm việc nh một thiết bị quan trắc ma và
cảnh báo lũ quét độc lập, chu kỳ quan trắc t đợc đặt bằng tay nhờ hai công tắc
gạt ở mặt sau của thiết bị theo các giá trị: 30, 60, 180 và 360 phút. Hệ số k liên
quan đến ngỡng cảnh báo lũ quét có thể thay đổi với các giá trị: 0.8, 1.0, 1.2
hoặc off tơng đơng với tắt báo động. Việc chọn hệ số k tuỳ thuộc vào các
yếu tố nh: địa hình, thổ nhỡng, môi trờng, tại nơi đặt thiết bị.Việc thay
đổi hệ số này cũng đợc thực hiện nhờ 2 công tắc gạt ở mặt sau thiết bị. (xem
Hình 2.4)

15



H×nh 2.4 S¬ ®å bè trÝ c¸c phÝm chøc n¨ng

16
Khối nguồn đợc thiết kế với độ tin cậy cao, các khối chức năng đợc
cấp nguồn nuôi từ Ăc quy qua ổn áp 5V đặc dụng với độ ổn định đặc biệt.

Nguồn 220VAC chỉ đợc sử dụng cho việc nạp bổ sung Ăc quy.
Việc chống sét cho thiết bị đợc thực hiện ở các đầu vào từ sensor và từ
đờng điện thoại. Mạch bảo vệ sét đợc thiết kế trên cơ sở sử dụng các linh
kiện đáp ứng tiêu chuẩn của Việt Nam đối với sét lan truyền theo đờng truyền
có tốc độ cao và băng thông rộng.Việc sử dụng nguồn nuôi từ Ăc quy cũng
hạn chế đáng kể sét lan truyền theo đờng nguồn.
2.2.2. Tính năng kỹ thuật của thiết bị
Trong quá trình thiết kế thiết bị, ngoài việc đáp ứng các chức năng
làmviệc nh thiết bị đầu cuối của mạng đo, nhóm thực hiện đề tài mong muốn
xây dựng một thiết bị đo đa năng có thể làm việc nh một thiết bị đo độc lập
với đầy đủ các chức năng kỹ thuật cần thiết có thể sử dụng trên mạng lới hoặc
tại các điểm đo ma nhân dân với chế độ báo động tại chỗ ma lớn và lũ quét.
2.2.2.1. Tính năng kỹ thuật khi làm việc trong mạng
- Thực hiện kết nối theo yêu cầu từ trung tâm điều khiển mạng.
- Thực hiện đầy đủ các lệnh từ trung tâm điều hành mạng.
- Chu kỳ lấy số liệu nhỏ nhất từ các thiết bị đo là 5 phút.
- Truyền về trung tâm tín hiệu báo động khả năng xẩy ra lũ quét.
- Số liệu đo đợc lu trữ 5 phút một lần liên tục trong 3.5 tháng.
2.2.2.2. Tính năng kỹ thuật ở chế độ làm việc độc lập
- Số liệu đo và các tham số làm việc đợc hiển thị trên LCD.
- Báo động kịp thời bằng cả âm thanh và ánh sáng khi xuất hiện các
ngỡng ma có khả năng xẩy ra lũ quét.
- Có thể đặt chu kỳ quan trắc số liệu tại chỗ theo các giá trị : 30, 60, 180,
360 phút bằng công tắc gạt.
- Ngỡng báo động có thễ thay đổi theo các giá trị: 0.8, 1.0, 1.2 hoặc off
tơng ứng với tắt báo động nhờ các công tắc gạt.

17
- Có đồng hồ làm việc độc lập, có thể chỉnh lại giờ bằng tay.
- Chế độ làm việc độc lâp và chế độ làm việc trong mạng là hai chế độ

làm việc độc lập hoàn toàn không phụ thuộc và ảnh hởng đến nhau.
- Thiết bị đợc nuôi từ nguồn Ăc quy 6V cho phép thiết bị làm việc liên
tục trong 5 ngày nếu mất nguồn điện lới.
2.2. Trung tâm quản lý mạng đo ma thời gian thực.
2.3.1. Cấu trúc trạm trung tâm:
Trạm trung tâm gồm:
- Máy tính đợc cài phần mềm điều khiển mạng quan trắc.
- Thiết bị điều khiển trung tâm.










hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý trung tâm điều khiển mạng.
Máy tính đợc cài phần mềm KTM_NET5 là phần mềm điều khiển mạng,
thông qua khối điều khiển trung tâm quản lý toàn bộ quá trình làm việc và
phân phối lệnh cho hai Modul.
- Các Modul có vai trò và cấu trúc hoàn toàn giống nhau, tiếp nhận lệnh,
lệnh từ trung tâm điều khiển thông qua các Modem quay số, kết nối và
trao đổi thông tin với các trạm lẻ, tiếp nhận và gửi số liệu về khối điều
khiển trung tâm.


Phần mềm
KTM_Net5

modem
COM
Nối ghép
điều khiển
trung tâm
Modul 2Modul 1
trung tâm quản lý mạng
modem


18
- Modem hữu tuyến ghép nối các Modul qua giao diện RS-232, quay số
và kết nối số liệu với các trạm lẻ.
- Đờng Line là các thuê bao điện thoại, đợc cắm trực tiếp vào các
Modem.
Dựa vào danh sách các trạm đo mà phần mềm quản lý, máy tính sẽ tự
động truyền lệnh tới khối điều khiển trung tâm. Sau khi xem xét tình trạng làm
việc (bận/rỗi) của các Modul mà nó quản lý, khối điều khiển trung tâm sẽ phân
phối lệnh cho Modul đang rỗi. Nhiệm vụ của các Modul là tiếp nhận lệnh,
định hớng nhiệm vụ, quay số, kết nối và trao đổi thông tin với các trạm đo
(đợc chỉ sẵn trong dòng lệnh mà nó tiếp nhận). Sau khi thực hiện xong lệnh,
khối Modul sẽ báo kết quả thực hiện lệnh cho máy tính thông qua khối điều
khiển trung tâm.Tùy theo yêu cầu và chế độ làm việc của phần mềm máy tính,
các lệnh khác nhau có thể đợc truyền tới thiết bị điều khiển:
- Đăt đồng hồ cho các trạm lẻ đồng bộ theo đồng hồ máy tính.
- Lấy số liệu lợng ma của các trạm lẻ tại các thời điểm khác nhau.
- Kiểm tra trạng thái làm việc của trạm lẻ.
- Định dạng lại bộ nhớ của trạm lẻ.
2.3.2. Mô tả kỹ thuật thiết bị điều khiển trung tâm
Khối điều khiển trung tâm đợc thiết kế dựa trên cơ sở một hệ Onechip

89C51 đợc cài đặt chơng trình điều khiển và các mạch phối ghép. Chức
năng của nó là:
- Tiếp nhận các lệnh từ máy tính trung tâm.
- Phân phối lệnh cho các Modul rỗi, quản lý kết nối với các trạm lẻ.
- Tiếp nhận kết quả, kết nối số liệu của các Modul.
- Truyền các kết quả thực hiện lệnh về cho máy tính.
Lu đồ thuật toán chơng trình điều khiển thiết bị trung tâm đợc thể
hiện trên các hình 2.6a, 2.6b, 2.6c.


22
Sau khi đợc cấp nguồn, tất cả các khối mạch và các Modul thành phần đợc
thiết lập và khởi tạo chế độ làm việc. Bằng các chức năng quét và ngắt sự kiện,
On-chip của khối trung tâm sẽ đồng thời kiểm soát các yêu cầu làm việc của
máy tính và các Modul. Việc thiết kế trung tâm điều khiển mạng với hai
Modul nhằm tăng nhanh tốc độ lấy số liệu từ các trạm đo mà trung tâm quản
lý thông qua hai đờng thuê bao điện thoại độc lập.
Khi có yêu cầu gửi lệnh từ máy tính, trạng thái bận/rỗi của CPU sẽ đợc
báo về máy tính. Nếu CPU đang ở trạng thái rỗi, lệnh từ máy tính sẽ đợc tiếp
nhận, đa vào hàng đợi (bộ nhớ đệm) và chờ thực hiện lệnh (lúc này đờng
giao tiếp với máy tính của CPU đợc đặt trong tình trạng bận). Tùy tình trạng
làm việc của các Modul mà lệnh trong bộ nhớ đệm sẽ đợc giao cho Modul
nào rỗi, nếu các Modul đều đang bận lệnh sẽ tiếp tục đợc duy trì và đợi thực
hiện. Trên thực tế việc truyền lệnh cho các Modul rất nhanh so với việc thực
hiện lệnh của các Modul này, vì vậy nếu máy tính cần gửi một chuỗi lệnh thì
thao tác bắt tay với máy tính (cơ chế cho/nhận nhiệm vụ) sẽ thờng xuyên
đợc thực hiện. Việc này bảo đảm nếu có lệnh gửi ra thì phải chắc chắn đợc

thực hiện.
Sau khi hoàn thành việc thực hiện lệnh, các Modul sẽ đa ra tín hiệu
yêu cầu giao tiếp số liệu. Việc này sẽ đợc CPU chấp nhận nếu các thao tác
số liệu khác đã thực hiện xong, lúc đó CPU sẽ đa ra tín hiệu chấp nhận giao
tiếp số liệu và kết quả thực hiện lệnh sẽ đợc CPU tiếp nhận, phân loại lệnh
và báo về cho máy tính trung tâm, kết thúc một chu trình thực hiện lệnh.
Do trạm trung tâm đợc cấu trúc gồm nhiều Modul, nên các chu trình lệnh sẽ
đợc đan xen thực hiện. Điều này rất có ý nghĩa trong trờng hợp cần thực
hiện nhiều lệnh cho nhiều trạm lẻ và trong một chu trình ngắn.
Việc xây dựng thiết bị có cấu trúc dạng Modul có ý nghĩa rất lớn không
chỉ về tính mở của hệ thống mà nó còn tối u hóa việc thực hiện các nhiệm vụ
kết nối số liệu. Quá trình vận hành của khối Modul thực hiên theo đúng trình