Lựa chọn thiết bị và áp dụng vào xây dựng trạm khí tượng

CHƯƠNG II
Lựa chọn thiết bị và áp dụng vào xây dựng trạm khí tượng
Dự báo khí tượng càng ngày càng đóng vai trò quan trọng trong rất nhiều
lĩnh vực trong cuộc sống của con người, có thể kể ra như trong ngành công nghiệp
hàng không, các công ty vận chuyển, lắp đặt biển / cảng, sân bay, hoạt động quân
sự, các công ty thăm dò ngoài khơi, khai thác trang trại gió, các hoạt động nông
nghiệp và các viện nghiên cứu, ….

Do đó, hiện nay cảm biến đo các thông số của trạm khí tượng hiện nay
được rất nhiều hãng trên thế giới chế tạo và nghiên cứu phát triển SEBA – Đức
là hãng chuyên về các thiết bị quan trắc khí tượng, hệ thống quan sát GAMMA
của Siemens, vaisala của Phần Lan, …. Cũng với các tính năng là lấy dữ liệu
trực tiếp từ 1 hệ thống các cảm biến được tích hợp trong cùng một thiết bị để đo
các đại lượng cơ bản của thời tiết như nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió, tốc độ gió,
lượng mưa, áp suất,…và được kết nối qua cổng nối tiếp với giao thức truyền
thông được xây dựng trên nền là hệ điều hành Microsoft Windows.
Trong rất nhiều thiết bị của các hãng trên thế giới thì thiết bị WXT 510
của hãng Vaisala Phần Lan là một trong những thiết bị tốt nhất với các ưu điểm
vượt trội về thiết kế gọn nhẹ, chắc chắn, tiêu thụ ít năng lượng, cài đặt nhanh và
dễ dàng cùng một bộ công cụ hỗ trợ đặt cấu hình cho PC.

Đồ án tốt nghiệp

1

Nguyễn Tập Toàn


1. Cảm biến đa năng WXT510

Hình 1 Cảm biến đa năng WXT510

Thời tiết Transmitter WXT510 là một thiết bị đa chức năng nhỏ gọn,
cung cấp 6 tham số thời tiết trong cùng một thiết bị. WXT510 có khả năng đo
tốc độ và hướng gió, lượng mưa, áp suất khí quyển, nhiệt độ và độ ẩm.
WXT510 cấp nguồn từ 5 đến 30 VDC và dữ liệu kết quả đầu ra với các
giao thức truyền thông có thể lựa chọn là: SDI-12, ASCII tự động và NMEA
0183 với tùy chọn truy vấn. Bốn giao diện nối tiếp thay thế RS-232, RS-485,
RS-422 và SDI-12.
- Dễ lắp đặt
WXT510 lắp đặt sẵn module PTU nên WXT510 chỉ cần được lắp
thẳng đứng, nối với bộ thu thập số liệu và nguồn.
- Dễ cài đặt :
WXT510 sản xuất theo yêu cầu khách hàng nên có thể yêu cầu cài
đặt thêm phần mềm của WXT510. Đây là công cụ dành cho cấu hình của
WXT510 bao gồm phần mềm dễ sử dụng Window nên có thể điều chỉnh

Đồ án tốt nghiệp

2

Nguyễn Tập Toàn


cài đặt WXT510 xa hơn nữa. Phần mềm này có thể dùng như giao diện
của người sử dụng WXT510 trên máy tính.
* Thông số chung :
Start-up

tự động

Cổng H/W

SDI-12, RS-232, RS-485, RS-422

Tốc độ truyền ( Baud rate)

1200,2400,…..115200
- 52 ... 60oC (- 60 ... +140oF)

Vùng nhiệt độ hoạt động
Vùng nhiệt độ lưu trữ thiết bị khi
hoạt động
Vùng độ ẩm hoạt động

- 60 ... 70oC (- 76 ... +158oF)
0 ... 100%RH

Kích thước :
Chiều cao

240 mm (9,4 in)

Đường kính

127 mm (5,0 in)

Trọng lượng

650g ( 1,43lbs)

Đồ án tốt nghiệp

3

Nguyễn Tập Toàn


Hình 2 Các kích thước của cảm biến WXT510
- Nguồn cấp :
Điện áp cấp vào

:

5 ... 30 VDC

Tổn hao năng lượng trung bình :
Thấp nhất

Đồ án tốt nghiệp

: 0,07 mA ở 12 VDC (với SDI-12 mode)

4

Nguyễn Tập Toàn


Cao nhất

: 3 mA ở 30 VDC (đo liên tục các thông

số)
Thông thường: 3mA ở 12VDC (với khoảng thời gian đo
mặc định)
- Gió :
+ Tốc độ gió :
Dải đo

0 ... 60m/s

Thời gian đáp ứng

0.25s

Các biến số

trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất

Độ chính xác

± 0,3m/s hoặc ± 2% lấy cái nào lớn hơn

Đơn vị

m/s, km/h, knots

+ Hướng gió :
Góc phương vị

0 ... 360o

Thời gian đáp ứng

250ms

Các biến số

trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất

Độ phân giải

1o

Độ chính xác

± 2o

+ Khung đo :
Thời gian trung bình :

1 ... 600s (= 10min)

tại mỗi bước 1 giây trên cơ sở mẫu 0,25 giây
Khoảng thời gian cập nhật:

1... 3600s (= 60min)
tại các bước 1 giây

Đồ án tốt nghiệp

5

Nguyễn Tập Toàn


- Lượng mưa : lượng tích luỹ sau lần xác lập lại tự động gần nhất hoặc
xác lập lại bằng tay
Phạm vi thu thập

60cm2

Độ phân giải

0,01 mm (0,001 in)

Độ chính xác

5%

Đơn vị

mm, inch

- Nhiệt độ :
Dải đo

- 52 ... +60 oC (- 60 ... +140oF)

Độ chính xác tại +20oC (+68oF )

± 0,3oC (± 0,5 oF)

Độ phân giải

0,1oC (0,1 oF)

Đơn vị

o

C , oF

- Áp suất :
Dải đo

600 ... 1100 hPa

Độ chính xác

± 0.5 hPa tại 0…+30 oC ( +32…..+86 oF)

Độ phân giải

0.1 hPa, 10 hPa, 0.0001 bar, 0.1mmHg,
0.01 inHg

Đơn vị

hPa, bar, mmHg, inHg

- Độ ẩm tương đối :

Dải đo

0 ... 100 %RH

Độ chính xác

±0,3 %RH trong khoảng 0 ... 90 %RH

Độ phân giải

0,1 %RH
Các nguyên lý đo của cảm biến

Đồ án tốt nghiệp

6

Nguyễn Tập Toàn


WXT 510 tích hợp nhiều cảm biến khác nhau của hãng Vaisala. Tuy nhiên
chúng không được thiết kế tách ròi mà cùng được đặt trong một cảm biến
chung. Mỗi cảm biến thành phần đều được chế tạo theo công nghệ chế tạo cảm
biến thời tiết của hãng Vaisala. Cảm biến WXT gồm có 1 bộ cảm biến đo gió để
đo tốc độ và hướng gió, một cảm biến đo lượng mưa và gồm có một module
PTU mà trong đó lại bao gồm cả các cảm biến nhỏ hơn để đo nhiệt độ, áp suất,
độ ẩm.

Hình 23 Cảm biến WXT510 nhìn theo mặt cắt

1.1. Cảm biến đo gió WINDCAP

WXT510 sử dụng cảm biến Vaisala WINDCAP® trong việc đo gió.

Đồ án tốt nghiệp

7

Nguyễn Tập Toàn


Các cảm biến gió là ba cột đầu dò siêu âm cách đều nhau trên một mặt
phẳng nằm ngang. Hướng gió và tốc độ gió được xác định bằng cách đo thời
gian sóng siêu âm di chuyển từ đầu dò này sang tới hai đầu dò còn lại và ngược
lại.Thời gian vận chuyển này phụ thuộc vào tốc độ gió dọc theo đường siêu âm.
Đối với lúc tốc độ gió bằng 0, cả thời gian di chuyển giữa 2 cột chiều đến và đi
là như nhau. Nếu có gió tồn tại dọc trên đường đi của âm thanh có nghĩa là thời
gian truyền của hướng gió đi thuận so với hướng gió sẽ giảm, và thời gian
truyền của hướng gió đi ngược so với hướng gió sẽ tăng.
Cảm biến đo gió đo thời gian di chuyển của song siêu âm theo cả 2
hướng. Khoảng thời gian này phụ thuộc vào tốc độ gió dọc theo đường đi của
sóng siêu âm. Nếu tốc độ gió bằng 0 có nghĩa là thời gian song truyền xuôi và
ngược bằng nhau. Nếu có gió tồn tại dọc trên đường đi của âm thanh có nghĩa là
thời gian truyền của hướng gió đi lên sẽ tăng và đi xuống sẽ giảm. Từ các thời
gian truyền đo được tại 3 đường khác nhau, bộ vi điều khiển sẽ tính toán tốc độ
và hướng gió theo chiều ngang. Tốc độ gió theo thời gian di chuyển đo được
được tính theo công thức sau:

Trong đó:
Vw = tốc độ gió

L
= khoảng cách giữa 2 cột đầu dò cảm biến
tf
= Thời gian truyền theo chiều thuận
tr
= thời gian truyền theo hướng ngược
Đo 6 thời gian truyền giữa 3 cọc ( 2 chiều) sẽ được 3 giá trị Vw cho mỗi
cặp 3 đường đi của sóng siêu âm. Tốc độ gió tính được là độc lập với độ cao,
nhiệt độ và độ ẩm do các đại lượng này bị khử đi khi đo thời gian truyền theo cả
2 hướng, mặc dù từng thành phần thời gian thì lại phụ thuộc vào các đại lượng
trên. Giá trị Vw của 2 đường này là đủ để tính được tốc độ cũng như hướng gió.
Với kĩ thuật xử lý tín hiệu thì có thể tính toán được tốc độ và hướng gió từ 2
đường này với chất lượng tốt nhất.

Đồ án tốt nghiệp

8

Nguyễn Tập Toàn


Tốc độ gió được coi là 1 đại lượng vô hướng có đơn vị m/s, kt, mph,
km/h. Hướng gió được biều thị bằng độ (o). Hướng gió được ghi bằng WXT510
cho biết hướng mà gió thồi tới cảm biến. Hướng bắc là 0 o, đông là 90o, nam là
180o, tây là 270o.
Hướng gió được không tính được khi tốc độ gió giảm xuống dưới
0.05m/s. Trong trường hợp này, đầu ra được tính gần thời điểm đo nhất sẽ được
duy trì cho đến khi tốc độ gió lại tăng đến 0.05m/s.
Giá trị trung bình của tốc độ và hướng gió được tính như 1 đại lượng
trung bình vô hướng của tất cả các mẫu trong toàn bộ khoảng thời gian trung

bình được chọn(1…900s). Số lượng mẫu tuỳ thuộc vào tốc độ lấy mẫu: 4 Hz
(mặc định), 2 Hz hoặc 1 Hz. Các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ và
hướng gió đại diện cho các cực trị đáp ứng trong khoảng thời gian trung bình
được chọn.
1.2. Cảm biến đo lượng mưa RAINCAP

Cảm biến đo lượng mưa bao gồm một hộp vỏ bằng thép và một cảm biến
áp điện được đặt ở mặt dưới của vỏ.
Cảm biến đo lượng mưa có thể nhận biết được tác động của từng giọt
mưa riêng biệt. Các tín hiệu do tác động của các hạt mưa tỉ lệ thuận với thể tích
của các hạt mưa. Do đó tín hiệu của mỗi hạt mưa có thể được chuyển đổi trực
tiếp thành lượng mưa tích tụ. Kỹ thuật lọc nhiễu tiên tiến được áp dụng để lọc
ra các tín hiệu bắt nguồn từ các nguồn khác chứ không phải từ các hạt mưa.
Các thông số đo được là lượng mưa, hướng các hạt mưa, lượng mưa lớn
nhất và thời gian của mỗi trận mưa. Việc nhận biết được từng giọt mưa cho
phép tính toán được lượng mưa và cường độ trận mưa với độ phân giải cao.
Cường độ của một cơn mưa được cập nhật 10s một lần là kết quả của cường độ
trong suốt một phút trước khi một bản tin yêu cầu hoặc tự động được gửi đi (đối
với phản ứng tới một trận mưa, trong suốt phút đầu tiên của trận mưa, cường độ
được tính trong suốt quá trình mưa kéo dài theo các bước 10 giây một thay vì
cố định một phút một ). Cường độ mưa lớn nhất biểu diễn cho giá trị lớn nhất

Đồ án tốt nghiệp

9

Nguyễn Tập Toàn


của các giá trị cường độ mưa tính toán được hiện thời từ lúc giá trị cường độ

được đặt lại lần sau cùng.
Cảm biến còn có khả năng phân biệt mưa đá với các giọt mưa bình
thường. Các thông số đo mưa đá là lượng mưa đá tích luỹ, cường độ mưa đá lớn
nhất và hiện tại và khoảng thời gian của một trận mưa đá.
Cảm biến đo mưa hoạt động theo 4 chế độ sau:
- Chế độ Khởi động/ Kết thúc: Cảm biến sẽ tự động gửi một bản tin lượng
mưa trong 10s sau khi nhận được tín hiệu từ hạt mưa đầu tiên. Các bản
tin được gửi liên tục khi trời tiếp tục mưa và chỉ kết thúc khi hết mưa.
- Chế độ tipping bucket (): Chế độ này mô phỏng kiểu tipping bucket của
các cảm biến đo mưa. Cảm biến tự động gửi một bản tin về mưa khi bộ
đếm đếm được sự tăng theo đơn vị (0,1mm/0,01inch).
- Chế độ thời gian: Cảm biến tự động gửi một bản tin về mưa trong khoảng
thời gian cập nhật được định nghĩa bởi người dùng.
- Chế độ thu: Cảm biến gửi một bản tin về mưa mỗi khi người dung gửi
yêu cầu.
1.3. Module PTU

Module PTU bao gồm những cảm biến riêng biệt dành để đo áp suất,
nhiệt độ và độ ẩm.
Nguyên lý đo của các cảm biến áp suất, nhiệt độ, độ ẩm dựa trên một
máy tạo dao động RC hiện đại và 2 tụ điện chuẩn mà dựa vào đó điện dung của
các cảm biến được đo một cách liên tục. Bộ vi xử lý của máy phát tín hiệu sẽ
thực hiện việc bù nhiệt độ do việc phụ thuộc của các cảm biến áp suất và độ ẩm.
Module PTU bao gồm:
• Cảm biến điện dung chất dẻo BAROCAP để đo áp suất
Các cảm biến điện dung chất dẻo BAROCAP là một bộ cảm biến áp suất
được sản xuất bởi công nghệ silicon dung để đo áp suất. Chúng có những đặc
tính trễ và lặp rất tốt, đồng thời ít phụ thuộc nhiệt độ và có độ ổn định lâu dài

Đồ án tốt nghiệp

10

Nguyễn Tập Toàn


Hình 24 Cảm biến áp suất BAROCAP
Cảm biến áp suất BAROCAP bao gồm 2 lớp tinh thể silicon, giữa 2 lớp
này chứa một lớp thuỷ tinh. Lớp silicon mỏng hơn được khắc axit trên cả 2 mặt
để tạo ra một lỗ chân không dành để tạo ra áp suất tuyệt đối và để tạo thành một
màng silicon nhạy với áp suất. Lớp silicon dày hơn sẽ đóng vai trò là chân đế
cứng của cảm biến và nó được phủ bởi một chất điện môi bằng thuỷ tinh. Mảnh
mỏng hơn của silicon được ghép tĩnh điện với bề mặt của thuỷ tinh để tạo thành
một liên kết vững chắc và kín. Lớp bọc kim loại kiểu màng mỏng sẽ được đặt
sao cho có thể tạo ra một điện cực của tụ điện nằm bên trong của lỗ chân không,
còn cực kia là màng silicon nhạy với áp suất.
Hệ số giãn nở nhiệt của silicon và thuỷ tinh được sử dụng trong cảm biến
áp suất BAROCAP được kết hợp một cách cẩn thận để tối thiểu hoá sự phụ
thuộc vào nhiệt độ và để kéo dài tối đa thời gian ổn định của cảm biến.
BAROCAP được thiết kể để có thể đạt được sự phụ thuộc nhiệt độ là 0 tại áp
suất 1000hPa và thời gian ổn định được kéo dài bằng cách gia nhiệt.
Cảm biến điện dung này có đặc điểm là khoảng đo rộng và không có hiệu
ứng tự nóng lên. Các đặc trưng về độ trễ và lặp tốt dựa vào các đặc điểm của lò
xo lý tưởng của tinh thể silicon. Vật liệu silicon ở đây được đưa vào chỉ một vài
phần trăm trong toàn bộ khoảng co giãn.
• Cảm biến điện dung gốm THERMOCAP để đo nhiệt độ không khí
Đồ án tốt nghiệp

11

Nguyễn Tập Toàn


Cảm biến hoạt động dựa vào nguyên lý điện dung của các hạt gốm ở bên
chất điện môi thay đổi theo nhiệt độ. Nó được chế tạo bằng các vật liệu điện
môi bằng gốm, sự biến thiên nhiệt độ có thể được điều chỉnh chính xác bằng
cách lựa chọn vật liệu và các thông số điều khiển quá trình.

Hình 25 Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ THERMOCAP
Các điện cực bằng kim loại được đặt ở trên cả 2 mạt của con chip nhỏ
bằng gốm (chiều 0,5x0,5x0,2). Điện trở giữa các điện cực là một hàm của nhiệt
độ. Để đảm bảo cho sự chống ẩm tuyệt đối thì cảm biến được bịt kín trong một
bằng một nút thuỷ tinh (dài 2,5mm; đường kính 1,5mm) với 2 đầu nối bằng
dây chì(đường kính 0,4mm). Để tránh việc có thể điện dung không điều chỉnh
được, VD như việc xuất hiện giọt nước ở trên nút thuỷ tinh, thì một vỏ bọc bằng
nhôm kiểu màng mỏng được nối điện xuống đất sẽ được đặt bên trên của nút và
dây chì. Lớp vỏ bọc này cũng có những đặc tính bức xạ tốt để giảm thiểu các
sai số về mặt bức xạ (±2oC).
• Cảm biến điện dung màng mỏng HUMICAP 180 để đo độ ẩm
Nó hoạt động dựa vào sự thay đổi điện dung của 1 màng polyme mỏng
khi nó hấp thụ các phân tử nước. Màng mỏng này có thể hấp thụ hoặc bay hơi
nước khi độ ẩm của không khí ở môi trường xung quanh tăng lên hoặc giảm
xuống. Các đặc tính điện môi của màng polymer phụ thuộc vào lượng nước
chứa trong nó: khi độ ẩm tương đối thay đổi, điện dung của cảm biến cũng thay
đổi theo. Trong đo độ ẩm, đặc biệt là khi điều chỉnh thì điều quan trọng là nhiệt
độ phải đạt đến trạng thái cân bằng. Ngay cả một sự chênh lệch rất nhỏ của

Đồ án tốt nghiệp

12

Nguyễn Tập Toàn


nhiệt độ giữa đối tượng cần đo và cảm biến cũng có thể gây ra sai số. VD như ở
20oC và độ ẩm 50% thì chênh lệch nhiệt độ giữa đối tượng cần đo và cảm biến
là ±1oC thì sẽ gây ra sai số là ±3%. Nếu độ ẩm tương đối là 90% thì sai số có
thể lên đến ±5,4%.
Sai số lớn nhất khi nhiệt độ của cảm biến sai khác so với nhiệt độ môi
trường và độ ẩm cao. Sự sai khác một vài đọ có thể làm cho nước ngưng tụ lên
trên bề mặt cảm biến. Những hệ thống thông gió hiệu quả sẽ tăng tốc sự bay hơi
trong khi những chỗ không được thông ío thì có thể mất tới hang giờ mới bay
hơi được. Cảm biến HUMICAP 180 sẽ quay trở lại hoạt động bình thương ngay
khi nước bay hơi hết. Bất kì sự ngưng tụ nước nào trên cảm biến cũng có thể
làm ngắn tuổi thọ của nó và làm thay đổi thang chia độ.

Hình 26 Sai số đo lường tại độ ẩm tương đối 100% khi sự chênh lệch nhiệt
độ giữa môi trường và cảm biến là 1oC

2. Các giao thức
WXT được nối với máy tính một cách trực tiếp thông qua cổng nối
tiếp.
Đồ án tốt nghiệp

13

Nguyễn Tập Toàn


2.1. Các giao thức truyền thông nối tiếp

Ngay khi WXT510 được nối và cấp nguồn một cách tương thích thì việc
truyền dữ liệu có thể bắt đầu. Các giao thức truyền thông sẵn có trong các giao
diện nối tiếp được trình bày như bảng sau:
Bảng 1 Các giao thức truyền thông của WXT510
Giao diện nối
tiếp
RS-232

RS-485

RS-422

SDI-12

Các giao thức truyền thông sẵn có
Chế độ ASCII tự động và tuần tự
Truy vấn kiểu NMEA 0183 v3.0 tự động
Chế độ đo SDI-12 v1.3 thường và SDI-12 v1.3 liên
tục
Chế độ ASCII tự động và tuần tự
Truy vấn kiểu NMEA 0183 v3.0 tự động
Chế độ đo SDI-12 v1.3 thường và SDI-12 v1.3 liên
tục
Chế độ ASCII tự động và tuần tự
Truy vấn kiểu NMEA 0183 v3.0 tự động
Chế độ đo SDI-12 v1.3 thường và SDI-12 v1.3 liên
tục
Chế độ đo SDI-12 v1.3 thường và SDI-12 v1.3 liên
tục

2.2. Các lệnh đặt chế độ truyền thông

a) Kiểm tra việc đặt chế độ giao tiếp hiện thời (aXU)
Với lệnh này bạn có thể gọi chế độ giao tiếp hiện thời của WXT510.
Dạng lệnh trong ASCII và NMEA 0183:
aXU<cr><lf>
Dạng lệnh trong SDI-12:
aXXU!
trong đó:
a = Địa chỉ thiết bị, có thể là các kí tự sau: 0(mặc định)→9, A…Z, a…z
XU = Lệnh đặt thiết bị trong ASCII và NMEA 0183
XXU = Lệnh đặt thiết bị trong SDI-12
<cr><lf> = Kết thúc câu lệnh trong ASCII và NMEA 0183
! = Kết thúc câu lệnh trong SDI-12
Đồ án tốt nghiệp

14

Nguyễn Tập Toàn


Trả lời của WXT 510:
aXU,A=a,M=[M],T=[T],C=[C],B=[B],D=[D],P=[P],S=[S],L=[L],N=
[N],V=[V]<cr><lf>
(Giải thích các trường trong phần Phụ lục)
b) Thay đổi việc đặt chế độ giao tiếp hiện thời
Đặt chế độ mong muốn theo câu lệnh sau.
Dạng lệnh trong ASCII và NMEA 0183:
aXU,A=x,M=x,C=x,B=x,D=x,P=x,S=x,L=x,…<cr><lf>

Dạng lệnh trong SDI-12:
aXXU,A=x,M=x,C=x,B=x,D=x,P=x,S=x,L=x!
trong đó:
A, M, C,… là các trường như ở trên.
x = giá trị đầu vào mong muốn
với chế độ ASCII thì kết thúc bằng <cr><lf>,
với SDI-12 thì kết thúc bằng !
*Chú ý:
- Thay đổi các thông số phải theo thứ tự các trường như trên
- Khi chuyển C=1 để trở về SDI-12 thì hệ thống sẽ tự động đặt
1200,7,E,1
(-để cập nhật thông số thay đổi cần đặt lại và nối lại thiết bị theo lệnh
aXZ)
- Câu lệnh đặt lại không thể vượt quá 32 kí tự
- Đặt lại cảm biên để xác nhận những thay đổi về các thông số truyền
thông bằng cách dung lệnh Reset(aXZ)
Ví dụ: Trong chế độ ASCII:
+ Đổi địa chỉ từ 0 sang 1:
Lệnh
: 0XU, A =1<cr><lf>
Trả lời của WXT510 : 1XU, A =1<cr><lf>
+ Kiểm tra lại sự thay đổi:
Đồ án tốt nghiệp

15

Nguyễn Tập Toàn


Lệnh

: 1XU<cr><lf>
Kết quả trả về
:
1XU,A=1,M=P,T=1,C=2,B=19200,D=8,P=N,S=1,L=25,N=WXT510,V=
1.00<cr><lf>
+ Thay đổi chế độ RS-232 ASCII, tuần tự, tốc độ 19200,8,N,1 sang chế độ
RS-485 ASCII, tự động, tốc độ 9600,8,N,1.
Bước 1: Kiểm tra lại hệ thống như trên
Bước 2: Thay đổi bằng lệnh: 0XU,M=A,C=3,B=9600<cr><lf>
Bước 3: Kiểm tra lại hệ thống sau khi đã thay đổi: 0XU<cr><lf>
c) Lấy bản tin:
• Các lệnh thông thường
i.

Lệnh đặt lại (Reset):
+ Trong ASCII và NMEA 0183: aXZ<cr><lf>
+ Trong SDI-12: aXZ!
ii. Lệnh đặt lại chế độ đo: Lệnh này dùng để ngắt tất cả các công việc đo
lường đang thực hiện trên máy truyền và bắt đầu lại từ đầu.
+ Trong ASCII và NMEA 0183: aXZM<cr><lf>
+ Trong SDI-12: aXZM!
iii. Các lệnh lấy bản tin trong chế độ ASCII tuần tự
+ Lệnh truy vấn địa chỉ của thiết bị trên đường truyền: ?<cr><lf>
+ Lệnh kích hoạt thiết bị trên đường truyền: a<cr><lf>
+ Lệnh yêu cầu thông tin đo gió: aR1<cr><lf>
Trả lời của WXT 510:
0R1,Dn=236D,Dm=283D,Dx=031D,Sn=0.0M,Sm=1.0M,Sx=2.2M <cr><lf>
(Giải thích các trường trong phần Phụ lục)
+ Lệnh yêu cầu thông tin đo áp suất, nhiệt độ, độ ẩm: aR2<cr><lf>
Trả lời của WXT 510: (Các thông số trả về có thể cấu hình được):

0R2,Ta=23.6C,Ua=14.2P,Pa=1026.6H<cr><lf>
(Giải thích các trường trong phần Phụ lục)

Đồ án tốt nghiệp

16

Nguyễn Tập Toàn


+ Lệnh yêu cầu thông tin đo lượng mưa: aR3<cr><lf>
Trả lời của WXT 510
0R3,Rc=0.0M,Rd=0s,Ri=0.0M,Hc=0.0M,Hd=0s,Hi=0.0m,Rp=0.0M,Hp=0.0M
<cr><lf>
(Giải thích các trường trong phần Phụ lục)
+ Lệnh yêu cầu bản tin gộp tất cả các thông số: aR<cr><lf>
Trả lời của WXT 510. gộp tất cả các câu trả lời của các lệnh trên theo
thứ tự 0R1, 0R2, 0R3
+ Lệnh truy vấn hỗn hợp: Lệnh này yêu cầu một lệnh gộp bản tin với tập
số liệu về gió, áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa được cấu hình bởi người
dung
aR0<cr><lf>
Trả lời của WXT 510: Số liệu của các thông số đã được cấu hình theo yêu
cầu của người sử dụng.
iv. Các lệnh trong chế độ ASCII tuần tự có mã kiểm tra CRC: Thay tất cả các
chữ cái R trong câu lệnh truy vấn thành r và thêm các kí tự đặc biệt ở cuối bản
tin.
Ví dụ: Lệnh truy vấn hỗn hợp khi địa chỉ là 0: 0R0Kld<cr><lf>
“Kld” là các kí tự dung để làm mã kiểm tra.
v. Các lệnh trong chế độ ASCII tự động: Khi gọi lệnh này thì máy truyền sẽ

gửi các bản tin theo những khoảng thời gian cập nhật do người dung định cấu
hình. Câu lênh tương tự như phần c. Có thể chọn khoảng thời gian cập nhật
khác nhau cho các cảm biến khác nhau.
vi. Các lệnh trong chế độ SDI-12:
Có 2 chế độ SDI-12 khác nhau là SDI-12 v1.3 chuẩn và SDI-12 v1.3 lowpower (tiêu thụ ít năng lượng) - chỉ đo và cho ra số liệu khi yêu cầu(trừ những
đại lượng như lượng mưa là được quan sát liên tục). Vì thế nên sẽ có đầy đủ các
lệnh trong chế độ này, trừ lệnh yêu cầu thông tin lượng mưa. Sự khác nhau cơ
bản của 2 chế độ này là ở năng lượng tiêu thụ. Trong câu lệnh aXU sẽ biết sau
Đồ án tốt nghiệp

17

Nguyễn Tập Toàn


đây thì M=S là để chỉ năng lượng tiêu thụ sẽ được điều khiển bởi người dùng và
thời gian thiết bị sẽ đo (VD như thời gian trung bình đo gió sẽ có tác động như
thế nào đến năng lượng tiêu thụ); M=R để chỉ việc tiêu thụ năng lượng sẽ do
khoảng thời gian cập nhật của các cảm biến quyết định.

 Lệnh truy vấn địa chỉ: ?! trong đó ? là truy vấn địa chỉ, ! là kết thúc.
Lệnh này dùng để truy vấn địa chỉ của thiết bị trên bus. Nếu có nhiều hơn
một cảm biến được nối lên bus thì tất cả chúng sẽ cùng trả lời và sẽ gây ra xung
đột trên bus.
Trả lời của WXT 510: a<cr><lf>

 Lệnh kích hoạt: a! trong đó a là địa chỉ thiết bị.
Lệnh này để đảm bảo là thiết bị sẽ gửi thông tin lên một thiết bị SDI-12
khác. Nó ra lệnh cho thiết bị kích hoạt sự có mặt của mình trên bus của SDI-12.
Trả lời của WXT 510: a<cr><lf>

 Lệnh thay đổi địa chỉ: aAb!
Trong đó a là địa chỉ cũ, b là địa chỉ mới, A là lệnh thay đổi địa chỉ.
Khi lệnh này được ra và thực hiện xong thì cảm biến không cần phải trả
lời câu lệnh nào khác trong vòng 1giây để đảm bảo rằng địa chỉ mới đã được
ghi vào bộ nhớ.
Trả lời của WXT 510: b<cr><lf>

 Câu lệnh nhận dạng: aI! trong đó I là lệnh nhận dạng.
Lệnh này dùng để truy vấn sự tương thích về mức, số model và phiên bản
phần mềm và số seri.
Trả lời của WXT 510: allccccccccmmmmmmvvvxxxxxxxx<cr><lf>
(Giải thích các trường trong phần Phụ lục)
Ví dụ: Lệnh: 0I
Trả lời của WXT:510:
0 13 VAISALA_ WXT510 103 Y2630000 <cr><lf>
Đồ án tốt nghiệp

18

Nguyễn Tập Toàn


 Lệnh bắt đầu đo: aMx!
trong đó: M: lệnh bắt đầu đo
x: cảm biến cần đo (1 = gió; 2 = nhiệt độ, áp suất, độ ẩm; 3 =
lượng mưa; 5= chế độ giám sát)
Lệnh này dùng để lệnh cho thiết bị đo. Dữ liệu đo không được gửi đi một
cách tự động và nên được yêu cầu bằng lệnh gửi dữ liệu aD. Thiết bị chủ không
được phép gửi bất cứ lệnh nào đến thiết bị khác trên bus cho đến khi thực hiện

xong việc đo. Khi một số thiết bị cùng được nối với 1 bus và cùng được yêu
cầu đo thì ta nên dung lệnh đo cùng lúc aC.
Trả lời của WXT 510: Trả về 2 phần:
Phần 1: atttn<cr><lf> với ttt là thời gian để hoàn thành việc đo (đơn vị
thời gian là giây),n là số thông số có thể đo được cùng lúc (lớn nhất là 9)
Phần 2: a<cr><lf> cho biết dữ liệu lại sẵn sang được yêu cầu
 Lệnh bắt đầu đo có mã kiểm tra CRC: aMCx!
Lệnh này tương tự aM nhưng mã kiếm tra CRC 3 kí tự được thêm vào
trước phần kết thúc ! .

 Lệnh bắt đầu đo đồng thời: aCx! trong đó x: cảm biến ( như aMx)
Lệnh này dung khi có nhiều thiết bị trên bus và yêu cầu đo cùng 1 lúc
hoặc có hơn 9 thông số đo được yêu cầu từ cùng 1 thiết bị.
Trả lời của WXT 510: atttnn<cr><lf>(như lệnh aMx,nhưng ở đây nn lớn
nhất= 20)

 Lệnh bắt đầu đo đồng thời với mã kiểm tra CRC: aCCx!
Lệnh này giống aCx nhưng có thêm 3 kí tự KT trước phần kết thúc
!.

 Lệnh gửi dữ liệu: aDx! trong đó x là thứ tự của các lệnh gửi dữ liệu liền
nhau, x=0 nếu là lệnh gửi dữ liệu đầu tiên, nếu tất cả các thông số không lấy
được thì lệnh tiếp theo sẽ có x=1…Giá trị x lớn nhất là 9.
Lệnh này được dung để yêu cầu dữ liệu đo từ thiết bị.

Đồ án tốt nghiệp

19

Nguyễn Tập Toàn

Trả lời của WXT 510:a+<data fields><cr><lf>
trong đó datafields là các thông số cần đo với đơn vị được chọn, ngăn cách
nhau bởi dấu + hoặc - nếu giá trị thông số là dương hoặc âm.

 Lệnh đo liên tục: Tương tự lệnh trong chế độ ASCII, chỉ thay phần kết
thúc <cr><lf> bằng ! .
vii. Các câu lệnh dùng cho bản tin của cảm biến và dữ liệu
Phần này giới thiệu lệnh đặt cấu hình cho cảm biến và định dạng bản tin
dữ liệu đối với tất cả các giao thức truyền thông: ASCII, NMEA 0183 và SDI12.
 Cảm biến đo gió
+ Lệnh kiểm tra hệ thống đo gió:
Định dạng lệnh trong chế độ ASCII và NMEA 0183:
aWU<cr><lf>
Định dạng lệnh trong SDI-12: aXWU!
trong đó: WU = lệnh trong ASCII và NMEA 0183
XWU = lệnh trong SDI-12
Trả lời của WXT 510:
-

trong

ASCII

và

NMEA

0183:

aWU,R=[R],I=[I],A=[A],U=[U],D=[D],N=[N],F=[F]<cr><lf>
- trong SDI-12:
aXWU,R=[R],I=[I],A=[A],U=[U],D=[D],N=[N],F=[F]<cr><lf>
VD: với địa chỉ thiết bị là 0 và chế độ ASCII và NMEA 0183:
Lệnh: 0WU<cr><lf>
Trả lời: 0WU,R=100,I=60,A=10,U=N,D=-0,N=W,F=4<cr><lf>
+ Lệnh thay đổi hệ thống đo gió: với lệnh này chỉ thay đổi được
các thông số trong bản tin dữ liệu gió, thời gian cập nhật, thời gian trung bình,
đơn vị tốc độ gió, hướng gió và kiểu đo gió dùng chế độ NMEA.

Đồ án tốt nghiệp

20

Nguyễn Tập Toàn


Trong
ASCII
và
NMEA:
aWU,R=x,I=x,A=x,U=x,D=x,N=x<cr><lf>
Trong SDI-12: aXWU,R=x,I=x,A=x,U=x,D=x,N=x!
trong đó: A là thời gian trung bình, I là thời gian cập nhất, R là lựa chọn
thông số gió, U là đơn vị, D là hướng gió, N là định dạng của NMEA(T= XDRcú pháp máy biến đổi, W=MWV-tốc độ và góc gió)

Cảm biến đo áp suất, nhiệt độ, độ ẩm
+ Lệnh kiểm tra hệ thống đo áp suất, nhiệt độ, độ ẩm:
Định dạng lệnh trong chế độ ASCII và NMEA 0183:

aTU<cr><lf>
Định dạng lệnh trong SDI-12: aXTU!
Trong đó: a = địa chỉ thiết bị
TU = lệnh chỉ đây là hệ thống cảm biến áp suất, nhiệt độ, độ ẩm
trong ASCII và NMEA 0183
XTU = lệnh chỉ đây là hệ thống cảm biến đó trong SDI-12
Trả lời của WXT 510:
-

trong

ASCII

và

NMEA

0183:

aTU,R=[R],I=[I],P=[P],H=[H]<cr><lf>
- trong chế độ SDI-12:
aXTU,R=[R],I=[I],P=[P],H=[H]<cr><lf>
Trong đó [R] [I][P][H] là các trường giá trị.
+ Lệnh thay đổi hệ thống đo gió: với lệnh này chỉ thay đổi được các
thông số trong bản tin dữ liệu, thời gian cập nhật, đơn vị áp suất và nhiệt độ.
Trong ASCII và NMEA: aTU,R=x,I=x,P=x,H=x<cr><lf>
Trong SDI-12: aXTU,R=x,I=xP=x,H=x!
Cảm biến đo lượng mưa



+ Lệnh kiểm tra hệ thống đo lượng mưa:

Đồ án tốt nghiệp

21

Nguyễn Tập Toàn


Định dạng lệnh trong chế độ ASCII và NMEA 0183:
aRU<cr><lf>
Định dạng lệnh trong SDI-12: aXRU!
Trong đó: RU = lệnh trong ASCII và NMEA 0183
XRU = trong SDI-12
Trả lời của WXT 510:
-

trong

ASCII

và

NMEA

0183:

aRU,R=[R],I=[I],U=[U],S=[S],M=[M],Z=[Z]<cr><lf>
- trong chế độ SDI-12:

aXRU,R=[R],I=[I],U=[U],S=[S],M=[M],Z=[Z]<cr>+ Lệnh thay đổi hệ thống đo lượng mưa: với lệnh này chỉ thay đổi được
các thông số trong bản tin dữ liệu, thời gian cập nhật, đơn vị mưa và mưa đá,
chế độ gửi tự động và reset bộ đếm.
Trong
ASCII
và
NMEA:
aRU,R=x,I=x,U=x,S=x,M=x,Z=x<cr><lf>
Trong SDI-12: aXRU,R=x,I=x,U=x,S=x,M=x,Z=x!
trong đó: R là lựa chọn thông số, I là thời gian cập nhật, U là đơn vị mưa,
S là đơn vị cho hạt mưa, M là chế độ gửi tự động(=R, C, T: gửi tự động mỗi 10
giây, sau mỗi lần rơi được 0,1 mm/0,01inch, theo thời gian cập nhật I), Z: reset
bộ đếm(=M, A, Y: bằng tay, tự động, ngay lúc đó)
2.3. Các trường trong lệnh đặt chế độ giao tiếp hiện thời

• a = Địa chỉ thiết bị
• XU = Lệnh đặt trong ASCII và NMEA 0183
• XXU = Lệnh đặt trong SDI-12
• [A] = Địa chỉ: 0(mặc định) …9, A…Z, a…z
• [M] = Giao thức truyền thông (A=ASCII tự động, a= ASCII tự
động với mã kiểm tra CRC, P = ASCII tuần tự, p= ASCII tuần
tự với CRC, N= NMEA 0183 tự động, Q= NMEA 0183 tuần tự,
Đồ án tốt nghiệp

22

Nguyễn Tập Toàn

S= SDI-12 v1.3-chế độ low-power khi đo và gửi dữ liệu ra khi
có yêu cầu, R= SDI-12 v1.3 đo liên tục= phép đo được thực
hiện trong những khoảng thời gian cập nhật được đặt bởi người
sử dụng)
• [T] = Thông số để kiểm tra (=0 nếu không có thông số nào)
• [C] = Giao diện nối tiếp(1= SDI-12, 2= RS-232, 3= RS-485, 4=
RS-422)
• [B] = Tốc độ truyền (baud): 1200,2400, …115200
• [D] = Số bit dữ liệu truyền: 7/8
• [P] = Kiểm tra chẵn lẻ: O= theo lẻ, E= theo chẵn, N= không
kiểm tra
• [S] = Số bit dừng: 1/2
• [L] = Thời gian trễ trên đường truyền RS-485= 0…10000ms
(khi C=3)
• [N] = Tên thiết bị: WXT510
• [V] = Phiên bản phần mềm(?) (eg: 1.00,2.01,…)
• <cr><lf> = Kết thúc trả lời
2.4. Các trường trong lệnh yêu cầu thông tin đo gió

• R1= lệnh truy vấn thông tin về gió
• Dn= hướng gió nhỏ nhất (D= độ)
• Dm= hướng gió trung bình
• Dx = hướng gió lớn nhất
• Sn = Tốc độ gió nhỏ nhất (M = m/s)
• Sm = tốc độ gió trung bình
• Sx = tốc độ lớn nhất
2.5. Các trường trong lệnh yêu cầu thông tin đo áp suất, nhiệt độ, độ ẩm

R2= lệnh truy vấn thông tin áp suất, nhiệt độ và độ ẩm
Ta = Nhiệt độ (C = oC)

Đồ án tốt nghiệp

23

Nguyễn Tập Toàn


Ua = độ ẩm tương đối (P= %RH)
Pa = áp suất không khí (H = hPa)
2.6. Các trường trong lệnh yêu cầu thông tin đo lượng mưa

R3 = Lệnh truy vấn thông tin về lượng mưa
Rc = Lượng mưa tích luỹ (M=mm)
Rd = Khoảng thời gian mưa (s=giây)
Ri = Cường độ mưa (M=mm/giờ)
Hc = Lượng mưa đá (M = viên đá/ cm2)
Hd = Khoảng thời gian mưa đá (s = giây)
Hi = Cường độ mưa đá (M= viên đá/ cm2 giờ)
Rp = Cường độ mưa cực đại (M = mm/ giờ)
Hp = Cường độ mưa đá cực đại (M = viên đá/ cm2 giờ)
2.7. Các trường trong câu lệnh nhận dạng: aI!

Khi ra lệnh này, máy sẽ trả về:
allccccccccmmmmmmvvvxxxxxxxx<cr><lf>
Trong đó: ll: phiên bản của SDI-12, cho biết phiên bản tương thích của
SDI-12, VD phiên bản 1.3 được mã hoá là 13
cccccccc: 8 kí tự nhận dạng của hang: Vaisala_
mmmmmm: 6 kí tự chỉ model của cảm biến
vvv: 3 kí tự chỉ phiên bản phần mềm
xxxxxxxx: 8 kí tự chỉ số seri

Đồ án tốt nghiệp

24

Nguyễn Tập Toàn