市級區(qū)域自動氣象站遠程控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

陳蘭　青娉楚　姚朋　康晉榮

摘 要：市級區(qū)域自動氣象站遠程控制系統(tǒng)通過對軟、硬件聯(lián)合開發(fā)，實現(xiàn)了對區(qū)域自動氣象站遠程重啟、參數(shù)設置、站點信息查詢、控制記錄查詢、控制命令查詢等主要功能。系統(tǒng)采用人機交互的方式，界面美觀友好，信息查詢方便，數(shù)據(jù)存儲安全可靠，易維護、操作。今后，除設備硬件故障意外的故障均可通過遠程控制，將大大緩解市縣區(qū)域自動站維護壓力，節(jié)省人力物力成本，縮短故障時間，對市級區(qū)域自動氣象站傳輸質量考核將起到不可估量的作用。

關鍵詞：區(qū)域；氣象站；遠程；控制

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0035-02

1 研究背景

在對市級區(qū)域自動氣象站運行監(jiān)控過程中發(fā)現(xiàn)：當區(qū)域站缺測時，無法在第一時間判斷引發(fā)故障原因是設備死機、GPRS通訊堵塞還是硬件故障，導致不能在最短時間內排除故障。據(jù)統(tǒng)計本市《區(qū)域自動氣象站故障維修記錄表》發(fā)現(xiàn)，有一半以上的故障都是因為設備死機或GPRS堵塞中斷造成，兩種故障處理都需維護人員現(xiàn)場重啟設備。因縣局人少事多，現(xiàn)場維修存在不同時長的延遲，在這期間故障站點一直處于缺測狀態(tài)，對全市區(qū)域自動站傳輸質量考核造成較大影響，且該影響不可逆轉。隨著氣象現(xiàn)代化建設的不斷推進，市級區(qū)域自動氣象站數(shù)量將越來越多，站點繁多、地域寬廣將給運行維護帶來極大困難。因此，研發(fā)一套遠程控制系統(tǒng)顯得尤為重要[1]。

2 系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)研究主要分為軟件開發(fā)和硬件開發(fā)兩大部分，主要包括三大模塊：

（1）遠程控制平臺。該平臺集成了遠程控制系統(tǒng)的所有功能，使整個控制操作簡單、直觀。

（2）遠程控制硬件模塊。該模塊可實現(xiàn)與PC端連接，數(shù)據(jù)安全傳輸可靠，通過GSM模塊發(fā)送加密指令到各個站點實現(xiàn)各種控制操作，方便快捷。同時也能接收自動站發(fā)回的各種實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（3）遠程開關硬件模塊。該模塊使自動站設備可以遠程接收加密指令并對所控制的電路實現(xiàn)物理性質的開關操作，安全可靠，既不破壞原有電路，又能夠方便快捷的安裝[2]。

2.1 軟件部分

本系統(tǒng)主要用于遠程控制市級區(qū)域自動站，即對指定的區(qū)域自動站通訊卡進行短信控制，主要實現(xiàn)以下目標：

（1）系統(tǒng)采用人機交互的方式，界面美觀友好，信息查詢方便，數(shù)據(jù)存儲安全可靠，易維護、操作。

（2）實現(xiàn)對所有區(qū)域站通訊卡進行短信發(fā)送，以便對其進行遠程操作。

（3）實現(xiàn)對所有區(qū)域站通訊卡進行短信接收，以便獲取其參數(shù)設置等信息。

（4）實現(xiàn)對站點信息、控制命令等進行查詢。

2.1.1 系統(tǒng)功能結構（圖1）

2.1.2 數(shù)據(jù)庫設計

考慮到本系統(tǒng)信息量不大，數(shù)據(jù)庫主要用來存在站點信息、常用命令、已發(fā)送和接收短信等信息，因此對數(shù)據(jù)庫的要求并不是很高，所以本系統(tǒng)采用Microsoft Access 2010作為數(shù)據(jù)庫，其中包含了5張數(shù)據(jù)表分別存儲相關信息。數(shù)據(jù)庫中的表及用途如表1所示。

2.1.3 公共類設計

為提高代碼的重用率，方便代碼管理，本系統(tǒng)創(chuàng)建了兩個公共類：一個為ConnClass類，主要用來訪問數(shù)據(jù)庫，一個為GSM類，主要用來操作短信貓。

2.1.4 登錄模塊設計

為增強系統(tǒng)安全性，登錄模塊主要用于對系統(tǒng)的用戶進行安全性檢查，只有密碼驗證成功的用戶才可進入系統(tǒng)主界面。

2.1.5 主界面設計

系統(tǒng)所有功能都集中在主界面的操作菜單中，其中包括站點管理、遠程控制、控制記錄、控制命令、系統(tǒng)管理和幫助，每個功能又包含自己的子菜單，詳情見表2所示。具體實現(xiàn)：使用MenuStrip控件制作系統(tǒng)的功能菜單，使用StatusStrip控件制作系統(tǒng)的狀態(tài)欄，使用timer組件獲取當前系統(tǒng)時間[3]。

2.1.6 遠程控制發(fā)送模塊設計

遠程控制模塊是本系統(tǒng)中最重要的一部分，通過此模塊可以控制單個或多個站點，它需要短信貓硬件支持，所有發(fā)送的短信都是通過通過動態(tài)鏈接庫調用短信貓發(fā)送出去的。在遠程控制界面中，用戶可手動數(shù)據(jù)接收號碼或調用站點信息選擇接收號碼。發(fā)送內容可手動輸入或調用常用命令。本模塊的關鍵技術在用連接硬件短信貓，通過廠商提供的dllforvc.dll動態(tài)鏈接庫中的GSMModemSM Ssend函數(shù)，該函數(shù)將發(fā)送的短信通過短信貓發(fā)送到指定的電話號碼。

2.1.7 遠程控制接收模塊設計

完整的遠程控制不僅要具備發(fā)送功能，還需要具備短信接收功能。短信接收模塊是利用動態(tài)鏈接庫dllforvc.dll中的GSMModemSMSReadAll函數(shù)來讀取受控站點通訊卡的信息，然后插入到數(shù)據(jù)庫中，通過數(shù)據(jù)空間顯示出來。該模塊的技術難點是每次窗體加載時，首先要對短信貓進行連接，連接成功后檢查短信貓中的卡是否有短信，如果有則先清空數(shù)據(jù)庫，然后從卡中將短信讀取出來保存在數(shù)據(jù)庫中，最后通過數(shù)據(jù)空間將內容顯示出來[4]。

2.2 硬件部分

2.2.1 遠程控制硬件模塊——短信貓

短信貓屬于硬件設施，主要作用是收發(fā)短信。它通過串口與計算機連接，要通過程序使計算機能夠操作短信貓，利用其附帶的動態(tài)鏈接庫調用其中的各種函數(shù)實現(xiàn)短信的發(fā)送與接收。遠程控制中的短信發(fā)送關鍵技術是短信貓廠商提供的dllforvc.dll動態(tài)鏈接庫中的GSMModemS MSsend函數(shù)，該函數(shù)用于將輸入的短信通過短信貓發(fā)送到制定的電話號碼中?？刂朴涗浿械囊呀邮斩绦抨P鍵技術是利用動態(tài)鏈接庫dllforvc.dll中的GSMModemSMSReadAll函數(shù)讀取SIM卡中的短信。本系統(tǒng)使用的主要函數(shù)包括：

GSMModemGetSnInfoNew函數(shù)：用于獲取短信貓注冊需要的信息。

GSMModemGetDevice函數(shù)：用于獲取當前的通信端口。

GSMModemGetBaudrate函數(shù)：用于獲取當前通信波特率。

GSMModemGetInitNew函數(shù)：用于初始化短信貓。

GSMModemSMSsend函數(shù)：用于發(fā)送短信。

GSMModemSMSReadAll函數(shù)：用于獲取所有短信息。

2.2.2 遠程開關硬件模塊——電路控制器

電路控制器主要通過GSM通信模塊和繼電器控制站點采集器電源開關?？赏ㄟ^密碼驗證設置短信貓中的通信卡為管理員賬號，設置成功后，管理員賬號就可通過短信對其進行通電、斷電操作。電路控制器的線路連接顯得至關重要，決定著能否對設備進行遠程控制。它需要兩組線路，一組由8.8B電池接入端供12V直流電，一組由8.8B負載端正極輸出，采器供電正進負出，到電路控制器繼電器模塊正進負出，最后回到8.8B負載端負極[5]。

3 研究成果

本系統(tǒng)達到了預期要求，實現(xiàn)了以下四大功能：

（1）查詢全市管轄的所有自動站站點信息。

（2）對管轄范圍內的所有故障站點實現(xiàn)立即重啟。

（3）獲取指定區(qū)域自動站的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（4）實現(xiàn)遠程獲取、設置區(qū)域自動站采集器參數(shù)。

4 結語

隨著氣象現(xiàn)代化建設的不斷推進，區(qū)域自動氣象站建設數(shù)量將越來越多，后期的維護壓力巨大。根據(jù)目前自動站運行監(jiān)控情況來看，過半的故障是因設備死機、GPRS堵塞中斷或參數(shù)設置錯誤造成的。今后因這些原因造成的缺測均可通過本系統(tǒng)進行遠程解決，緩解了我市自動站維護壓力，節(jié)省了人力物力成本，縮短了故障時間，對市級區(qū)域自動氣象站傳輸質量考核將起到不可估量的作用。

參考文獻

[1]呂文華，薛鳴方，行鴻彥.自動氣象站技術與應用[M].中國質檢出版社，中國標準出版社，2013.

[2]姜增如.Access 2010數(shù)據(jù)庫技術及應用[M].北京理工大學出版社，2012.

[3]馬駿.C#程序設計教程（第3版）[M].人民郵電出版社，2014.

[4]李廣杰.區(qū)域自動氣象站常見故障分析與處理[J] 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015，（20）：217.

[5]郭曉燕，李春龍，張淑娜.區(qū)域自動氣象站常見故障及維修方法[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2011，（3）：317.