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【摘要】近年来，我国人工影响天气事业发展迅速，人影服务的手段不断丰富，作业效益也在不断提高，人工影响天气作业服务越来越受到各级政府的重视。为切实提高人影作业的技术水准、科技含量及有效性，提高信息交换的时效及准确性，本文利用单片机、OM手机等先进工具对人影系统的实现做了详细的介绍。
【关键词】人工影响天气；OM手机；GPRS通信
【中图分类号】TP319
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0005-02
引言
随着经济社会发展对人影作业需求的增大，传统的作业指挥方式已不能满足日益增长的社会需求，特别是人影作业面临的诸多矛盾：水资源短缺与经济社会发展对水资源需求之间的矛盾，干旱冰雹等极端天气事件增多与农经作物保护之间的矛盾，日益增加的作业量与日益繁忙的空域之间的矛盾等等，这些矛盾都要求必须不断提高人影作业的指挥水平和技术含量，不断提高人影作业的效益。但是，目前在省级人影作业指挥方面尚没有一套完整的可以推广应用的指挥系统，没有客观定量的作业指针、催化剂量，作业信息收集还处于人工状态，因此迫切需要建立一套实用的人影作业指挥与信息收集平台。
1 总体设计
本系统用于人影作业中，实现作业信息的下达和回馈，实现了作业人员上岗刷卡，作业授权，作业指导，紧急状况处理等信息交互功能。本系统包含的功能有：ID刷卡功能、GPS定位功能、用弹量检测功能、方位角仰角检测功能、手写功能、GPRS功能等。
1、刷卡功能：可以读取EM4100及其兼容ID卡，并能把数据传送给OM手机。OM机把ID卡号发送给中心服务器验证获得作业授权。
2、GPS定位功能：使用GPS模块SKGl6A2采集GPS数据传送至OM手机，OM手机解析GPS发送的NMEA-0183格式的数据，得到经纬度，海拔，时间等信息。
3、用弹量检测功能：采用ADXL345的震动检测功能实现用弹量的计数。
4、方位角仰角检测功能：采用HMCl022磁阻传感器检测地磁和ADXL345加速度传感器检测出的3轴加速度通过计算来获得方位角和仰角的数据。
5、手写功能：用户可以在触摸屏上完成作业信息的输入，确认等操作。
6、GPRS功能：OM手机集成移动网络通信模块，可以在任何有移动信号的地方实现实时联网，及时接收上级指令和当前信息上报。
2 系统硬件设计
OM，英文Operation-Mobile，是MCIP作业信息前端处理机，以下简称作业手机。现场操作系统有四部分组成：OM手机，OM手机背板，方位角数据采集板，用弹量和仰角数据采集板。OM手机与手机背板通过串口通信，背板通过无线与检测板通信，OM手机发送指令到背板，背板判断指令功能，并决定执行指令功能。从而实现整个系统在OM手机的控制下有序地工作。
2.1 OM手机硬件结构
OM手机选用的是P1300智能无线采集模块，它是基于MT6225手机平台上开发的一款专门用于嵌入式行业的，集GPRS无线通信，采集，控制，处理为一体的核心模块。OM手机模块作为现场操作系统的主控，其资源已经实现TFT-LCD的控制与驱动，GPRS数据的传输，并能实现各模块及部件的操作与控制。设备时间校准；触摸屏的控制；短信传输；内植输入法及音频编、解码等。
2.2 背板硬件结构
背板采用STCl2LE5A-60S2作为控制芯片，实现的功能有ID卡读卡，无线通信参数配置，与OM手机通信，指令的分析和回馈，GPS信息的采集。
2.2.1 背板电源电路
背板采用OM手机的电池供电，OM手机可以通过控制埠（GPIO）给背板进行上电和掉电，OM背板上采用三个电源转换芯片（PAM3101）分别控制无线模块，GPS模块，和背板其它部件的供电。
2.3 检测板硬件结构
2.3.1 仰角检测板电路框图
仰角采集板采用STCl2C5A60S2作为控制芯片，ADXL345传感芯片加速度传感器的数据采集，并通过计算得出仰角。通过无线与背板进行通信，利用加速度传感芯片ADXL345实现用弹量的计数。还具有FLASH-DATA（类似EEPROM）功能实现数据的保存，检测板用一块1800mAh的锂电池进行供电。
2.3.2 方位检测板电路框图
方位采集板同样采用STCl2C5A60S2作为控制芯片，HMCl022测量地球磁场算得当前的方位角，与仰角采集板一样，通过无线与背板通信。
3 软件部分
3.1 OM手机程序结构说明
OM作业终端主程序分四层模式显示层、控制层、数据层、业务逻辑交互层。
显示层：主要完成绘制OM需要的各种接口
控制层：分析屏幕触点位置，根据当前的业务逻辑决定执行的具体业务逻辑操作
数据层：数据层完成各项指令的组合后，回馈组合结果
业务逻辑交互层：主要负责与平台的数据轮询操作，或者作业指令并通知OM作业人员
3.2 OM背板程序结构说明
OM背板负责OM手机和检测板的通信，背板控制芯片芯片负责控制这个系统的协调运行。下面将对主控制芯片程序的设计思想和流程进行讲解。
OM背板采用STCl2LE5A60S2作为控制器，该芯片有60k的程序存储空间，两个16位定时器TO和T1，两个串口UARTl和UART2，8路ADC，EEPROM以及PCA，工作电压为3.3v。
3.3 采集板程序结构说明
采集板负责传感器数据的采集，处理。采用STCl2C5A60S2作为控制器，与STCl2LE5A60S2唯一的区别是供电电压为5V。采集板的程序架构与背板相同，只是实现的功能不同。
4 总结
该项目实施目的在于建设一套实用的、可推广应用的人影作业指挥与信息收集平台，使人影作业指挥客观化、科学化、指标化，从而切实提高人影作业的技术水准、科技含量及有效性，提高信息交换的时效及准确性。该系统的建设，将显著提高人工影响天气业务的现代化水平，符合现代气象业务发展方向，对人影事业的发展具有重要意义。
参考文献
[1] 赵静，青泉，顾清源，一次对流性强降雨过程的雷达特征分析[J].高原山地气象研究，2010，30（2）：46-50
[2] 孙向明，毛夏，李兴荣，基于三维网格的双多普勒雷达数据合成算法[J]，热带气象学报，2008，24（4）：359-366
[3] DOPPLER RADAR METEOROLOGICAL OBSERVATIONS U.S.DEPARTMENTOF COMMERCE／National Oceanic and AtmosphericAdministration，2007
[4] 胡明宝，天气雷达探测与应用[M].北京：气象出版社，2007
[5] 俞小鼎，等，普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2006
[6] CINRADPUP使用手册V10.O.北京敏视达雷达有限公司，2004
[7] 彭浩信息空地传输显示系统及应用，气象，2005，31（7）：80-84
[8] 杨欣51单片机应用从零开始，北京：清华大学出版社，2008.1
[9] 张毅刚单片机原理及应用高等教育出版社，2010.5
[10] 黄涛嵌入式无线互联系统中国电力出版社，2007.7
【关键词】人工影响天气；OM手机；GPRS通信
【中图分类号】TP319
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0005-02
引言
随着经济社会发展对人影作业需求的增大，传统的作业指挥方式已不能满足日益增长的社会需求，特别是人影作业面临的诸多矛盾：水资源短缺与经济社会发展对水资源需求之间的矛盾，干旱冰雹等极端天气事件增多与农经作物保护之间的矛盾，日益增加的作业量与日益繁忙的空域之间的矛盾等等，这些矛盾都要求必须不断提高人影作业的指挥水平和技术含量，不断提高人影作业的效益。但是，目前在省级人影作业指挥方面尚没有一套完整的可以推广应用的指挥系统，没有客观定量的作业指针、催化剂量，作业信息收集还处于人工状态，因此迫切需要建立一套实用的人影作业指挥与信息收集平台。
1 总体设计
本系统用于人影作业中，实现作业信息的下达和回馈，实现了作业人员上岗刷卡，作业授权，作业指导，紧急状况处理等信息交互功能。本系统包含的功能有：ID刷卡功能、GPS定位功能、用弹量检测功能、方位角仰角检测功能、手写功能、GPRS功能等。
1、刷卡功能：可以读取EM4100及其兼容ID卡，并能把数据传送给OM手机。OM机把ID卡号发送给中心服务器验证获得作业授权。
2、GPS定位功能：使用GPS模块SKGl6A2采集GPS数据传送至OM手机，OM手机解析GPS发送的NMEA-0183格式的数据，得到经纬度，海拔，时间等信息。
3、用弹量检测功能：采用ADXL345的震动检测功能实现用弹量的计数。
4、方位角仰角检测功能：采用HMCl022磁阻传感器检测地磁和ADXL345加速度传感器检测出的3轴加速度通过计算来获得方位角和仰角的数据。
5、手写功能：用户可以在触摸屏上完成作业信息的输入，确认等操作。
6、GPRS功能：OM手机集成移动网络通信模块，可以在任何有移动信号的地方实现实时联网，及时接收上级指令和当前信息上报。
2 系统硬件设计
OM，英文Operation-Mobile，是MCIP作业信息前端处理机，以下简称作业手机。现场操作系统有四部分组成：OM手机，OM手机背板，方位角数据采集板，用弹量和仰角数据采集板。OM手机与手机背板通过串口通信，背板通过无线与检测板通信，OM手机发送指令到背板，背板判断指令功能，并决定执行指令功能。从而实现整个系统在OM手机的控制下有序地工作。
2.1 OM手机硬件结构
OM手机选用的是P1300智能无线采集模块，它是基于MT6225手机平台上开发的一款专门用于嵌入式行业的，集GPRS无线通信，采集，控制，处理为一体的核心模块。OM手机模块作为现场操作系统的主控，其资源已经实现TFT-LCD的控制与驱动，GPRS数据的传输，并能实现各模块及部件的操作与控制。设备时间校准；触摸屏的控制；短信传输；内植输入法及音频编、解码等。
2.2 背板硬件结构
背板采用STCl2LE5A-60S2作为控制芯片，实现的功能有ID卡读卡，无线通信参数配置，与OM手机通信，指令的分析和回馈，GPS信息的采集。
2.2.1 背板电源电路
背板采用OM手机的电池供电，OM手机可以通过控制埠（GPIO）给背板进行上电和掉电，OM背板上采用三个电源转换芯片（PAM3101）分别控制无线模块，GPS模块，和背板其它部件的供电。
2.3 检测板硬件结构
2.3.1 仰角检测板电路框图
仰角采集板采用STCl2C5A60S2作为控制芯片，ADXL345传感芯片加速度传感器的数据采集，并通过计算得出仰角。通过无线与背板进行通信，利用加速度传感芯片ADXL345实现用弹量的计数。还具有FLASH-DATA（类似EEPROM）功能实现数据的保存，检测板用一块1800mAh的锂电池进行供电。
2.3.2 方位检测板电路框图
方位采集板同样采用STCl2C5A60S2作为控制芯片，HMCl022测量地球磁场算得当前的方位角，与仰角采集板一样，通过无线与背板通信。
3 软件部分
3.1 OM手机程序结构说明
OM作业终端主程序分四层模式显示层、控制层、数据层、业务逻辑交互层。
显示层：主要完成绘制OM需要的各种接口
控制层：分析屏幕触点位置，根据当前的业务逻辑决定执行的具体业务逻辑操作
数据层：数据层完成各项指令的组合后，回馈组合结果
业务逻辑交互层：主要负责与平台的数据轮询操作，或者作业指令并通知OM作业人员
3.2 OM背板程序结构说明
OM背板负责OM手机和检测板的通信，背板控制芯片芯片负责控制这个系统的协调运行。下面将对主控制芯片程序的设计思想和流程进行讲解。
OM背板采用STCl2LE5A60S2作为控制器，该芯片有60k的程序存储空间，两个16位定时器TO和T1，两个串口UARTl和UART2，8路ADC，EEPROM以及PCA，工作电压为3.3v。
3.3 采集板程序结构说明
采集板负责传感器数据的采集，处理。采用STCl2C5A60S2作为控制器，与STCl2LE5A60S2唯一的区别是供电电压为5V。采集板的程序架构与背板相同，只是实现的功能不同。
4 总结
该项目实施目的在于建设一套实用的、可推广应用的人影作业指挥与信息收集平台，使人影作业指挥客观化、科学化、指标化，从而切实提高人影作业的技术水准、科技含量及有效性，提高信息交换的时效及准确性。该系统的建设，将显著提高人工影响天气业务的现代化水平，符合现代气象业务发展方向，对人影事业的发展具有重要意义。
参考文献
[1] 赵静，青泉，顾清源，一次对流性强降雨过程的雷达特征分析[J].高原山地气象研究，2010，30（2）：46-50
[2] 孙向明，毛夏，李兴荣，基于三维网格的双多普勒雷达数据合成算法[J]，热带气象学报，2008，24（4）：359-366
[3] DOPPLER RADAR METEOROLOGICAL OBSERVATIONS U.S.DEPARTMENTOF COMMERCE／National Oceanic and AtmosphericAdministration，2007
[4] 胡明宝，天气雷达探测与应用[M].北京：气象出版社，2007
[5] 俞小鼎，等，普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2006
[6] CINRADPUP使用手册V10.O.北京敏视达雷达有限公司，2004
[7] 彭浩信息空地传输显示系统及应用，气象，2005，31（7）：80-84
[8] 杨欣51单片机应用从零开始，北京：清华大学出版社，2008.1
[9] 张毅刚单片机原理及应用高等教育出版社，2010.5
[10] 黄涛嵌入式无线互联系统中国电力出版社，2007.7