一、引言
自观显示终端可对自观设备的数据及状态进行实时监测，部分数据设有对比功能，达到阈值条件会有不同颜色提醒，便于机务员观察数据。该研究相比于当前的监控手段具有：体积小、带有声、光提示、便携性高、维护成本低、系统重置方便等特点。虽然受限于芯片性能，无法做到功能和“自观显示终端”一样全面，但是相对现有的自动气象观测设备的监控手段，此工具是对监控手段良好的完善及补充，通过串口进行状态数据的接收、解析、判断，并将解析后的数据排序、拆分状态位后显示在LCD屏幕上，实现对不同的自动气象观测设备状态数据的实时监控，通过颜色及蜂鸣器进行相关提示告警。
二、STM32介绍
STM32代表ARM Cortex-M内核的32位微控制器单片机，基于C语言开发，带有多种数据接口，开发人员可以在单片机开发板上整合多种功能，如LCD显示、串口测试、蜂鸣器提示、音频输出、USB外设扩展等，对比了多种实现目标功能的方式，发现采用STM32单片机加上实时操作系统的组合，更容易实现——实时数据采集、实时数据排序、实时数据显示、实时数据对比和实时声音提示等功能。
在实时操作系统的加持下，STM32芯片的性能能更好地发挥出来，并且还具备一定的执行多线程任务的能力，对外界响应及时等优点，有利于实时的接收数据，且不会影响到数据解析的运行。
三、自动气象观测系统传感器状态码解析
（一）传感器状态码
目前各地机场配备的自观系统设备略有区别，主要有能见度仪FS11、云高仪CL31、自动站MAWS301、天气现象仪FD12P、背景光亮度计LM21等设备，自观系统对传感器数据及状态收集处理后，以固定时间间隔90秒依次对外输出各传感器的运行状态。经检查，每个自观设备状态码的输出格式都为ASCII码，例如CL31输出的状态码的输出格式如下：
DATA=[s]"SOH" "CL31_N" "MC" "RWY_LOCATION_3" "MC" "CREATEDATE" "MC" "2CLOUD_STATUS" "MD_EOT" "CRLF"
其中“SOH”是英文（Start Of Headling）缩写，代表“帧头开始”，“CL31_N”代表“设备型号”，“MC”代表“；”，“RWY_LOCATION_3”代表“设备位置”，“CREATEDATE”代表“消息时间”，“2CLOUD_STATUS”代表“设备状态”，“MD_EOT”代表“帧头结束”，“CRLF”代表“回车换行”。SOH、MD_EOT、CRLF都是控制字符，在接收的数据中不显示。各传感器的状态码如图1所示。
图1 各传感器状态
（二）传感器状态码解析
1.FS11状态码解析
正常情况FS11设备输出的状态码格式是：FS11;RWY26;2022-01-24 13:31:30;0，FS11代表设备型号，RWY26代表设备位置，2022-01-24 13:31:30代表时间，0代表当前设备的运行状态。
2. CL31状态码解析
正常情况下CL31设备输出的状态码格式是：CL31;RWY08;2022-01-24 13:30:39;00000000C080，CL31代表设备型号，RWY08代表设备位置，2022-01-24 13:30:39代表时间，00000000C080代表当前设备的运行状态。
3. 自动站MAWS301状态码解析
正常情况下MAWS301设备输出的状态码格式是：MAWS301;RWY26;2022-01-24 13:30:42;0000000000000000110000 ，MAWS301代表设备型号，RWY26代表设备位置，2022-01-24 13:30:42代表时间，0000000000000000110000代表当前设备的运行状态。
4.LM21状态码解析
正常情况LM21设备输出的状态码格式是：LM21;RWY08;2022-01-24 13:32:18;0，LM21代表设备型号，RWY08代表设备位置，2022-01-24 13:31:18代表时间，0代表当前设备的运行状态。
5.FD12P状态码解析
正常情况FD12P设备输出的状态码格式是：FD12P;RWYMID;2022-01-24 13:31:57;0，FD12P代表设备型号，RWYMID代表设备位置，2022-01-24 13:31:57代表时间，0代表当前设备的运行状态。
四、程序设计
(一) LCD显示界面设计
目前本场共有8个自观设备状态码输出，将单片机LCD显示屏分为16行，依次为8个自观设备状态码及状态码解析显示。
（二）状态数据程序设计
外场自观设备485信号接入光端机通过光缆传回至航管楼设备机房，再通过串口服务器TS16MEI转化成网络信号传输至服务器CDU，CDU对各设备的原始数据做处理后，再通过设置好的串口通信协议将数据对外分发。
对STM32串口设置好固定的通信协议，对串口进行监听，实时接收数据传输，之后放入缓冲区中等待下一步处理。为方便后续功能的实现，将数据处理程序分成以下四个模块进行处理：数据拆分模块，数据分析比对模块，数据显示模块，数据分析告警模块。
数据拆分模块，将缓冲区的原始数据取出，根据分隔符将数据拆分成多个部分后，再存入缓冲区中等待调用；数据分析对比模块，将拆分后的数据根据需要进行分析、排序，返回排序值，等待数据显示模块调用；数据显示模块，调用数据及排序值，将数据有序地显示在LCD面板上；数据分析告警模块，便是根据各个观测设备的说明书，针对性地对状态码进行分析后，输出特定字符及调用蜂鸣器。
五、设备测试
经过不间断发送数据测试，当数据接收的间隔大于1秒时，该工具对数据的接收及解析，满足当前系统的状态数据传输间隔，不会导致状态数据丢失。
将设备状态数据接入单片机串口中，经过多次设备测试验证，验证结果满足实际功能需求，实现串口测试，可以接收串口数据进行显示，显示直观；实现状态显示，通过LCD界面查看输出的自观设备状态数据；实现状态判断，自观设备状态正常会绿色显示“The equipment is normal”，异常会红色显示“Something wrong！”；实现蜂鸣器告警，当自观设备运行异常时，蜂鸣器会告警。
LCD设备自观设备正常状态显示如图2所示。
图 2 自观设备状态正常显示
六、结语
综上所述，该项目是基于STM32开发的自动气象观测系统监控工具，该监控工具目前仅针对设备的状态数据进行开发，作为监控设备运行状态手段的补充，可以对状态数据的数据分析、并实现显示提示、数据丢失告警等功能，只需要引出一路状态数据接至工具串口上，接上电源后即可开始工作。通过监控工具完善机务员保障设备正常运行的监控手段，确保自观设备发生故障时机务员能够及时发现。
