ADTD雷电探测仪用户手册.

1、雷电监测定位系统ADTD 雷电探测仪用户手册中国科学院空间科学与应用研究中心ADTD 雷电监测定位系统课题组二OO四年十月页号目录55一、概论21.1 ADTD 雷电 探测仪的 工作 原理1.2 雷电监测 定位 系统 的构 成1.3 雷电探测 仪的 结构二、ADTD 雷 电探 测仪的技 术功 能指标2.1 每个雷电 探测 仪布 站配 置2.2 雷电探测 仪布 站连 接简 图2.3 雷电探测 仪的主要技术 指标三、雷电探测仪的安装3.1 安装场地要求3.2 安装基座3.3 探头供电3.4 探头接地3.5 通讯标准及波特率3.6 探头与中 心数据处理站 间的通信3.7 通讯电缆3.8 探头的安装及

2、水平 调 节3.9 探头 NS 磁场 天线 环方 位的 调整3.10 探头的初次通电3.11 探头的密封23411111111131313131317171818182222四、雷电探测 仪运 行设 置和 操作 234.1 DIP 开关的设置234.2 探头的运行方式254.3 探头的数据输出及帧格式 254.4 自动自检284.5 探头命令284.6 CPU板、PDL板以及电源/接口板上的LED灯的涵义39五、雷电探测仪维修41445.1 探头的检修维护412 维修程序设置及测 试终端连接5.3 探头故障修理47、概1.1 ADTD 雷电探测仪的工作原理闪电物理特性，探测原理，处理技术 大量

3、的气象观测、卫星探测仪以及很多国家的电学测量等综合分析表明，全球在任一时 刻都有上千个雷暴在活动， 大多数发生在较低纬度地区， 但两极地区也时有发生。 由于雷电在 现代生活中，仍然威胁着森林、引燃火工品、造成人员的伤亡，对航天、航空、通讯、电力、 建筑等国防和国民经济的许多部门都有着很大的影响。因此各国都很重视雷电的研究与防护。闪电可以分为：云闪（包含云与云、云与空气、云内放电）、云地闪、诱发闪电、球闪 等多种，其中对地面设施危害最大的是云地闪电。云地闪电又可以细分为：正闪（正电荷对地 的放电）和负闪（负电荷对地的放电）。目前，闪电探测仪主要用来探测云地闪，并且能区分 正负极性。一次闪电的放电

4、过程如下所述： 云层荷电形成电分布初始击穿梯级先导联结过程第一回击K 过程 J 过程直窜先导一第二回击 。闪电的放电过程中最重要的是回击过程，因为回击的电流大，辐射的电磁场强，是形成 故障造成危害的主要原因。回击的放电特征参量为：回击的放电时间：指回击发生时的自然时间。闪电的回击数：每次闪电的回击次数。 回击发生的位置：回击通道取垂直分量在地面或者在目标上的投影。 回击的电流值：指回击电流波形的峰值。回击电流波形陡度最大值：指回击放电过程中单位时间内电流变化的最大值，它反映了闪 电回击放电最剧烈时的状况。回击波形前沿持续时间：指回击电流波形中，从 2KA 到峰值电流的过渡时间。 放电电荷：指每

5、次回击放电所释放出的电荷，即电流对时间的积分。闪电监测定位系统从理论上讲，其核心是通过几个站同时测量闪电回击辐射的电磁场来 确定闪电源的电流参数。 Maxwell 方程组和特殊路径上的传播影响，将两者联系起来。高精度 雷电定位系统将测量每次回击放电辐射的电磁脉冲的下列参量：* 回击的放电时间* 回击发生的位置100公里处回击波形的强度峰值100公里处回击波形陡度值100公里处回击波形陡点时间100公里处回击波形前沿上升时间100公里处回击波形宽度另外，根据100公里处辐射场的波形，可以近似计算出回击的放电电荷、辐射能量。其中，探测仪的探测参量与指标如下表所示：参数回击波形到达精确时间方位角磁场

6、峰值电场峰值波形特征值（四个）陡度值指标精度优于10-7秒优于土 1优于3%优于3%精度优于10-7秒优于3%组网后的雷电监测定位系统的探测参量与指标如下表所示：参数回击发生的精确时间回击位置（经纬度）强度波形特征参量陡度值放电量峰值功率单位0 1 卩 S度KA0 1 卩 SKA/ 卩 S库仑兆瓦指标精度优于10-7 秒网内精度优于300米相对误差优于15%精度优于10-7 秒相对误差优于15%相对误差优于30%相对误差优于30%1.2 雷电监测定位系统的构成ADTD雷电探测仪+中心数据处理站+用户数据服务网络+图形显示终端由布置在不同地理位置上的两台以上的雷电探测仪（以下简称探头）可以构成一

7、个雷电探测定位系统网。如图1-1所示：中心数据处理站经通信信道可和多达 16个探头相连，对接收到的闪电回击数据实时进行 交汇处理，给出每个闪电回击的准确位置、强度等参数，由其图形显示终端设备随时存储、显 示、打印或拷贝成图；中心数据处理站也可经通信系统对各个探头进行参数设置、调出探头工作状态等等；中心数据处理站可通过数据服务网络或设置多个图形显示终端，以便多个部门共享雷电的信息资源。显然，这样的一个系统网，除探头，中心数据处理站，图形显示终端专用设备外，其通讯 系统也是个重要组成部门，通讯的好坏直接影响整个系统网的可靠性，通讯可以图1-1雷击监测定位系统用多种途径来实现，如长途电话线，超高频通

8、讯，电力载波通讯，微波接力通讯，甚至现代化 的卫星通讯等等。我们推荐采用微波通讯，或专用有线线路。一般而言，多站交汇误差要比两站交汇误差小， 因此多站布置可以提高雷电定位精度， 同 时可以扩大探测范围。从交汇原理的合理性通常希望把探头布置成三角形， 正四边形.更为 有利，然而站的数量，站址的布置，站间的距离等的选取要从系统雷电的定位精度要求，覆盖面积，场站的通讯条件以及场址背景条件等诸多因素综合分析决定。 场地环境也是非 常重要的，经过测试如果背景噪声很大也不宜用作站点， 否则探头将不能正常运行，对于雷电 定位将带来较大误差。站与站间的站距通常选为150公里至180公里为宜，平原地区可以适当

9、拉开一些，山区可以适当缩短一些。1.3 雷电探测仪的结构探头的主要部件有支柱和仪器舱。这些部件以及探头的其它单元分别表示在图1-2到图1-4中。1.3.1 支柱探头的支柱是一根厚壁钢管（9,图1-3），它有精密机加工的顶端表面和焊接的底部安装 盘。仪器舱安装在它的顶端。用三根螺栓，通过支柱安装盘上的三个安装孔，将整个探头安装 在水泥墩上，或用槽钢制成的“井”字架上。1.3.2 仪器舱仪器舱是一个组合部件，它是由电源腔（ 6，图 1-3），电子盒（ 4，图 1-3），天线部件 （ 2，图 1-3），密封圈（ 5，图 1-3）以及玻璃钢罩（ 1，图 1-3）组成。仪器舱被四颗特殊螺 丝固定在支柱顶

10、端的槽内， 固定螺丝松开后， 整个仪器舱可以用手转动， 以便安装时校准天线 部件的正北方向。在仪器舱的安装托盘上，设计有气压卸压阀。在要打开玻璃钢罩前，用于平 衡罩内外的气压。1.3.2.1 内部主连接电缆内部主连接电缆，从电源 /接口盒背面上的 P901-19 插座一直引到仪器舱安装托盘底部的 P900-19插座上。1.3.2.2 电子盒 电子盒（4，图1-3）是由五块印制电路板，长方形盒及连接电缆组成。电子盒用四个滚花 螺钉固定在安装托盘上，整个部件可容易拆卸更换。图 1-4 表示取去顶盖的电子盒。取去顶盖后，可取出盒内的四块印制电路板。另外电子盒还有四个（P505-6 P506-10、J

11、401-1、J801-1）和探头其它部件连接的插座。电子盒中的五块印制电路板是：1. AFE 板2. PDL 板3. CPU 板4. 时基 TIME 板5. 母板整个电子盒是用两块半园柱面金属板 （3，图 1-3）和一个园形金属平板进行电屏蔽的。两 块半园柱面金属板装在安装托盘上面的一个园形导槽中， 可自由滑动， 当打开时，可从内部取 出被屏蔽的电子盒。1.3.2.3 天线部件天线部件（ 2，图 1-3）由四个天线组成：1. 平板电场天线2 .东-西磁场环天线3 .北-南磁场环天线4.GPS接收天线平板电场天线是由上下两块园形印刷电路板的顶表面上的铜皮和四根特殊机加工仪器舱最大直径35cm高度

12、155cm支柱地线接至地桩接地电阻5 QII图1-2 ADTD雷电探测仪1玻璃钢罩21 GPS天线天线部件24电子盒19 P506-10射频屏敝罩3I20 P505-6密封圈56安装托盘及电源腔9支柱1011121314AFE板 屏蔽板PDL板 CPU板 时基板15电源开关16保险丝17 MOV压敏电阻18电源/接口板8电源/接口盒7电源腔前盖板图1-3ADTD雷击探测仪主要组成单元1 AFE 板9 DIP开关10 SMC P401-17 FPGA2 PDL 板3 CPU 板16 P301-104时基TIME板6 GPS接收机OEM板，5母板P506-1013 P505-611 J503/12

13、 P400图1-4电子盒内结构的支柱构成东-西磁场天线是由电场天线底部印刷电路板下面的一个连接器的多股电缆形成的方环构 成。多股电缆首先沿一根支柱外边向上， 穿过电场天线顶部印刷电路板的下面， 再沿着对面的 一根支柱外边向下，然后回到电场天线底部印刷电路板下面的另一个连接器。北-南磁场天线和东 -西磁场天线一样，但这两个天线环之间精确成90。1.3.2.4 保护罩玻璃钢罩（ 1，图 1-3）罩住整个仪器舱，它座落在安装盘上的一个特殊密封圈上，罩上有三个 M4 螺孔，用螺丝可把它固定在安装盘上，并压缩密封圈以密封仪器舱。1.3.2.5 密封圈保护罩密封圈（ 5，图 1-3）是一个由微孔橡胶制成的

14、环。1.3.3 电源 /接口盒电源/接口盒（ 8，图 1-3）具有绞链门，用两个螺丝关闭，电源 /接口盒安装在仪器舱托盘 下面的电源腔中。电源 /接口盒内有两个部分，一是交流电源托架，一是电源/接口板，包括探头的电源、瞬变保护、状态指示、以及通讯和电源接口等。电源/接口盒后面的两个小园形连接器（P1000-5和P1001-3）为与外部的交流电源和数据 线提供连接，电源电缆和通信电缆节点分配见图1-5。电源 /接口盒后部的大园形连接器（P901-19）与内部主电缆连接（见图1-6）。电源/接口盒底部还焊有一个螺栓，可用一根铜编织线把探头的地连接到地。P1001-3的连接方法：1 市电 220 伏

15、（ L）2 市电220伏（ N）3P1000-5（ RS-232接口）的连接方法1TXD2DGND3 RXD4 DGND5图 1-5 电源电缆和通信电缆接点分配图P1U345J123VG515飞VD N GlG LNd1D：70RmoceTTT/m1THlC/IJnH 7JTHZ7JZ1U345678、J1U34567890、-=一二=三=、%X1U345678901U3456781O00J n_9图接连缆电部内 61图1U345678901U345678| 91U345617 8901彳34567891AW9J1 GA2 VJ3 GA,4 yal.5 GD6 VH- nH_ap 555J1_

16、/70302nV9007654321o16 7Q - ry |I - rn - e- 5 i-uelur12 NRUTER1QK 1 1DKP4 NRUTER1D3 1DI9 Lr00 gd7 Io66_aJ2 gdJI 2-2U93ADTD 雷电探测仪的技术功能指标雷电探测仪的结构见图1-2。它的电子盒放在玻璃钢保护罩内，由平板电场天线，正交环 磁场天线，GPS接收天线以及具有预编程的微处理机系统组成， 通过主电缆与电源接口盒相连。 它的主要功能是自动地接收和处理闪电电磁脉冲信号， 并把经过予处理的闪电数据实时地通过 通讯系统送到中心数据处理站实时进行交汇处理。2.1 每个雷电探测仪布站配置

17、：雷电探测仪一台调制解调器一台350W交流稳压电源一台通讯和电源电缆，根据现场配置2.2 雷电探测仪布站连接方框图雷电探测仪布站连接方框图见图2-1图2-1雷电探测仪各站配置及连接通信采用四线全双工。雷电探测仪安装在室外开阔地带，其他设备全部安置在附近室内2.3 雷电探测仪的主要技术指标：（1）探头由80C196单片机管理，完全按予编程方式工作，无人值守。80C196的钟频最高能 到16MC，这使得每个闪回击的处理时间在 1ms左右。（2）探头的赋能阈值，状态报告的周期，通信波特率等参数可按需要设置在非易失存储器内， 也可用相应的命令改变。(3) 探头内部设有精基时钟，分辨率为 0.1卩S。精

18、基时钟提供小时中断信号，使探头进行整 时自检。精基时钟由授时型的八通道 GPS接收机OEM板历书中的时间信息同步，时、 分、秒部分除上电对钟外，自检时也进行对钟。4) 上电、整时时自动地进行工作状态检测和校准，并定时输出状态数据，输出状态数据 的周期可用命令设置。亦可通过命令或按 RESET 键随时进行自检，调出工作状态，进 行诊断。5) 数据以串行的二进制或 ASCI I 形式输出， 数据输出内容包括： 成闪时间， 波形特征值， 闪电方位角，磁场强度，电场强度，陡点幅值。6) 探头信道增益相当于中增益 ALDF 探头的增益。7) 探头的探测效率在监测网内可达 95% 。8) 采用峰值门控技术

19、及自动修正，使测角误差小于 1。(9)回击的时间分辨率为1ms左右。10)能测量四个波形特征参数：上升沿、陡点、下降沿的时间以及陡点的幅值。(11)通讯接口为EIA-RS-232-C ,异步通信方式，速率30038400波特可用CPU板上的DIP 开关设定， 或用 BAUDRATE 命令设置。 探头发送和接收的数据格式为 8BIT 的数据位， 1BIT 的停止位，无校验位。12) 探头可由 CPU 板上的 DIP 开关设定为维修程序，执行维修程序后便于检测诊断故障或 调试电路。13) 探头的市电 220伏供电电源线上和通信接口的数据线上均接有抑制浪涌的器件。14) 探头平均无故障时间为 100

20、00小时以上。15) 工作环境工作环境温度：-40+50 C储存温度：-40+85 C湿 度： 0 100%风 力：074 km/hr(八级风)16) 电源：市电 200V 到 240V， AC 功耗小于 25W。17) 可维修性：维修时间短于 30分钟。18) 尺寸：高约 1.5 米，直径 34cm。19) 重量： 60kg。三、雷电探测仪的安装3.1 安装场地要求推荐的探头安装场地应是一块相对平坦的空旷地域。 严格要求在30m范围内地平度v 1 。，在300m范围内地平度v 2;在300m范围内应没有高于探头10m以上的任何物体包 括各种围墙、动力线、树木等。如有建筑物，探头应远离各类建筑

21、物 4 倍建筑物高度距离。附 近无任何高山或峡谷。不推荐把探头安装在建筑物上或塔上， 这样安装的探头要高出地表面一段距离， 这与在实 际地面测出的电场关系产生变化，从而引起不利效应。3.2 安装基座推荐把探头安装在水泥墩上或用槽钢做成的支架上，如图 3-1、图 3-2所示。在浇注水泥墩时，予先埋进三根螺栓(M12 X 300)，均布在288的圆周上。如果用槽钢 做成的支架，则三根螺栓(M12 X 100)也是要均布在288的圆周上。3.3 探头供电采用交流 220V50HZ 的市电供电。交流供电电缆在距探头的 30m 范围内要埋设，并且要 径直引到探头，不要绕行。市电供电适用于50H Z,20

22、0240V，实际运行时，经交流稳压电源供电，探头功耗V 25W。为防止闪电感应过电压“浪涌”的影响，在探头的接口/电源盒内安装了三只金属氧化压敏电阻(MOV )，它们分别接在相线、中线和地之间以及相线和中线之间。对于短暂的瞬态 或“浪涌”，可由 MOV 短路到地。对于较长时间的“浪涌”， MOV 的性能要变坏，一般失 效模式是短路，使市电相线上的保险丝烧毁，从而保护了探头的电子器件。接口 /电源盒内的 托架上有一个窗口，通过它可看到 MOV,通常MOV是绿色，如果变成暗色表示它已失效， 应即时更换。3.4 探头接地有两种不同的要求必须由良好的探头地实现。 一是由闪电引起的在动力线和通讯电缆上产

23、 生的瞬态电流保护到地；二是良好接地可提供一有效的探头天线地平面的参考。r=尸rtf图3-2槽钢基架结构图.1111 ?620八根长为3米的辐射条用钢筋焊接而成图3-3地网结构图在潮湿低阻土壤的地区，用单根地桩可以达到上面两个要求，地桩可以用包铜钢、实心铜棒、不锈钢等，其直径至少要16mm，总长度2.6m, 15cm露出地面，其余垂直打入地下。在有岩石的地基上可以倾斜把地桩打入地下，其与垂直构成的角度应小于45。在沟渠地方也可把地桩深埋在1m左右的地下。不管哪种方式地桩与大地的接触长度应在2.5m以上。在地理条件较差的地区，土壤很干燥，如沙丘、岩石土壤，仅用一根地桩不能满足要求，此时需要考虑增

24、加地桩，埋设铜地板以及进行土壤的化学处理等方法。如果采用铺设地平面方法，将至少要有 8个辐射单元，相邻单元互成45,每个辐射单元至少要3m长，采用粗导线，其对地阻抗由与地面接触总的表面积决定（图3-3）。总之，接地电阻通常应该w 5Q,不能满足此要求的，应用增加接地极等措施解决。3.5 通讯标准及波特率探头与中心数据处理站间的通讯是借助于全双工（双向）异步串行方式完成的，探头的数据输出接口为EIA RS 232- C，在信道上能以300至38400baud的任一个标准的波特速 率传送数据。数据传输波特率可用 CPU板上的DIP开关或BAUDRATE命令设置，传输数据 格式为“ N，8，1”，即

25、无校验位、8位数据位和1位停止位。3.6 探头与中心数据处理站间的通信探头与中心数据处理站间互相通讯的框图如图3-4所示。其中远程通讯的实现可以是有线亦可以是无线传输方式。图3-4雷电探测仪与中心数据处理站通讯连接图其中：A. 双绞对屏蔽电缆B. 四线全双工的远程通讯线路（不推荐单工，1对线）C. 25芯扁平电缆D 25 芯扁平电缆3.7 通讯电缆通讯电缆的线径与电缆的长度和波特率有关。对于 0.5mm 直径的电缆在 1200baud 应用时 可用到1200m长，如果再长则要采用0.8mm以上直径的电缆。这类电缆均是外有屏蔽网内有 两对绞线形式。在距探头 30m 范围内的电缆要埋设，并且要径直

26、引至探头，不要绕行。3.8 探头的安装及水平调节探头是通过其底盘上的安装孔固定在水泥基座上， 如果是采用槽钢架基座时， 固定可采用 每根螺丝上加四个螺母方式， 其中两个用于固定在基座上。 另两个用于固定探头的底盘。 通过 调节后两个螺母上下位置即可调节探头的水平度。在底盘固定过程中，要用水平尺检查底盘的水平度，大致固定后，装上探头仪器舱，再用 水平尺在探头的平板电场天线上测量水平度，最终以电场的平板天线达到水平最佳位置为准， 紧固安装螺丝。3.9 探头NS磁场天线环方位的调整探头的 NS 磁场天线环必须被调节在正北向的 0.25之内，以保证探头测角精度。通常 这是在当地正午时分完成调节的。 此

27、刻恰是太阳处在天空的最高点上。 除在赤道上外， 在此刻 太阳的阴影是正南北向的。 随探头一起提供的日晷就是利用这一原理为调节天线方位用的 （见 图 3-5）。当然也可以用传统的方法来调节，如采用普通罗盘方式，但这只能是临时性的。更 准确的定向还是应用日晷或是专业性的瞄准器。但不论哪种方法定方向之前必须先调好水平。日晷是太阳所在分度盘上的位置指示器， 探头上用的日晷即是以太阳阴影的位置表示予定 时间上太阳的方位这一原理做出的。 结构很简单： 在一个经精密机加工的黄铜圆柱体上安插了 一根垂直的不锈钢杆而构成， 使用时把它准确的放置在天线装置顶平面的中心位置， 在天线装 置的顶平面上划有标明 EW、

28、NS 方向的线条。此线条已画得很精细，能够精确地指出天线的 真实方位。 探头布站后， 天线校准就是利用计算好的当地太阳运行的正午表， 在规定的时刻调 整天线方位，使天线上的 NS 方向刻线与太阳阴影相重合，来实现的。用日晷校准天线的方位，方法简单容易实现。要求条件之一是校准时，当地天气要晴朗， 不能是阴天， 否则阴影看不清。 用日晷方法在不同地理位置使用其太阳阴影长短不同， 在回归线附近要变短， 在赤道附近变得更短， 甚至是一个点， 在这些地区附近南北向的正午表不实用， 要用东西向为好。 另外用日晷时正午表的阴影在北半球地区， 阴影指向北方， 而在南半球日晷 的太阳阴影则指向南方。日晷正午表中

29、的时间是当地的标准时间。在正午表中(见图3-6)，有三个不同的时间列在日期的下面， 中间的时间是当地的实际的正午时间， 而上面的时间是早 晨用来对正北的时间， 下面的时间是黄昏用来对正北的时间。 天线的 1 度的调整误差表示出离 探头100公里远的地方产生约 1.7公里的误差距离。 因此天线方位的调整误差直接影响到测量 误差。太阳正午表是通过计算机 SOLAR 软件计算出来的， 为此要知道探头布点的精确的经纬度 参数，经纬度误差应在 0.0003内。计算天文表的步骤：1、在微机上装SOLAR EXE、SOLAR DOC两文件；2、进入EDLIN 用户文件名 DAT :举例：CEDLIN用户文件

30、名 DAT (CR)* I(CR)1： 1，-8，27. 9075， 1 02. 21，QXSHdf 4说明号： 1 2 3 4 5 6解 释： 1 、从该月开始算，需要几个月的天文表，就输入几；2、探头所在时区(中国按北京时间为东 8 时区或-8时区)；3、探头站址的纬度；4、探头站址的经度；5、db 中规定的探头名字；6、db 中规定的探头号。A C* E ( CR)C3、运算天文表：CSOLAR 用户文件名 DAT 用户文件名 OUT (CR)日晷日晷基座顶部电场天线板太阳影子图3-5用日晷和水平尺调正天线方位的示意图Copyright (c) Lightning Location an

31、d Protection# 1988Solar Alignment TablesLocation : chengjingLatitude :24.6693H Longitude :102.9121EStandard time zone is :120E,-8 hours glues GMT Tines are Local Standard Time PRINT 用户文件名 OUT (CR)3.10 探头的初次通电当探头的电源 /接口盒安装好，主电缆接通仪器舱后可以进行加电实验。为防止意外可以先拔下母板上的电源供电插头 J505和通讯插头J506以及晶体振荡器供电插头J902,此时仪器 舱内不供

32、电。然后按下电源盒的220V开关，使电源工作，并用电表检查+5V , 15V, +12V 直流电压是否正常， 与此同时要检查一下仪器舱各路负载是否有短路情况， 如果均正常， 则可 以关机，插上J505 J506以及J902重新启动电源，探头开始运行。加电后探头首先进行自检, 如果探头接地良好, 探头背景噪声不超出允许范围, 探头运行 参数设置正确应能顺利通过自检， 开始正常运行。 如果自检多次仍不能通过自检， 需借助测试 终端进行检查，这在后面有关章节介绍。3.11 探头的密封当探头的加电试验通过自检，运行正常，而且天线水平及 NS 方位调节亦已完成，则探头 可以密封，此时把电源 /接口盒门关

33、严，拧紧气压卸压阀的帽盖，探头仪器舱内放进干燥剂， 盖严玻璃钢罩并用三个螺丝拧紧，以使其密封、防潮。四、雷电探测仪运行设置和操作本章节主要是介绍探头的两种运行模式以及怎样选择和进入这些模式， 并且详细介绍一些 用于分析运行和诊断失效的指令。在此之前，还要首先说明怎样通过 CPU板上的DIP开关进 行探头运行参数的设置。4.1 DIP 开关的设置探头运行时的波特率和缺省的赋能阈值电压，这两种均是通过设置 8位DIP开关S301的 不同位置而确定的，此开关设置的改变也能使探头从通常的运行程序进入到维修程序。 通过改 变开关的设置，达到满足人为的需要，进行人工干予的目的。此开关是在电子盒中的CPU板

34、的上边，在电子盒盒盖前面板的对应位置处开有窗口，随时可以方便地改变设置。F表4 1列出的是S301 DIP开关的功能:S301开关设置及功能1, 2, 3，45, 6, 7, 8设波特率专用于维修程序赋能阈值其开关最左边为第1位，最右边为第8位，每位开关置在上位置为 ON“ 1”，置在下位置为 OFF=“0”在正常运行程序时，开关 4必须置在OFF,使维修程序失效。4.1.1 改变波特率此值可以通过命令*BAUDRATE设置，也可以通过改变 DIP开关的1, 2，3位得到所需 的标准波特率：30038400波特。此时开关4=0 (OFF)。1, 2, 3位改变之后，只要按一下 电源/接口盒内的

35、RESET键后，该波特率就被设置好。表42用DIP开关S301选择波特率波特率开关位置12330000060000112000102400011480010096001011920011038400111除维修程序外，位4必须为00=OFF,1=ON4.1.2 改变缺省赋能阈值电压此值可以通过命令 THRESHOLD设置，也可以由DIP开关的第58位设置，此时开关 4=0 （OFF）。当4=1时，DIP开关的第58位则另有不同的意义。位置 58决定后，同样 可用RESET键设置进入，或用探头自检命令重新自检后即可。表43用DIP开关S301对赋能阈值的选择5开关位置678赋能阈值量0000未用

36、000150 mv001075 mv0011100 mv（标准设置）0100125 mv0101150 mv0110175 mv0111200 mv1000250 mv1001300 mv1010350 mv1011400 mv1100500 mv1101600 mv1110700 mv1111800 mv开关位置4=0 （除维修程序外）0=OFF ， 1=ON4.1.3 维修程序设置： 设定开关位 4=1 ON 达到， 见后详述。4.2 探头的运行方式 探头可以运行在两种方式，一种是数据方式，另一种是命令方式。4.2.1 数据方式1、这是探头通常的运行方式。在此方式下，探头设置为发送二进制数

37、据。2、在数据方式时，探头随时在检测闪电，计算处理闪电数据，并且以串行二进制形式把数据 发送到系统的中心数据处理站。此二进制数据包括：闪电的成闪时间，闪电波形的陡点、 上升沿、下降沿时间，来波的方位角，磁场强度，电场强度，陡点幅值以及每30 秒（可用*STATUS PERIOD 命令设置）发送一次探头的状态信息。中心数据处理站接收到传来的 二进制数据后，进行解释并检查探头状态，积累系统中其它探头送来的数据，实时交汇处 理，最后把闪电的定位数据送到用户终端，绘图仪， CRT 显示以及远程终端设备。4.2.2 命令方式1、当要完成内务功能管理（如设置波特率、赋能阈值），运行诊断程序，报告各种条件和

38、结 果时，要使探头退出通常的数据方式而进入命令方式。在此方式下，使探头可以接受命令 并处理各类自变量的命令。在此方式下，探头不处理闪电数据也不发送数据。2、探头一接到控制序列v CTRL A *，它就暂时进入到命令方式，直到收到行终止符。4.3 探头的数据输出及帧格式 在数据方式下，探头能发送回击的和状态的二进制数据。4.3.1 回击的二进制数据 回击的二进制数据由中心数据处理站用来计算回击的位置，每组回击探测数据包括：1、回击到达时间2、回击南北峰值磁场3、回击东西峰值磁场4、回击峰值电场5、回击波形四个特征参数4.3.2 状态的二进制数据二进制状态数据30秒钟（可用*STATUS PERI

39、OD命令设置）发送一次，此时回击数据不能发送，而当二进制回击数据正在发送时，状态报告要被抑制。每组状态的二进制数据包括：1发送状态信息时的时间2、自检标志(1024表示自检通过，0表示自检不通过)3、读出的当前阈值4、当前的阈值通过率5、探头所在位置的经纬度6、GPS的误差放大因子 DOP值(0.009.99)7、10MHZ恒温槽石英晶振频率值的偏差值4.3.3 回击的二进制数据帧格式其帧格式码中，除了终端回车和可选择的换行字符外，不包含任何控制字符。状态数据和 回击数据帧采用统一的帧长度 35字节，帧头用两个字节：EBH、90H;帧尾用两个字节：0DH、 0AH (回车和换行符)。每个字节由

40、“ 1个起始位，8个数据位，1个停止位”共10个BIT构 成(无校验位)。表44二进制回击数据帧格式序号数据名称数据内容数据类型字节数偏移量1FrameStart ID1帧起始标志第一字节(0EBH)byte100H2FrameStart ID2帧起始标志第二字节(90H)byte101H3FrameTag帧种类(非0表示闪数据帧)byte102H4Hour闪到达时间的小时值byte103H5Min ute闪到达时间的分钟值byte104H6Second闪到达时间的秒值byte105H7us-01闪到达时间的0.1微秒值dword406H8Bns南北峰值磁场real40AH9Bew东西峰值磁场

41、real40EH10E峰值电场real412H11MSP最陡点磁场real416H12MSP-01us最陡点时间(0.1us)word21AH13PP-01us峰点时间(0.1us)word21CH14HWP-01us后过零点时间(0.1us)word21EH15Checksum帧校验和byte120H16FrameE nd ID1帧结束标志第一字节（ODH）byte121H17FrameE nd ID2帧结束标志第二字节（0AH）byte122H帧长度35字节4.3.4 状态的二进制数据帧格式探头运行自检后，定时发出状态信息数据，与回击的二进制数据帧格式相同 表45二进制状态信息帧格式序号数

42、据名称数据内容数据类型字节数偏移量1FrameStart ID1帧起始标志第一字节（0EBH）byte100H2FrameStart ID2帧起始标志第二字节（90H）byte101H3FrameTag帧种类（为0表示状态信息帧）byte102H4Hour发送状态信息时的小时值byte103H5Min ute发送状态信息时的分钟值byte104H6Second发送状态信息时的秒值byte105H7Year发送状态信息时的年word206H8Mon th发送状态信息时的月byte108H9Day发送状态信息时的日byte109H10ResultOfSelfTest最近一次自检的通过标志word2

43、0AH11Threshold当前的阈值word20CH12TCR.当前的阈值平均通过率real40EH13Lon gitude最近一次自检开始时的GPS经度real412H14Latitude最近一次自检开始时的GPS纬度real416H15DOP最近一次自检开始时的GPS误 差放大因子real41AH16Freque ncyError10MHZ恒温槽石英晶振频率值in teger21EH的偏差（实测值），单位：HZ17Checksum帧校验和byte120H18FrameE nd ID1帧结束标志第一字节（0DH）byte121H19FrameE nd ID2帧结束标志第二字节（0AH）by

44、te122H帧长度35字节4.4 自动自检当探头内的时钟运行到整点（00分钟），如果没有闪电数据正在处理时，则探头将自动 开始一个全面的自行测试和标定周期，此过程大约需要5秒钟。同样，通过命令*CLEAR，*RESET以及*SELFTEST也能启动自检。如果时钟运行到整点时（00分钟），探头正在处理 闪电数据，则探头一直要等到无闪电数据要处理时才开始运行自检程序。每次自检结果用探头自检是通过或是失效来表示。通过/失效 结果是作为二进制状态信息的一部分由探头在通常运 行程序中每30秒发送一次。中心数据处理站根据探头的状态信息能够监视整个雷电定位系统 的运行。4.5 探头命令1、为了完成：1）探头

45、内部勤务管理，如设置波特率、阈值等；2）运行各种诊断程序；3）报告工作状态和运行结果；探头必须在命令方式下才能运行，键入（CTRL A） *后即可由正常的数据方式进入命令 方式。2、探头命令总表及说明：表46探测仪命令一览表命令编号命令字及其缩略形式参数个数功能简述1ADCTEST(ADCT)4模数转换器测试2BAUDRATE(BR)0显示通讯波特率3CLEAR(CLR)0清除全部RAM和复位硬件4CORRECTIONS(CORT)0显示现行的校正量5FLASHES(FL)2或0产生测试闪6FREQUENCY(F)0显示10MHZ恒温槽石英晶振频率值7HELP(H/ ?)0显示探测仪命令的清单

46、8LIMITS(LIM)0显示自检通过/失败的限定范围9RATE(R)0或1显示或归零阈值通过率10RESET(RST)0复位硬件11SELFTEST(ST)0启动一次自检12STATUS(S)0显示状态（完整的自检结果）13STATUS-PERIOD(SP)0或1显示或规定发送状态信息的周期14TEMPERATURE(T)0显示探测仪舱内的温度15THRESHOLD(TH)0或1显示或设置阈值16TIME(TM)0显示当前日期和时间17TYPETEST(TT)0生成一个连续的通讯测试数据流18VERSION(V)0显示现行的软件版本探头的所有命令的功能简要描述如表 4-6所示，其每个命令由命

47、令关键字及其不同的数字 自变量构成。表中每个命令字及其星号“ * ”必须由v CTRL A 来引导。命令格式如下：CTRL-A*命令关键字自变量参数1变量参数变量参数n RET如果输入的命令是无效的或是*星号后没命令关键字紧跟其后或是格式出错。探头将发出如下错误信息：ADTD Comma nd or Parameter error 或ADTD Parameter Number error4.5.1 *ADCTEST （ADCT） 命令此命令可用于诊断ADC模数变换器的问题，给检测调试 CPU板上的ADC、DAC工作状 态带来方便。它是用CPU板上的数模变换器（DAC ）产生一个内部电压，并由该板上的 ADC 再读回此电压进行测量的。内部电压的大小由命令自变量设置。D/A的设置可以是0255之间的任意数，它等于 DAC 的设置数乘以 DAC 的参考电压再被 256 除。其中 DA