基于“互聯網+”技術檢測檢驗環境溫濕度監測技術

郎福成 ，劉藝平

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國家電網公司高電壓強電流實驗室，遼寧 沈陽 110006；3.煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；4.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122）

0 引言

“互聯網+”是一種新的經濟形態，它指的是依托互聯網信息技術實現互聯網與傳統產業的聯合，以優化生產要素、更新業務體系、重構商業模式等途徑來完成經濟轉型和升級。“互聯網＋”模式首先被電商加以利用，隨后金融公司也開始利用“互聯網＋”創造新的盈利模式，例如P2P金融就是利用網絡平臺幫助借貸雙方確立借貸關系并完成相關交易手續。2015年5月12日國家質檢總局科技司在廣東召開互聯網檢驗檢測服務模式創新研討會，會上主要討論了在互聯網高度發達的新時代，檢驗檢測行業也要逐漸利用這一新的發展機制來促進本行業發展，正式將檢驗檢測領域探索“互聯網+”發展模式提上日程。

檢驗檢測認證機構就必須向互聯網化轉變，必然就需要加大技術和商業模式創新，想要往互聯網行業進行轉變的話，就必須實現兩個轉變：一是從檢驗、檢測、認證服務商向解決方案服務商轉變；二是從傳統的檢驗、檢測、認證服務商向互聯網服務商轉變。檢驗檢測領域的“互聯網+”并不是互聯網和檢驗檢測兩者簡單的糅合，而是在互聯網思維的模式下開創屬于這個領域的新的發展模式[1-4]。目前的檢測行業存在很多痛點，首先，對有檢測需求的企業來說，中國有大量的中小微企業找不到合適的檢測機構，檢測價格高、檢測周期長。其次，對檢測檢驗認證機構而言，作為經營性的檢測機構，銷售成本并不低[5-7]。最后，現有檢測檢驗技術落后，檢驗裝備智能化水平低，不能滿足“互聯網+”檢測檢驗技術發展需求[8-10]。因此，結合“互聯網+”技術，開展檢測檢驗智能化設備研究是當今檢測檢驗行業發展的一個方向。

2 監測系統設計

檢測檢驗環境溫濕度測試技術利用DSP為核心，采用高精度溫濕度傳感器采集環境溫度和濕度數據，經過信號處理單元后反饋給DSP最小系統，DSP對數據進行運算、處理和存儲，同時系統具有CAN通訊功能，能夠實現檢測檢驗環境溫度和濕度數據遠距離傳輸，系統結構簡圖如圖1所示。

圖1 檢測檢驗環境溫濕度測試系統結構簡圖Fig.1 Structure diagram of inspection environment temperature and humidity test system

檢測檢驗環境溫濕度測試系統主要由單片機模塊、溫濕度傳感器、信號處理模塊、顯示模塊、異常報警模塊、通訊模塊、遠程監控主機、指令輸入模塊等組成，各個模塊協同配合完成檢驗環境溫濕度測試功能。給DSP最小系統主要包括DSP、時鐘單元、復位單元、編程接口等，是整個監測系統的核心，實現控制指令接收與轉換、數據運算、參數調用、異常判斷與報警、數據顯示驅動和數據通訊功能。溫濕度傳感器為監控系統的感知模塊，用于對檢測檢驗環境溫度和濕度數據進行采集。信號處理模塊用于實現傳感器數據與單片機接收數據的轉換，同時具有信號隔離、濾波功能。顯示模塊用于對檢測檢驗環境溫濕度數據和是否異常進行顯示。異常報警模塊用于在檢測檢驗環境溫度和濕度超出設定值范圍內時進行報警，提示工作人員有環境異常。通訊模塊用于實現監測系統溫度、濕度運行參數與遠程主機之間數據通訊。指令輸入模塊作為系統唯一的人機交互載體，用于監控系統進行有效控制，實現系統上電、啟動、停止和急停等功能。

2.1 溫濕度采集

采用SHT11 溫濕度傳感器對檢測檢驗環境的溫度和濕度信號進行采集，該傳感器將CMOS芯片與傳感器技術有機結合，為二線串行接口的數字式傳感器，可用于檢測系統的溫度、濕度、露點等信號，具有外圍電路簡單、數字式輸出和免調試等優點，廣泛應用在工農業生產、氣象等領域參數測量。SHT11 溫濕度傳感器測量溫度的分辨率為14為、相對濕度的分辨率為12位，濕度測量范圍0～100%，溫度的測試范圍-40～+123.8 ℃。SHT11溫濕度傳感器的線性度較好，計算時可以用公式直接將溫度數據轉換為實際溫度，在電源電壓5V、14位時，公式為：

其中，T為實際溫度，單位為℃，P為SHT11溫濕度傳感器反饋的溫度數據，無量綱。SHT11溫濕度傳感器的濕度輸出信號為非線性信號，需要對相對濕度信號進行補償后得到檢測檢驗環境的濕度數據。SHT11溫濕度傳感器實物如圖2所示。

圖2 溫濕度傳感器實物圖Fig.2 Physical picture of temperature and humidity sensor

2.2 DSP與CAN總線接口單元

由于DSP內部已經集成了eCAN通訊模塊，所以在監控系統與上位機通訊時只需選用CAN接口芯片，不需要另外再配CAN控制器。根據系統實時性和可靠性的需求，選有CTM8251T作為DSP的eCAN模塊與物理總線的接口芯片，該芯片具有外圍電路設計簡單、抗干擾能力強、穩定性好等優點。將DSP通訊模塊的CAN收發信號CAN-RD、CAN-TD和CTM8251T芯片的RXD、TXD相連接，CTM8251T芯片的CANH、CANL與CAN物理總線相連接。CAN通訊接口電路如圖3所示。

圖3 CAN總線接口的電路圖Fig.3 Circuit diagram of can bus interface

3 結論

檢驗檢測行業是促進國家經濟和社會發展的重要組成部分，“互聯網+”時代的到來檢驗檢測行業發展打開了全新思路。采用“互聯網+”技術設計檢測檢驗環境溫濕度檢測系統，實現對溫濕度數據的實時監測和遠程傳輸，為檢測檢驗設備智能化和“互聯網+“技術的推廣奠定基礎。