自動(dòng)氣象站濕度傳感器檢測裝置的設(shè)計(jì)

陳寧 李力

摘? 要：介紹了自動(dòng)氣象站中各類傳感器檢定情況，以及實(shí)現(xiàn)了濕度傳感器檢測的意義。簡要概述了濕度傳感器檢測裝置的工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，說明了檢測裝置的設(shè)計(jì)思路。本設(shè)計(jì)有良好人機(jī)交互界面，提高了本裝置的實(shí)用性，檢測裝置還可以連接打印機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的打印。同時(shí)對自動(dòng)氣象站濕度傳感器的自動(dòng)檢定情況作出了展望，供氣象保障檢定人員參考。

關(guān)鍵詞：濕度傳感器? 濕度檢測? 檢測裝置? 自動(dòng)氣象站

中圖分類號(hào)：TH765? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（b）-0024-03

Abstract： This paper introduces the verification of all kinds of sensors in automatic weather station and the significance of humidity sensor detection. This paper briefly introduces the working principle and system structure of the humidity sensor detection device， and explains the design idea of the detection device. The design has a good human-computer interface， which improves the practicability of the device. The detection device can also be connected to a printer， so as to realize the printing of real-time running data of the system. At the same time， the prospect of the automatic verification of the humidity sensor in the automatic meteorological station is made for the reference of the verification personnel of meteorological support.

Key Words： Humidity sensor; Humidity detection; Detection device; Automatic weather station

隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，地面氣象自動(dòng)觀測已成現(xiàn)實(shí)，目前常用的氣象儀器傳感器主要有溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器，這些傳感器通過導(dǎo)線連接到氣象數(shù)據(jù)采集器上組成自動(dòng)氣象站。至今，已有2000多個(gè)臺(tái)站使用自動(dòng)氣象站，經(jīng)過試運(yùn)行，越來越多的自動(dòng)氣象站將投入氣象觀測業(yè)務(wù)中。我國自動(dòng)氣象站的建設(shè)面越來越廣，各省中尺度自動(dòng)氣象站網(wǎng)建設(shè)速度也非常快。根據(jù)有關(guān)規(guī)定和自動(dòng)氣象站的管理規(guī)定，必須對自動(dòng)氣象站進(jìn)行周期性的檢定。目前溫濕度傳感器的檢定很大程度上仍停留在人工檢定階段，而人工檢定的方法存在著用時(shí)長、無法自動(dòng)化、檢定效率低的缺點(diǎn)[1-6]。

1? 檢測裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

本文解決的技術(shù)問題在于提供一種自動(dòng)氣象站濕度傳感器檢測裝置，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，可自動(dòng)且快速對濕度傳感器進(jìn)行檢定，減輕人工的工作量，提高檢測效率。

濕度傳感器檢測裝置由濕度采集器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器、處理裝置、顯示模塊和通信模塊組成（如圖1）。濕度采集器用于采集濕度傳感器的信號(hào);A/D轉(zhuǎn)換模塊將采集的濕度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，得到濕度信號(hào)對應(yīng)的電壓值;標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào);處理裝置用于分析處理濕度信號(hào)對應(yīng)的電壓值和標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)并得到檢測結(jié)果，且發(fā)出控制命令;顯示模塊用于濕度傳感器是否異常;通信模塊用于傳輸檢測結(jié)果。

1.2 工作原理

處理裝置內(nèi)包含信號(hào)比對模塊、比對結(jié)果存儲(chǔ)模塊和控制器，信號(hào)比對模塊分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊和標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器連接，控制器分別與顯示模塊和通信模塊連接（如圖2）。

自動(dòng)氣象站濕度傳感器檢測裝置，包括濕度采集器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器、處理裝置、顯示模塊和通信模塊。濕度采集器用于采集濕度傳感器的信號(hào); A/D轉(zhuǎn)換模塊將采集的濕度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，得到濕度信號(hào)對應(yīng)的電壓值;標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器可產(chǎn)生0.10～1.00V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào);處理裝置用于分析處理濕度信號(hào)對應(yīng)的電壓值和標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)并得到檢測結(jié)果，且發(fā)出控制命令;顯示模塊用于濕度傳感器是否異常;通信模塊用于傳輸檢測結(jié)果，濕度采集器與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊、標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器、顯示模塊和通信模塊分別與處理裝置連接。自動(dòng)氣象站濕度傳感器檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，可自動(dòng)且快速對濕度傳感器進(jìn)行檢定，減輕人工的工作量，提高檢測效率。

2? 檢測裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)氣象站濕度傳感器檢測裝置通過濕度采集器對濕度傳感器采集的濕度信號(hào)進(jìn)行采集，并將濕度信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到相對濕度值相應(yīng)的電壓值，濕度值對應(yīng)的電壓值與標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)電壓值進(jìn)行比較，得到檢測結(jié)果，處理裝置根據(jù)得到的檢測結(jié)果控制顯示模塊和通信模塊工作，將檢測結(jié)果進(jìn)行顯示和發(fā)送到上位機(jī)或移動(dòng)終端。該檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，可自動(dòng)且快速對濕度傳感器進(jìn)行檢測，減輕人工的工作量，提高檢測效率。

（1）標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器可產(chǎn)生10 種標(biāo)準(zhǔn)電壓值來對應(yīng)濕度傳感器輸出的相對濕度值。10 種標(biāo)準(zhǔn)電壓值如下：0.10V，0.20V，0.30V，0.40V，0.50V，0.60V，0.70V，0.80V，0.90V，0.95V。對應(yīng)的10種相對濕度值如下：10%RH，20%RH，30%RH，40%RH，50%RH，60% RH，70%RH，80%RH，90%RH，95%RH。比對結(jié)果合格范圍：±4%RH（<80%RH時(shí)）;±8%RH（>80%RH時(shí)）。

（2）處理裝置包括順次連接的信號(hào)比對模塊、比對結(jié)果存儲(chǔ)模塊和控制器，信號(hào)比對模塊分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊和標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器連接，控制器分別與顯示模塊和通信模塊連接。信號(hào)比對模塊可以是比較器，也可采用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)程序?qū)穸葌鞲衅鞑杉臐穸刃盘?hào)對應(yīng)的電壓值與標(biāo)準(zhǔn)電壓值進(jìn)行比較，但不僅限于這兩種方式。顯示模塊優(yōu)選采用段式液晶顯示器，由于段式液晶顯示器良好的人機(jī)交互界面，進(jìn)一步提高了本裝置的實(shí)用性，但不僅局限使用段式液晶顯示器，也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。通信模塊可采用無線通信。

（3）自動(dòng)氣象站濕度傳感器檢測裝置還包括打印機(jī)，所述打印機(jī)與處理裝置連接，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的打印。

自動(dòng)氣象站濕度傳感器檢測裝置的設(shè)計(jì)：濕度采集器對濕度傳感器采集的濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，A/D轉(zhuǎn)換模塊將濕度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，把濕度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的電壓值，采集的濕度值對應(yīng)的電壓值和標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器產(chǎn)生的電壓值進(jìn)行對比，當(dāng)濕度值小于80%RH時(shí)，比對結(jié)果在±4%RH之間說明濕度傳感器正常;當(dāng)濕度值大于80%RH時(shí)，比對結(jié)果在±8%RH，說明濕度傳感器正常，如果比對結(jié)果不在上述的合格范圍，說明濕度傳感器異常，比對結(jié)果存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)比對結(jié)果，控制器根據(jù)比對結(jié)果控制顯示模塊顯示濕度傳感器正常或異常，控制通信模塊將濕度傳感器正常或異常的信號(hào)發(fā)送到上位機(jī)或移動(dòng)終端，從而實(shí)現(xiàn)濕度傳感器的自動(dòng)檢測，減少人工工作量，提高檢測效率。

3? 結(jié)語

隨著氣象觀測業(yè)務(wù)全面實(shí)行自動(dòng)化改革后，自動(dòng)氣象站的檢定自動(dòng)化也越來越成為趨勢，減少人工檢定時(shí)產(chǎn)生的誤差，提高自動(dòng)氣象站傳感器檢定自動(dòng)化程度。為了達(dá)到這一目標(biāo)，各類傳感器的自動(dòng)化檢測設(shè)備便應(yīng)運(yùn)而生，自動(dòng)檢測不僅保證自動(dòng)氣象站檢定的準(zhǔn)確性，更加突出了時(shí)效性，節(jié)省了檢定時(shí)間，最主要的是保證了自動(dòng)氣象站觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為氣象的預(yù)報(bào)預(yù)測提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 王明輝，陳冰懷.自動(dòng)氣象站常規(guī)傳感器現(xiàn)場檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].氣象科技，2019（3）：402-407.

[2] 程捷.基于單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)，2019（9）：40-42.

[3] 陳寧，李力.湖北省自動(dòng)土壤水分觀測站檢定后的數(shù)據(jù)分析[J].氣象水文海洋儀器，2019，36（1）：12-17.

[4] 謝麗君.基于單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（12）：89-91.

[5] 吳勇靈，楊娜，潘曉慧，等.基于萊以特準(zhǔn)則和數(shù)據(jù)融合的溫濕度檢測系統(tǒng)[J].科技通報(bào)，2017（3）：140-142.

[6] 王登宏.基于Arduino的手機(jī)同步顯示溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2016（7）：42-43.

[7] 趙建華.一種遠(yuǎn)程的無線環(huán)境溫濕度檢測系統(tǒng)[J].西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32（4）：340-344.

[8] 蘇寶林.基于電容傳感器的濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2018（7）：58-60.

[9] 宋江明，劉心蕊，張銘朗，何英昊.基于STM32的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2020，49（7）：158-159，173.

[10] 倪丹艷.基于STC89C52單片機(jī)的溫濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新，2020，2（19）：43-44.

[11] 蘇俁，李建軍，袁富生，徐志鑫，張樹煜，常曉榮.基于51單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2020（6）：63-65.

[12] 李白華，孫濤.基于EDP協(xié)議的溫濕度在線檢測系統(tǒng)[J].通信電源技術(shù)，2020，37（10）：18-20.

[13] 孫學(xué)智.基于單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（13）：179-180.