基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)檢測檢驗環(huán)境溫濕度監(jiān)測技術(shù)

郎福成 ，劉藝平

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

0 引言

“互聯(lián)網(wǎng)+”是一種新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，它指的是依托互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合，以優(yōu)化生產(chǎn)要素、更新業(yè)務(wù)體系、重構(gòu)商業(yè)模式等途徑來完成經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和升級。“互聯(lián)網(wǎng)＋”模式首先被電商加以利用，隨后金融公司也開始利用“互聯(lián)網(wǎng)＋”創(chuàng)造新的盈利模式，例如P2P金融就是利用網(wǎng)絡(luò)平臺幫助借貸雙方確立借貸關(guān)系并完成相關(guān)交易手續(xù)。2015年5月12日國家質(zhì)檢總局科技司在廣東召開互聯(lián)網(wǎng)檢驗檢測服務(wù)模式創(chuàng)新研討會，會上主要討論了在互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)達(dá)的新時代，檢驗檢測行業(yè)也要逐漸利用這一新的發(fā)展機制來促進(jìn)本行業(yè)發(fā)展，正式將檢驗檢測領(lǐng)域探索“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展模式提上日程。

檢驗檢測認(rèn)證機構(gòu)就必須向互聯(lián)網(wǎng)化轉(zhuǎn)變，必然就需要加大技術(shù)和商業(yè)模式創(chuàng)新，想要往互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)變的話，就必須實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)變：一是從檢驗、檢測、認(rèn)證服務(wù)商向解決方案服務(wù)商轉(zhuǎn)變；二是從傳統(tǒng)的檢驗、檢測、認(rèn)證服務(wù)商向互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商轉(zhuǎn)變。檢驗檢測領(lǐng)域的“互聯(lián)網(wǎng)+”并不是互聯(lián)網(wǎng)和檢驗檢測兩者簡單的糅合，而是在互聯(lián)網(wǎng)思維的模式下開創(chuàng)屬于這個領(lǐng)域的新的發(fā)展模式[1-4]。目前的檢測行業(yè)存在很多痛點，首先，對有檢測需求的企業(yè)來說，中國有大量的中小微企業(yè)找不到合適的檢測機構(gòu)，檢測價格高、檢測周期長。其次，對檢測檢驗認(rèn)證機構(gòu)而言，作為經(jīng)營性的檢測機構(gòu)，銷售成本并不低[5-7]。最后，現(xiàn)有檢測檢驗技術(shù)落后，檢驗裝備智能化水平低，不能滿足“互聯(lián)網(wǎng)+”檢測檢驗技術(shù)發(fā)展需求[8-10]。因此，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，開展檢測檢驗智能化設(shè)備研究是當(dāng)今檢測檢驗行業(yè)發(fā)展的一個方向。

2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

檢測檢驗環(huán)境溫濕度測試技術(shù)利用DSP為核心，采用高精度溫濕度傳感器采集環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過信號處理單元后反饋給DSP最小系統(tǒng)，DSP對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算、處理和存儲，同時系統(tǒng)具有CAN通訊功能，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測檢驗環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 檢測檢驗環(huán)境溫濕度測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structure diagram of inspection environment temperature and humidity test system

檢測檢驗環(huán)境溫濕度測試系統(tǒng)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(yuǎn)程監(jiān)控主機、指令輸入模塊等組成，各個模塊協(xié)同配合完成檢驗環(huán)境溫濕度測試功能。給DSP最小系統(tǒng)主要包括DSP、時鐘單元、復(fù)位單元、編程接口等，是整個監(jiān)測系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)控制指令接收與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)運算、參數(shù)調(diào)用、異常判斷與報警、數(shù)據(jù)顯示驅(qū)動和數(shù)據(jù)通訊功能。溫濕度傳感器為監(jiān)控系統(tǒng)的感知模塊，用于對檢測檢驗環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。信號處理模塊用于實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)與單片機接收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)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(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)和是否異常進(jìn)行顯示。異常報警模塊用于在檢測檢驗環(huán)境溫度和濕度超出設(shè)定值范圍內(nèi)時進(jìn)行報警，提示工作人員有環(huán)境異常。通訊模塊用于實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)溫度、濕度運行參數(shù)與遠(yuǎn)程主機之間數(shù)據(jù)通訊。指令輸入模塊作為系統(tǒng)唯一的人機交互載體，用于監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，實現(xiàn)系統(tǒng)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(huán)境的溫度和濕度信號進(jìn)行采集，該傳感器將CMOS芯片與傳感器技術(shù)有機結(jié)合，為二線串行接口的數(shù)字式傳感器，可用于檢測系統(tǒng)的溫度、濕度、露點等信號，具有外圍電路簡單、數(shù)字式輸出和免調(diào)試等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象等領(lǐng)域參數(shù)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，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(jìn)行補償后得到檢測檢驗環(huán)境的濕度數(shù)據(jù)。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(nèi)部已經(jīng)集成了eCAN通訊模塊，所以在監(jiān)控系統(tǒng)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(jù)系統(tǒng)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(shè)計簡單、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。將DSP通訊模塊的CAN收發(fā)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(jié)論

檢驗檢測行業(yè)是促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要組成部分，“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來檢驗檢測行業(yè)發(fā)展打開了全新思路。采用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)設(shè)計檢測檢驗環(huán)境溫濕度檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫濕度數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程傳輸，為檢測檢驗設(shè)備智能化和“互聯(lián)網(wǎng)+“技術(shù)的推廣奠定基礎(chǔ)。