自動氣象站濕度傳感器檢測裝置的設計

陳寧 李力

摘? 要：介紹了自動氣象站中各類傳感器檢定情況，以及實現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結構，說明了檢測裝置的設計思路。本設計有良好人機交互界面，提高了本裝置的實用性，檢測裝置還可以連接打印機，從而實現對系統實時運行數據的打印。同時對自動氣象站濕度傳感器的自動檢定情況作出了展望，供氣象保障檢定人員參考。

關鍵詞：濕度傳感器? 濕度檢測? 檢測裝置? 自動氣象站

中圖分類號：TH765? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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

隨著氣象現代化建設的快速發展，地面氣象自動觀測已成現實，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、風速傳感器、風向傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器，這些傳感器通過導線連接到氣象數據采集器上組成自動氣象站。至今，已有2000多個臺站使用自動氣象站，經過試運行，越來越多的自動氣象站將投入氣象觀測業務中。我國自動氣象站的建設面越來越廣，各省中尺度自動氣象站網建設速度也非常快。根據有關規定和自動氣象站的管理規定，必須對自動氣象站進行周期性的檢定。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長、無法自動化、檢定效率低的缺點[1-6]。

1? 檢測裝置的結構及工作原理

1.1 設備結構

本文解決的技術問題在于提供一種自動氣象站濕度傳感器檢測裝置，結構簡單，運行可靠，可自動且快速對濕度傳感器進行檢定，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轉換模塊、標準電壓發生器、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;A/D轉換模塊將采集的濕度模擬信號轉換為數字信號，得到濕度信號對應的電壓值;標準電壓發生器用于產生標準電壓信號;處理裝置用于分析處理濕度信號對應的電壓值和標準電壓信號并得到檢測結果，且發出控制命令;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果。

1.2 工作原理

處理裝置內包含信號比對模塊、比對結果存儲模塊和控制器，信號比對模塊分別與A/D轉換模塊和標準電壓發生器連接，控制器分別與顯示模塊和通信模塊連接（如圖2）。

自動氣象站濕度傳感器檢測裝置，包括濕度采集器、A/D轉換模塊、標準電壓發生器、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; A/D轉換模塊將采集的濕度模擬信號轉換為數字信號，得到濕度信號對應的電壓值;標準電壓發生器用于產生標準電壓信號，標準電壓發生器可產生0.10～1.00V的標準電壓信號;處理裝置用于分析處理濕度信號對應的電壓值和標準電壓信號并得到檢測結果，且發出控制命令;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果，濕度采集器與A/D轉換模塊連接，A/D轉換模塊、標準電壓發生器、顯示模塊和通信模塊分別與處理裝置連接。自動氣象站濕度傳感器檢測裝置結構簡單，運行可靠，可自動且快速對濕度傳感器進行檢定，減輕人工的工作量，提高檢測效率。

2? 檢測裝置的設計與實現

自動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進行采集，并將濕度信號進行模數轉換，得到相對濕度值相應的電壓值，濕度值對應的電壓值與標準電壓發生器產生的標準電壓值進行比較，得到檢測結果，處理裝置根據得到的檢測結果控制顯示模塊和通信模塊工作，將檢測結果進行顯示和發送到上位機或移動終端。該檢測裝置結構簡單，運行可靠，可自動且快速對濕度傳感器進行檢測，減輕人工的工作量，提高檢測效率。

（1）標準電壓發生器可產生10 種標準電壓值來對應濕度傳感器輸出的相對濕度值。10 種標準電壓值如下：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。比對結果合格范圍：±4%RH（<80%RH時）;±8%RH（>80%RH時）。

（2）處理裝置包括順次連接的信號比對模塊、比對結果存儲模塊和控制器，信號比對模塊分別與A/D轉換模塊和標準電壓發生器連接，控制器分別與顯示模塊和通信模塊連接。信號比對模塊可以是比較器，也可采用現有計算機程序對濕度傳感器采集的濕度信號對應的電壓值與標準電壓值進行比較，但不僅限于這兩種方式。顯示模塊優選采用段式液晶顯示器，由于段式液晶顯示器良好的人機交互界面，進一步提高了本裝置的實用性，但不僅局限使用段式液晶顯示器，也可以根據實際情況進行選擇。通信模塊可采用無線通信。

（3）自動氣象站濕度傳感器檢測裝置還包括打印機，所述打印機與處理裝置連接，從而實現對系統實時運行數據的打印。

自動氣象站濕度傳感器檢測裝置的設計：濕度采集器對濕度傳感器采集的濕度數據進行采集，A/D轉換模塊將濕度數據轉換為數字信號，把濕度數據轉化成對應的電壓值，采集的濕度值對應的電壓值和標準電壓發生器產生的電壓值進行對比，當濕度值小于80%RH時，比對結果在±4%RH之間說明濕度傳感器正常;當濕度值大于80%RH時，比對結果在±8%RH，說明濕度傳感器正常，如果比對結果不在上述的合格范圍，說明濕度傳感器異常，比對結果存儲模塊存儲比對結果，控制器根據比對結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發送到上位機或移動終端，從而實現濕度傳感器的自動檢測，減少人工工作量，提高檢測效率。

3? 結語

隨著氣象觀測業務全面實行自動化改革后，自動氣象站的檢定自動化也越來越成為趨勢，減少人工檢定時產生的誤差，提高自動氣象站傳感器檢定自動化程度。為了達到這一目標，各類傳感器的自動化檢測設備便應運而生，自動檢測不僅保證自動氣象站檢定的準確性，更加突出了時效性，節省了檢定時間，最主要的是保證了自動氣象站觀測數據的準確性，為氣象的預報預測提供了準確的數據支持。

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