自动气象站湿度传感器检测装置的设计

陈宁 李力

摘  要：介绍了自动气象站中各类传感器检定情况，以及实现了湿度传感器检测的意义。简要概述了湿度传感器检测装置的工作原理和系统结构，说明了检测装置的设计思路。本设计有良好人机交互界面，提高了本装置的实用性，检测装置还可以连接打印机，从而实现对系统实时运行数据的打印。同时对自动气象站湿度传感器的自动检定情况作出了展望，供气象保障检定人员参考。

关键词：湿度传感器  湿度检测  检测装置  自动气象站

中图分类号：TH765                           文献标识码：A                   文章编号：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

隨着气象现代化建设的快速发展，地面气象自动观测已成现实，目前常用的气象仪器传感器主要有温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器、雨量传感器，这些传感器通过导线连接到气象数据采集器上组成自动气象站。至今，已有2000多个台站使用自动气象站，经过试运行，越来越多的自动气象站将投入气象观测业务中。我国自动气象站的建设面越来越广，各省中尺度自动气象站网建设速度也非常快。根据有关规定和自动气象站的管理规定，必须对自动气象站进行周期性的检定。目前温湿度传感器的检定很大程度上仍停留在人工检定阶段，而人工检定的方法存在着用时长、无法自动化、检定效率低的缺点[1-6]。

1  检测装置的结构及工作原理

1.1 设备结构

本文解决的技术问题在于提供一种自动气象站湿度传感器检测装置，结构简单，运行可靠，可自动且快速对湿度传感器进行检定，减轻人工的工作量，提高检测效率。

湿度传感器检测装置由湿度采集器、A/D转换模块、标准电压发生器、处理装置、显示模块和通信模块组成（如图1）。湿度采集器用于采集湿度传感器的信号;A/D转换模块将采集的湿度模拟信号转换为数字信号，得到湿度信号对应的电压值;标准电压发生器用于产生标准电压信号;处理装置用于分析处理湿度信号对应的电压值和标准电压信号并得到检测结果，且发出控制命令;显示模块用于湿度传感器是否异常;通信模块用于传输检测结果。

1.2 工作原理

处理装置内包含信号比对模块、比对结果存储模块和控制器，信号比对模块分别与A/D转换模块和标准电压发生器连接，控制器分别与显示模块和通信模块连接（如图2）。

自动气象站湿度传感器检测装置，包括湿度采集器、A/D转换模块、标准电压发生器、处理装置、显示模块和通信模块。湿度采集器用于采集湿度传感器的信号; A/D转换模块将采集的湿度模拟信号转换为数字信号，得到湿度信号对应的电压值;标准电压发生器用于产生标准电压信号，标准电压发生器可产生0.10～1.00V的标准电压信号;处理装置用于分析处理湿度信号对应的电压值和标准电压信号并得到检测结果，且发出控制命令;显示模块用于湿度传感器是否异常;通信模块用于传输检测结果，湿度采集器与A/D转换模块连接，A/D转换模块、标准电压发生器、显示模块和通信模块分别与处理装置连接。自动气象站湿度传感器检测装置结构简单，运行可靠，可自动且快速对湿度传感器进行检定，减轻人工的工作量，提高检测效率。

2  检测装置的设计与实现

自动气象站湿度传感器检测装置通过湿度采集器对湿度传感器采集的湿度信号进行采集，并将湿度信号进行模数转换，得到相对湿度值相应的电压值，湿度值对应的电压值与标准电压发生器产生的标准电压值进行比较，得到检测结果，处理装置根据得到的检测结果控制显示模块和通信模块工作，将检测结果进行显示和发送到上位机或移动终端。该检测装置结构简单，运行可靠，可自动且快速对湿度传感器进行检测，减轻人工的工作量，提高检测效率。

（1）标准电压发生器可产生10 种标准电压值来对应湿度传感器输出的相对湿度值。10 种标准电压值如下：0.10V，0.20V，0.30V，0.40V，0.50V，0.60V，0.70V，0.80V，0.90V，0.95V。对应的10种相对湿度值如下：10%RH，20%RH，30%RH，40%RH，50%RH，60% RH，70%RH，80%RH，90%RH，95%RH。比对结果合格范围：±4%RH（<80%RH时）;±8%RH（>80%RH时）。

（2）处理装置包括顺次连接的信号比对模块、比对结果存储模块和控制器，信号比对模块分别与A/D转换模块和标准电压发生器连接，控制器分别与显示模块和通信模块连接。信号比对模块可以是比较器，也可采用现有计算机程序对湿度传感器采集的湿度信号对应的电压值与标准电压值进行比较，但不仅限于这两种方式。显示模块优选采用段式液晶显示器，由于段式液晶显示器良好的人机交互界面，进一步提高了本装置的实用性，但不仅局限使用段式液晶显示器，也可以根据实际情况进行选择。通信模块可采用无线通信。

（3）自动气象站湿度传感器检测装置还包括打印机，所述打印机与处理装置连接，从而实现对系统实时运行数据的打印。

自动气象站湿度传感器检测装置的设计：湿度采集器对湿度传感器采集的湿度数据进行采集，A/D转换模块将湿度数据转换为数字信号，把湿度数据转化成对应的电压值，采集的湿度值对应的电压值和标准电压发生器产生的电压值进行对比，当湿度值小于80%RH时，比对结果在±4%RH之间说明湿度传感器正常;当湿度值大于80%RH时，比对结果在±8%RH，说明湿度传感器正常，如果比对结果不在上述的合格范围，说明湿度传感器异常，比对结果存储模块存储比对结果，控制器根据比对结果控制显示模块显示湿度传感器正常或异常，控制通信模块将湿度传感器正常或异常的信号发送到上位机或移动终端，从而实现湿度传感器的自动检测，减少人工工作量，提高检测效率。

3  结语

随着气象观测业务全面实行自动化改革后，自动气象站的检定自动化也越来越成为趋势，减少人工检定时产生的误差，提高自动气象站传感器检定自动化程度。为了达到这一目标，各类传感器的自动化检测设备便应运而生，自动检测不仅保证自动气象站检定的准确性，更加突出了时效性，节省了检定时间，最主要的是保证了自动气象站观测数据的准确性，为气象的预报预测提供了准确的数据支持。

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