楊燕華

【摘? 要】無(wú)線溫濕度傳感器自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建立在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過(guò)通信協(xié)議、便攜式現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下的溫濕度傳感器運(yùn)行。這種無(wú)線溫濕度傳感器能夠進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，解決了傳統(tǒng)的需要標(biāo)準(zhǔn)檢定箱參與操作中的問(wèn)題。同時(shí)系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了校準(zhǔn)軟件和數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)，通過(guò)遠(yuǎn)程操控將基準(zhǔn)溫濕度傳感器數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)溫濕度傳感器數(shù)據(jù)獲取通過(guò)下發(fā)指令完成，傳感器獲得數(shù)據(jù)之后進(jìn)行自身算法進(jìn)行校準(zhǔn)，這種自動(dòng)化方式操作方便、校準(zhǔn)結(jié)果穩(wěn)定精確、操作簡(jiǎn)單。本文對(duì)一種新型的溫濕度傳感器校準(zhǔn)技術(shù)和運(yùn)行方法進(jìn)行論述，分析無(wú)線溫濕度傳感器自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用以及對(duì)環(huán)境保護(hù)發(fā)揮的重要作用。

【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù);自動(dòng)校準(zhǔn);溫濕度

無(wú)線溫濕度傳感器在現(xiàn)場(chǎng)溫濕度校準(zhǔn)中運(yùn)用先進(jìn)校準(zhǔn)技術(shù)，改進(jìn)傳統(tǒng)的溫濕度測(cè)量的方法。傳統(tǒng)模式下部分傳感器需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拆卸，而新的無(wú)線溫濕度傳感器能夠建立在無(wú)線網(wǎng)支持下進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后使用服務(wù)器參數(shù)補(bǔ)償?shù)姆桨福瑢?duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)不需要標(biāo)準(zhǔn)檢定器就可以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行無(wú)線運(yùn)行，溫濕度檢測(cè)精確度高。

1、溫濕度無(wú)線傳感器功能概述

無(wú)線溫濕度傳感器采用無(wú)線通信協(xié)議、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)溫濕度傳感器的運(yùn)行，便攜式的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)是一種可靠高效的手段，這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，軟件硬件設(shè)備包括傳感器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、校準(zhǔn)軟件、校準(zhǔn)模塊等[1]。運(yùn)行步驟：

采用自通信協(xié)議進(jìn)行校準(zhǔn)，無(wú)線溫濕度傳感器，將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器、傳感器節(jié)點(diǎn)、設(shè)備和網(wǎng)關(guān)構(gòu)成了周期性運(yùn)行架構(gòu)，采集數(shù)據(jù)以基準(zhǔn)標(biāo)定，形成高精度溫濕度傳感器數(shù)據(jù)傳送，傳遞數(shù)據(jù)之后由校準(zhǔn)軟件獲取發(fā)送到服務(wù)器并進(jìn)行保存。根據(jù)通信協(xié)議組裝接收到數(shù)據(jù)之后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)算法的校準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)溫濕度傳感器自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用。對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)組成原理圖如下表：

系統(tǒng)組成原理

2、溫濕度無(wú)線傳感器硬件描述

傳感器設(shè)計(jì)中，硬件包含了無(wú)線溫濕度、傳感器網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，按照通信協(xié)議、一致性標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)軟件，在方案中進(jìn)行，協(xié)議實(shí)施符合相關(guān)的協(xié)議方進(jìn)入平臺(tái)中進(jìn)行運(yùn)行，平臺(tái)中的溫濕度傳感器ID配有無(wú)線模塊、設(shè)備ID、溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)模塊和網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過(guò)UDP協(xié)議發(fā)送到服務(wù)器系統(tǒng)硬件平臺(tái)如下圖：

系統(tǒng)硬件平臺(tái)

無(wú)線溫濕度傳感器參數(shù)包括：

精度2%RH;溫度-5～100攝氏度，濕度10%～90%RH，采用基準(zhǔn)標(biāo)定設(shè)備參數(shù)檢驗(yàn)的方法要求，傳感器的設(shè)備要保證精度，平時(shí)檢測(cè)一般可采用高精度露點(diǎn)儀作為系統(tǒng)中心。

3、溫濕度無(wú)線傳感器軟件運(yùn)行

系統(tǒng)中無(wú)線溫濕度傳感器隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生誤差，提供穩(wěn)定環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)條件。軟件運(yùn)行要求現(xiàn)場(chǎng)處在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中，保持適應(yīng)的溫濕度環(huán)境狀態(tài)下，可以減少測(cè)量誤差，避免對(duì)環(huán)境的損壞。傳統(tǒng)的檢測(cè)方案是對(duì)溫濕度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，但這需要提供能夠測(cè)定穩(wěn)定環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)檢定箱，而采用無(wú)線溫濕度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)技術(shù)的使用，發(fā)揮其高精度基準(zhǔn)標(biāo)定的功能，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)比，能夠使用比較法提高傳感器運(yùn)行準(zhǔn)確率，將基準(zhǔn)溫濕度傳感器放置在校準(zhǔn)溫濕度傳感器相近的地方服務(wù)器的校準(zhǔn)軟件，獲取網(wǎng)關(guān)之后，對(duì)兩組設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)，所有傳感器數(shù)據(jù)采集完成之后，根據(jù)差值確定溫濕度傳感器是否需要校準(zhǔn)，驗(yàn)證校準(zhǔn)方法采用插值補(bǔ)償算法，根據(jù)設(shè)計(jì)精度對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值補(bǔ)償。

確定無(wú)線溫濕度傳感器運(yùn)行之后，校準(zhǔn)溫度差值在合理范圍內(nèi)，方能確定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。軟件有數(shù)據(jù)采集、管理和校準(zhǔn)三個(gè)模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，采集基準(zhǔn)、傳感器與校準(zhǔn)傳感器的溫濕度數(shù)據(jù)，將符合條件的數(shù)據(jù)保存在文件系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)使用，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程，通過(guò)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，高精度露點(diǎn)儀，采集精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，使用串口通信編程，進(jìn)行初始化窗口與網(wǎng)口的建立，通過(guò)內(nèi)鏡消息傳遞機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、創(chuàng)建文件管理系統(tǒng)，選擇設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、采集、存儲(chǔ)和維護(hù)，以同一時(shí)間讀取的帶教準(zhǔn)溫濕度傳感器設(shè)備和基準(zhǔn)溫濕度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，保存在文件系統(tǒng)中，并提供API接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)的圖讀取數(shù)據(jù)，校準(zhǔn)模塊，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)溫濕度，在實(shí)際情況下對(duì)單個(gè)設(shè)備和多組設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，運(yùn)用比較的方法驗(yàn)證通信一致性，對(duì)帶教準(zhǔn)溫濕度、傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)以及基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)要求，處理完畢后將結(jié)果發(fā)送回接受通信報(bào)文的設(shè)備[2]。

4、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬環(huán)境下進(jìn)行無(wú)線溫濕度傳感器的驗(yàn)證，將露點(diǎn)儀通過(guò)串口與電腦連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)線路由器的運(yùn)行，在電腦上打開(kāi)校準(zhǔn)軟件之后，服務(wù)器端口和配置窗口點(diǎn)擊連接狀態(tài)，查看整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是否連通，將設(shè)備ID添加到系統(tǒng)中，點(diǎn)擊添加按鈕，彈出數(shù)據(jù)采集界面，系統(tǒng)主界面顯示數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)有件有效性，應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)比，點(diǎn)擊設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)按鈕，重新采集傳感器數(shù)據(jù)，保證溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)精度沒(méi)有明顯差異[3]。

結(jié)語(yǔ)

要實(shí)現(xiàn)快速有效的溫濕度傳感器校準(zhǔn)技術(shù)的應(yīng)用，要不斷將傳感器設(shè)備通過(guò)校準(zhǔn)技術(shù)的提高，擴(kuò)大設(shè)備的通用性，改善傳統(tǒng)的校準(zhǔn)必須要使用檢定箱的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高精度的無(wú)線溫濕度傳感器的運(yùn)行，應(yīng)用推廣后能夠顯著降低人力物力資源的使用率。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓丹濤，閆曉風(fēng)，趙艷領(lǐng).無(wú)線溫濕度傳感器自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2017，40（2）：171-174.

[2]中國(guó)計(jì)量大學(xué).一種傳感器水平分層布點(diǎn)裝置及無(wú)線溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法：CN201611220176.3[P].2017-07-25.

[3]中國(guó)計(jì)量大學(xué).一種傳感器水平分層布點(diǎn)裝置及無(wú)線溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)：CN201621438561.0[P].2017-08-15.

（作者單位：廣州廣電計(jì)量檢測(cè)股份有限公司）