高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣壓檢定儀，特別是涉及一種高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀，屬于氣象儀器計(jì)量檢定領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國主流自動(dòng)氣象站有CAWS600型、WP3103、ZQZ系列等，一般使用的氣壓傳感器為芬蘭Vaisala公司的PTB220，其原理是內(nèi)置電容性壓力傳感器，大氣壓力變化引起電容變化，通過一個(gè)高精度的RC振蕩電路測(cè)量振蕩頻率反推電容和氣壓值，而且PTB220可采用RS232形式、觸發(fā)脈沖和模擬電壓三種不同形式的電信號(hào)表示氣壓值。
[0003]CAWS600型自動(dòng)氣象站中的氣壓傳感器PTB220—般采用模擬電壓(0-5V)輸出。采集器測(cè)量電壓值并換算成氣壓。
[0004]WP3103型自動(dòng)氣象站中的氣壓傳感器PTB220—般采用觸發(fā)脈沖輸出。采集器在每次測(cè)量前，先向PTB220發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，PTB220收到該觸發(fā)信號(hào)后，輸出數(shù)量與氣壓大小成正比、頻率5kHz、占空比50%的脈沖。采集器對(duì)脈沖計(jì)數(shù)并換算成氣壓值。
[0005]ZQZ系列自動(dòng)氣象站中的氣壓傳感器PTB220—般采用RS232形式字符串輸出。氣壓傳感器PTB220以固定波特率將氣壓數(shù)值以字符串形式發(fā)送給采集器。采集器通過RS232接收字符串來測(cè)量氣壓值。
[0006]然而，自動(dòng)氣象站長期置于野外工作，受惡劣環(huán)境影響，其采集器的性能會(huì)下降，測(cè)量誤差增大。氣象計(jì)量人員需要定期對(duì)自動(dòng)氣象站的采集器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢定。采集器氣壓通道的檢定需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的氣壓信號(hào)源，能模擬氣壓傳感器PTB220輸出三種形式的電信號(hào)，信號(hào)的范圍和特征與PTB220—致。采集器測(cè)量氣壓信號(hào)源的輸出信號(hào)，將測(cè)量值同設(shè)定值比對(duì)，判斷自動(dòng)氣象站采集器氣壓通道的測(cè)量性能。
[0007]目前，用于自動(dòng)氣象站采集器氣壓通道檢定的儀器十分缺乏。通用的電子測(cè)量儀器一一函數(shù)發(fā)生器，能提供模擬電壓信號(hào)，但輸出范圍和分辨率不滿足CAWS600的要求。WP3103和ZQZ系列檢定時(shí)所需的電信號(hào)則更為特殊，沒有滿足要求的信號(hào)源。另外，已有的能提供RS232形式的氣壓信號(hào)的自動(dòng)氣象站信號(hào)模擬器，仍存在輸出電信號(hào)形式單一，不能兼顧不同型號(hào)的自動(dòng)氣象站的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種新型結(jié)構(gòu)的高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀，特別適用于不同型號(hào)自動(dòng)氣象站氣壓通道的檢定。
[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、制作容易、安全可靠、實(shí)用性強(qiáng)的高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀，可實(shí)現(xiàn)分別從三個(gè)通道輸出模擬電壓、觸發(fā)脈沖、RS232形式的氣壓信號(hào)，輸出電信號(hào)范圍和分辨率能與不同型號(hào)自動(dòng)氣象站的采集器匹配，而且三種信號(hào)的輸出高精度、互不干擾，極具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是: 一種高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀，包括主控制器，均與主控制器相連的參數(shù)存儲(chǔ)模塊、控制按鍵、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、RS232串口電路、CPLD模塊和D/Α轉(zhuǎn)換器，以及供電用電源和掛接于CPLD模塊擴(kuò)展輸出口的信息顯示模塊。
[0011]其中，所述RS232串口電路的輸出端連接有RS232串口信號(hào)輸出接口，所述CPLD模塊通過接收來自自動(dòng)氣象站的觸發(fā)信號(hào)以固定頻率輸出脈沖信號(hào)于脈沖信號(hào)輸出接口，所述D/Α轉(zhuǎn)換器通過運(yùn)放調(diào)理電路連接有模擬量信號(hào)輸出接口 ；所述RS232串口信號(hào)輸出接口、脈沖信號(hào)輸出接口和模擬量信號(hào)輸出接口均用于與自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)采集器相連。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述主控制器和D/Α轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置有總線隔離電路。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述總線隔離電路為四通道的數(shù)字隔離器ADUM1401。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述四通道的數(shù)字隔離器ADUM1401中的兩個(gè)工作電源接口之間通過低紋波的DC-DC芯片MEB01Z-05S0?進(jìn)行電源隔離。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述主控制器采用MSP430系列單片機(jī)制作。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述MSP430系列單片機(jī)內(nèi)置有UART模塊。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述UART模塊為兩個(gè)，所述MSP430系列單片機(jī)通過內(nèi)置的任意一個(gè)UART模塊輸出TTL電平后通過電平轉(zhuǎn)換芯片max232將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平輸出給RS232串口信號(hào)輸出接口。
[0018]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述D/Α轉(zhuǎn)換器采用AD5660芯片，所述運(yùn)放調(diào)理電路采用LTC2050芯片，所述運(yùn)放調(diào)理電路由基準(zhǔn)源ADR421經(jīng)UPR型電阻分壓后提供基準(zhǔn)電壓、并由電荷栗反轉(zhuǎn)芯片LTC1983-5提供負(fù)電源。
[0019]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述參數(shù)存儲(chǔ)模塊采用EEPROM芯片。
[0020]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述電源為鋰電池，所述信息顯示模塊為TFT顯示屏。
[0021 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是:
根據(jù)氣壓值和三種電信號(hào)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，充分利用CPLD模塊處理數(shù)字時(shí)序電路的優(yōu)勢(shì)，采用單片機(jī)加CPLD模塊的架構(gòu)，并輔以參數(shù)存儲(chǔ)模塊、信息顯示模塊等，實(shí)現(xiàn)分別從三個(gè)通道輸出高精度、互不干擾的模擬電壓、觸發(fā)脈沖、RS232形式的氣壓信號(hào)，輸出電信號(hào)范圍和分辨率能與不同型號(hào)自動(dòng)氣象站的采集器匹配，為不同型號(hào)自動(dòng)氣象站采集器氣壓通道的現(xiàn)場(chǎng)檢定和故障判斷提供了一種綜合的儀器手段。
[0022]上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了更清楚的了解本發(fā)明的技術(shù)手段，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀產(chǎn)生觸發(fā)脈沖形式的氣壓信號(hào)的電路圖；
圖3為本發(fā)明高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀產(chǎn)生模擬電壓形式的氣壓信號(hào)的電路圖；
圖4為本發(fā)明高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀產(chǎn)生RS232形式的氣壓信號(hào)的電路圖；
圖5為本發(fā)明高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀的總線隔離電路；圖6為本發(fā)明高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀的電源隔離電路。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0025]如圖1所示的一種高精度多通道自動(dòng)氣象站氣壓檢定儀，包括主控制器，均與主控制器相連的參數(shù)存儲(chǔ)模塊、控制按鍵、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、RS232串口電路、CPLD模塊和D/A轉(zhuǎn)換器，以及供電用電源和掛接于CPLD模塊擴(kuò)展輸出口的信息顯示模塊;所述RS232串口電路的輸出端連接有RS232串口信號(hào)輸出接口，所述CPLD模塊通過接收來自自動(dòng)氣象站的觸發(fā)信號(hào)以固定頻率輸出脈沖信號(hào)于脈沖信號(hào)輸出接口，所述D/Α轉(zhuǎn)換器通過運(yùn)放調(diào)理電路連接有模擬量信號(hào)輸出接口 ；所述RS232串口信號(hào)輸出接口、脈沖信號(hào)輸出接口和模擬量信號(hào)輸出接口均用于與自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)采集器相連。
[0026]為便于現(xiàn)場(chǎng)檢定，采用鋰電池供電方式，選用低功耗的處理器作為系統(tǒng)的主控制器，為產(chǎn)生RS232形式的氣壓信號(hào)，主控制器最好內(nèi)置有UART模塊。綜合考慮，可選用低功耗的TI公司的MSP430系列單片機(jī)作為主控制器。并通過16位DAC、隔離器件和信號(hào)調(diào)理電路產(chǎn)生高精度模擬電壓形式的氣壓信號(hào)，而觸發(fā)脈沖形式通過CPLD模塊實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前輸出氣壓值和對(duì)應(yīng)的電信號(hào)大小通過TFT屏顯示。TFT屏占用較多10口，不宜直接由單片機(jī)形式的主控制器驅(qū)動(dòng)，可利用CPLD模塊的擴(kuò)展10 口掛接。采用EEPROM芯片作為參數(shù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)氣壓和電信號(hào)的換算函數(shù)關(guān)系、溫度補(bǔ)償參數(shù)等。
[0027]如圖1和圖2所示，檢定WP3103自動(dòng)氣象站的采集器氣壓通道時(shí)，需要檢定儀能提供觸發(fā)脈沖形式的氣壓信號(hào)，且觸發(fā)脈沖的時(shí)序要同氣壓傳感器PTB220完全一致。采用的CPLD模塊實(shí)現(xiàn)時(shí)序電路具有資源豐富、精度高的優(yōu)勢(shì)，可利用EPM240T100C5產(chǎn)生觸發(fā)脈沖形式的氣壓信號(hào)。
[0028]如圖2所示，輸入端TRI接收采集器發(fā)來的觸發(fā)信號(hào)，輸入端DATA和WR為主控制器與CPLD的通信口，主控制器將氣壓值對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)N通過DATA發(fā)送至CPLD。輸入端f50M為晶振提供的50MHz時(shí)鐘信號(hào)。輸出端PULSE輸出N個(gè)頻率5kHz的脈沖，表示氣壓大小為(N*0.1)hPa