高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種氣壓檢定儀，特別是涉及一種高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀，屬于氣象儀器計量檢定領域。
【背景技術】
[0002]目前，我國主流自動氣象站有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，通過一個高精度的RC振蕩電路測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表示氣壓值。
[0003]CAWS600型自動氣象站中的氣壓傳感器PTB220—般采用模擬電壓(0-5V)輸出。采集器測量電壓值并換算成氣壓。
[0004]WP3103型自動氣象站中的氣壓傳感器PTB220—般采用觸發(fā)脈沖輸出。采集器在每次測量前，先向PTB220發(fā)送觸發(fā)信號，PTB220收到該觸發(fā)信號后，輸出數(shù)量與氣壓大小成正比、頻率5kHz、占空比50%的脈沖。采集器對脈沖計數(shù)并換算成氣壓值。
[0005]ZQZ系列自動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接收字符串來測量氣壓值。
[0006]然而，自動氣象站長期置于野外工作，受惡劣環(huán)境影響，其采集器的性能會下降，測量誤差增大。氣象計量人員需要定期對自動氣象站的采集器進行現(xiàn)場檢定。采集器氣壓通道的檢定需要一個標準的氣壓信號源，能模擬氣壓傳感器PTB220輸出三種形式的電信號，信號的范圍和特征與PTB220—致。采集器測量氣壓信號源的輸出信號，將測量值同設定值比對，判斷自動氣象站采集器氣壓通道的測量性能。
[0007]目前，用于自動氣象站采集器氣壓通道檢定的儀器十分缺乏。通用的電子測量儀器一一函數(shù)發(fā)生器，能提供模擬電壓信號，但輸出范圍和分辨率不滿足CAWS600的要求。WP3103和ZQZ系列檢定時所需的電信號則更為特殊，沒有滿足要求的信號源。另外，已有的能提供RS232形式的氣壓信號的自動氣象站信號模擬器，仍存在輸出電信號形式單一，不能兼顧不同型號的自動氣象站的不足。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種新型結(jié)構(gòu)的高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀，特別適用于不同型號自動氣象站氣壓通道的檢定。
[0009]本實用新型所要解決的技術問題是提供結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、制作容易、安全可靠、實用性強的高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀，可實現(xiàn)分別從三個通道輸出模擬電壓、觸發(fā)脈沖、RS232形式的氣壓信號，輸出電信號范圍和分辨率能與不同型號自動氣象站的采集器匹配，而且三種信號的輸出高精度、互不干擾，極具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。
[0010]為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案是:
[0011]—種高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀，包括主控制器，均與主控制器相連的參數(shù)存儲模塊、控制按鍵、復位電路、時鐘電路、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模塊擴展輸出口的信息顯示模塊。
[0012]其中，所述RS232串口電路的輸出端連接有RS232串口信號輸出接口，所述CPLD模塊通過接收來自自動氣象站的觸發(fā)信號以固定頻率輸出脈沖信號于脈沖信號輸出接口，所述D/A轉(zhuǎn)換器通過運放調(diào)理電路連接有模擬量信號輸出接口 ；所述RS232串口信號輸出接口、脈沖信號輸出接口和模擬量信號輸出接口均用于與自動氣象站的數(shù)據(jù)采集器相連。
[0013]本實用新型進一步設置為:所述主控制器和D/A轉(zhuǎn)換器之間設置有總線隔離電路。
[0014]本實用新型進一步設置為:所述總線隔離電路為四通道的數(shù)字隔離器ADUM1401。
[0015]本實用新型進一步設置為:所述四通道的數(shù)字隔離器ADUM1401中的兩個工作電源接口之間通過低紋波的DC-DC芯片MEB01Z-05S0?進行電源隔離。
[0016]本實用新型進一步設置為:所述主控制器采用MSP430系列單片機制作。
[0017]本實用新型進一步設置為:所述MSP430系列單片機內(nèi)置有UART模塊。
[0018]本實用新型進一步設置為:所述UART模塊為兩個，所述MSP430系列單片機通過內(nèi)置的任意一個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串口信號輸出接口。
[0019]本實用新型進一步設置為:所述D/A轉(zhuǎn)換器采用AD5660芯片，所述運放調(diào)理電路采用LTC2050芯片，所述運放調(diào)理電路由基準源ADR421經(jīng)UPR型電阻分壓后提供基準電壓、并由電荷栗反轉(zhuǎn)芯片LTC1983-5提供負電源。
[0020]本實用新型進一步設置為:所述參數(shù)存儲模塊采用EEPROM芯片。
[0021]本實用新型進一步設置為:所述電源為鋰電池，所述信息顯示模塊為TFT顯示屏。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有的有益效果是:
[0023]根據(jù)氣壓值和三種電信號的轉(zhuǎn)換關系，充分利用CPLD模塊處理數(shù)字時序電路的優(yōu)勢，采用單片機加CPLD模塊的架構(gòu)，并輔以參數(shù)存儲模塊、信息顯示模塊等，實現(xiàn)分別從三個通道輸出高精度、互不干擾的模擬電壓、觸發(fā)脈沖、RS232形式的氣壓信號，輸出電信號范圍和分辨率能與不同型號自動氣象站的采集器匹配，為不同型號自動氣象站采集器氣壓通道的現(xiàn)場檢定和故障判斷提供了一種綜合的儀器手段。
[0024]上述內(nèi)容僅是本實用新型技術方案的概述，為了更清楚的了解本實用新型的技術手段，下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本實用新型高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀產(chǎn)生觸發(fā)脈沖形式的氣壓信號的電路圖；
[0027]圖3為本實用新型高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀產(chǎn)生模擬電壓形式的氣壓信號的電路圖；
[0028]圖4為本實用新型高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀產(chǎn)生RS232形式的氣壓信號的電路圖；
[0029]圖5為本實用新型高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀的總線隔離電路；
[0030]圖6為本實用新型高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀的電源隔離電路。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合說明書附圖，對本實用新型作進一步的說明。
[0032]如圖1所示的一種高精度多通道自動氣象站氣壓檢定儀，包括主控制器，均與主控制器相連的參數(shù)存儲模塊、控制按鍵、復位電路、時鐘電路、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串口信號輸出接口，所述CPLD模塊通過接收來自自動氣象站的觸發(fā)信號以固定頻率輸出脈沖信號于脈沖信號輸出接口，所述D/A轉(zhuǎn)換器通過運放調(diào)理電路連接有模擬量信號輸出接口 ；所述RS232串口信號輸出接口、脈沖信號輸出接口和模擬量信號輸出接口均用于與自動氣象站的數(shù)據(jù)采集器相連。
[0033]為便于現(xiàn)場檢定，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，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系列單片機作為主控制器。并通過16位DAC、隔離器件和信號調(diào)理電路產(chǎn)生高精度模擬電壓形式的氣壓信號，而觸發(fā)脈沖形式通過CPLD模塊實現(xiàn)。當前輸出氣壓值和對應的電信號大小通過TFT屏顯示。TFT屏占用較多1口，不宜直接由單片機形式的主控制器驅(qū)動，可利用CPLD模塊的擴展1 口掛接。采用EEPROM芯片作為參數(shù)存儲模塊，用于存儲氣壓和電信號的換算函數(shù)關系、溫度補償參數(shù)等。
[0034]如圖1和圖2所示，檢定WP3103自動氣象站的采集器氣壓通道時，需要檢定儀能提供觸發(fā)脈沖形式的氣壓信號，且觸發(fā)脈沖的時序要同氣壓傳感器PTB220完全一致。采用的CPLD模塊實現(xiàn)時序電路具有資源豐富、精度高的優(yōu)勢，可利用EPM240T100C5產(chǎn)生觸發(fā)脈沖形式的氣壓信號。
[0035]如圖2所示，輸入端TRI接收采集器發(fā)來的觸發(fā)信號，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應的脈沖數(shù)N通過DATA發(fā)送至CPLD。輸入端f50M為晶振提供的50MHz時鐘信號。輸出