浙江省气象局计量检定

自动气象站传感器自动化检定业务系统的设计罗 昶（浙江省大气探测技术保障中心，杭州 310017）摘要：本文主要介绍省级气象计量部门广泛使用的计量检定设备的升级改造，使之集成为自动气象站传感器自动化检定业务系统。

阐述了升级改造的整体思路，给出了接口电路和自动化控制的设计原理，以及软件设计流程。

自动化检定业务系统采用多通道串口通信技术实现检定设备的自动控制，检定数据的自动采集和处理，原始记录和检定/校准证书的自动生成与打印，并建立检定数据库。

所有检定信息自动传入局域网服务器，检定信息可实时查询、审核和统计，并实现超检报警。

使用表明，该自动化检定业务系统自动化程度高，测量结果准确可靠，功能齐全，有效提高了工作效率。

关键词：自动气象站；传感器；自动化；检定；设计TheDesign of Automation Test System for Sensor of AutomaticWeather StationLUO Chang(Atmospheric observation technical support center of Zhejiang Province, Hangzhou 310017, China)Abstract: upgrade testing equipment that the provincial meteorological measurement department widely used, so integrated an automated test business systems for sensor of the automatic weather station. Described the overall outlook upgrade, given the interface circuit and the design of automatic control theory and software design process. Automated test business systems used to achieve multi-channel serial communication test equipment, automatic control, automatic test data collection and processing, the original records, and test / calibration certificates automatically generate and print, and create test database. All test information is automatically imported LAN servers, test information can be real-time inquiry, auditing and statistics, and ultra-check alarm. Use shows that the automated test business system high degree of automation, measurement results are accurate and reliable, functional, improve work efficiency.Keywords: automatic weather station, sensors, automated test, design1 引言随着气象事业的发展，我国已建立了2万多个自动气象站，组成了较为有效的地面气象观测体系。

自动气象站是先进的自动化、数字化电子探测设备，自动气象站包含了空气温度、湿度、气压、雨量、风等传感器，对这些自动气象站传感器进行检定是确保气象探测准确可靠的最基本要求。

由于自动气作者简介: 罗昶，E-mail:luochangcma@象站数量庞大，原有的以人工操作为主的检定方法效率低下、人为误差较大，难以适应自动气象站的检定要求，为确保这些自动气象站传感器的探测精度和准确可靠，应采用先进的计量标准、自动化的检定设备、科学合理的检定方法、有效的质量监督，以保障气象探测的准确可靠。

目前，中国气象局为省级气象计量部门提供了与自动气象站检定相适应的计量标准和辅助设备，这些标准设备均有自控化的通信接口，使计算机自动控制这些设备有了可能，但缺少相应的计量检定软件和应用平台，难以充分开展自动气象站传感器的检定业务工作。

开发研制自动气象站传感器自动化检定业务系统是适应自动气象站建设发展的必然要求。

2 设计方案2.1 设计原则不任检定系统如何设计，计量检定业务应符合计量法规要求。

对于省级气象计量来说,应符合JJF1033《计量标准考核规范》和JJF1069《法定计量检定机构考核规范》要求。

实现自动化检定至少需遵守以下原则：（1）对计量检定设备的升级改造，不得影响其计量性能并能随时恢复到人工控制状态。

（2）传感器信号测量（采集）仪表应符合量值传递要求，不得对传感器信号进行放大或衰减。

（3）检定数据的采集、处理，原始记录和证书报告的内容、格式应符合国家考核规范和检定规程（或校准规范）的要求。

（4）检定或校准数据准确可靠，并提高工作效率。

2.2 功能设计为提高工作效率，自动化检定业务系统包含以下功能：（1）仪器收发功能。

主要实现仪器的接收登记、仪器基本信息的录入以及仪器发放手续的办理等功能。

（2）实现温度、湿度、气压、风、雨量等传感器的自动化检定，可测量检定规程或校准规范规定的传感器计量特性；（3）可同时检定多个传感器，实现批量检测；（4）可自动采集数据、计算结果、合格判定、生成并打印原始记录和证书报告；（5）对传感器的检定信息进行网络化管理，提供实时查询、审核和超检报警；也就是说系统应具备传感器的数据库管理、检测设备的智能化控制、传感器多通道采集、检测方法的规范化设定、自动化检测过程控制、传感器稳定性考核、计量标准考核、检定信息的收集、反馈和质量监督等功能。

2.3 硬件结构方案设计当传感器输出信号为模拟信号时，采用高精度万用表直接将模拟信号转换为数字信号（符合量值溯源和传递要求）。

当传感器输出信号为数字信号时，可由计算机直接读取。

通过唯一性标识确认传感器的对应通道，使用计算机控制检定装置，按检定流程，自动控制检定过程。

计算机通过串口服务器读取检定装置的状态信息、标准器数据、传感器数据、环境参数，并全部存储在数据库中，按相应检定规程（或校准规范）进行处理并自动出具检定证书。

其硬件总体结构如图1所示：图1硬件总体结构图各设备用串口线（一般为RS232串口数据线）与串口服务器相联，计算机通过串口服务器与各设备交互通信，实现自动化控制。

该结构设计的优点是系统具有很强的拓展性和前瞻性。

系统中的各硬件设备均可更换、添加（或减少），只需升级硬件接口参数。

在万用表采集传感器模拟信号时，由于增加了扫描开关，这对模拟信号的大小有影响。

根据气象计量的特点，当扫描开关寄生电势不大于0.4μV时其影响可忽略不计。

硬件系统所用的检定设备和检定的传感器类型见表1和表2。

系统所用的检定设备及特性如表1所示：表1检定设备检定项目类别名称可控制性标准器二等铂电阻数字式温度计微机接收数据温度检定箱液体恒温槽可由微机控制，需判断稳定点气压标准器数字气压表微机接收数据可检定的自动气象站传感器类型及特性如表2所示：表2传感器类型及特性类别名称输出信号采集要求电源要求温度地温传感器电阻多通道采集、需高精度的电阻值测量无需供电温湿度传感器电阻在检定设备和传感器接口的基础上，需购置或定制串口服务器、6位半数字万用表、多路扫描开关、多路智能电源和环境参数仪，按图1方法将检定设备和传感器相连接，构成传感器的自动化检定硬件系统。

2.4 软件结构方案设计系统软件要求对检测人员进行严格的权限定义，以符合考核规范要求。

开放式系统结构设计，以应对不同检测方法和规程的变化更新。

系统软件采用分层结构，主要分为DB(数据库)层，DAL(数据访问)层，Model(数据实体)层，BLL(业务逻辑)层，WEB表示层。

各层之间通过引用来协调工作，如DAL层要引用Model层和DB层，而BLL 层要引用DAL层和Model层，WEB层要引用BLL层和Mode层。

DB层的数据库采用SQL-2005数据库管理软件设计，由于系统采用的DAL层，可以较为方便的转换到其他类型的数据库平台上。

采用VC++6.0软件开发仪器唯一性条码打印的ActiveX控件、任务单打印控件等中间件。

通过水晶报表组件实现各原始记录和证书报表的输入输出。

整个业务系统软件可分为业务管理平台和自动检定平台二部分，所有检定信息共用一个数据库。

业务管理平台主要实现仪器收发、记录审核、证书打印和业务查询统计报警等功能。

自动检定平台主要实现温度、湿度、气压、风、雨量传感器的自动化检定。

系统软件功能模块结构如下图2所示：图2系统软件功能模块结构图其中自动检定流程如下图3所示：2.5 传感器的批量检定为提高工作效率，要求系统能同时检定多个传感器。

考虑到传感器的多少对检定设备的计量性能有影响，因此在设计检定数量时，应予以规定。

根据检定设备的计量性能，经试验确认，批量检定时的传感器数量最多为：温度，32支；湿度，16支；气压，8个；雨量，2个；风，1个。

在批量检定中，要求读取传感器信号和标准器标准值保持同步状态。

3 功能特点根据以上方案设计的自动化检定业务系统具有较强的功能和特点，主要有：（1）采用气象行业通用的计量标准和检定设备，充分发挥了检定设备的使用价值，并可实现标准器的比对核查、检定设备的性能检测。

（2）系统包含从仪器收发、自动检定、质量保证、超检报警至用户送检提醒的主动性闭环控制。

（3）实现自动气象站传感器的批量检定或校准，极大提高了工作效率。

（4）系统性能稳定、功能齐全、准确可靠、操作简便。

（5）通用性拓展性强，适用于各种类型的传感器检定/校准。

（6）原始记录和证书报告自动生成，并支持批量打印。

图3自动检定流程图4 实验与结论目前该系统已研制成功，于2010年6月在杭州通过了中国气象局等有关专家的测试和验收。

在测试中，主要针对系统的准确性、重复性进行了全面测试，对系统功能进行了演练和验证，确认该系统可投入业务化应用。

系统的测量准确性是系统业务化应用的前提。

从系统的硬件结构可看出，为实现传感器的自动化批量检测，当传感器为数字信号时，系统对检定结果无影响，而当传感器为模拟信号时，高精度万用表通过传感器接线（或端口）和扫描开关测量传感器信号大小，这对信号大小测量有一定的影响。