气压传感器智能检定系统研究和实现

雷 莹*，陆 扬，李 迪，董立亭

（1.贵州省大气探测技术与保障中心，贵州 贵阳 550002；2.贵州省气象灾害防御技术中心，贵州 贵阳 550002）

近几年通过山洪项目建设，各地市级已全配备移动式现场校准的相关标准器和配套设备，使得地市气象计量检定能力建设具备了一定的硬件基础[1-2]。2017 年中国气象局下发了《国家地面天气站布局方案》（中气函[2017]134 号），对各省市国家天气站建设布局提出了具体要求，并指出国家天气站传感器计量工作参照国家级台站执行，致使提升地市计量检定能力迫在眉睫[3]。

本研究通过现有的自动气象站气压传感器计量检定业务所采集的数据进行分析，完成对气压传感器检定的原始数据进行采集，对气压传感器的通讯参数可以进行设置，可录入计量标准器、被检仪器信息、检定地点及人员等信息，设置压力控制器到达设置的压力点，可自动生成原始记录文件，并本地存储，系统留有与数据库通信的接口，可实现与数据库数据交互，原始记录可上传至数据库，解决了现有气压传感器计量业务需求并提高了工作效率。

1 气压传感器智能检定系统设计

1.1 系统总体结构

系统中心端采用B/S 架构，采集系统采用C/S 架构，服务器端建立WEB 应用服务，采用MySQL 数据库软件建立存储数据库，数据存储格式满足《气象计量信息数据格式》的要求，具体流程，见图1。

图1 气压传感器检定数据处理流程图

系统基于Java 语言进行编程开发，功能模块包括气压检定数据采集功能模块，能够实现气压传感器检定的原始数据采集，通讯参数可以进行设置，可录入计量标准器、被检仪器、检定地点及人员等信息，可设置压力控制器到达设置的压力点，自动生成原始记录文件，并本地存储，系统留有与数据库通信的接口，可实现与数据库数据交互，原始记录可上传至数据库。系统设计框图，见图2。

图2 气压传感器智能检定系统设计框架图

1.2 软件功能模块

本系统基于Java 语言进行编程开发，设计出了气压传感器智能检定系统，本节将对各功能模块进行详细介绍。

1.2.1 网络配置模块

使用该系统需要提前对采集电脑进行网络配置，通过网线串口模式连接气压采集器及采集电脑，配置相关气压采集IP 信息。

1.2.2 计量标准器及被检仪器信息录入模块

计量标准装置的基本信息，包括标准装置的名称、测量范围、不确定度或准确度等级或最大允许误差、计量标准考核证书编号及仪器的有效期支持在线更新，也可手动录入。

在被检仪器信息录入模块中，需要录入被检仪器的检定依据、环境条件、检定地点、检定人员、核验员、批准人等基本信息。图3 所示为计量标准器及被检仪器信息录入。

图3 计量标准器及被检仪器信息录

1.2.3 数据存储模块

本系统提供了两种类型的数据存储方式：一种是和中心端数据库相连情况下的互联网存储模式；另一种是单机情况下的本地存储模式。选择互联网模式时，采集系统将自动将相关数据存储到中心端服务器，生成相关核查记录Excel，提供操作人员相关查询，并存储相应数据在系统本地。选择本地存储模式时，系统存储相关数据到本地文件，同时生成相关记录Excel 表格。

1.2.4 传感器通信参数设置及编号录入模块

该功能模块支持被检传感器的串口相关信息的录入，包括停止位、波特率、校验位、数据位及流控制信息，进行检定前需录入串口传感器编号、选择当前串口对应传感器的型号、生成厂家、送检单位信息，最多支持8 组气压传感器连接。

1.2.5 指令交互模块

在指令交互功能模块中，如图4 所示，当点击“打开串口”按钮，下方标准器采集点的显示框将从红色变成绿色，操作执行后如图5 所示。在指令交互模块可进行指令交互，点击发送数据命令，数据显示框将显示相关采集器的气压数据。

图4 指令交互操作

图5 数据采集及数据提取

1.2.6 检定数据采集模块

在气压检定数据采集功能模块中，点击不同的采集点按钮，其中正行程采集点依次为500 hPa、600 hPa、700 hPa、800 hPa、900 hPa、1 000 hPa、1 100 hPa，反行程采集点依次为1 100 hPa、1 000 hPa、900 hPa、800 hPa、700 hPa、600 hPa、500 hPa。依次执行气压采集命令后，系统将自动把检定的所有记录都完整上传至中心端系统。系统默认已最新时次数据为最终依据，如数据出现相关问题，请关闭窗口，重新打开，重新点击读取相关时次。

1.2.7 检定数据保存模块

当结束检定工作时，点击关闭按钮，选择保存已填写相关信息，采集系统将自动保存相关填写信息并再次打开提供相关修改。选择的存储模式无论是本地模式或互联网模式，系统都会存储会生成相关记录，系统操作过程中切勿打开相关Excel 文档，当采集完成后将相关文档复制到相关目录，删除里面所有文档，减少系统读取次数。如图6 所示为某一被检传感器（编号Z110200846940144101201703130346039）的检定记录。

图6 检定记录

2 气压传感器智能检定系统测试

系统测试是气压传感器智能检定系统开发的重要部分，将通过科学的方法尽可能多的发现系统中的缺陷，主要测试系统功能是否与需求说明书规定的功能性需求相符，系统功能是否实现，系统是否捕获异常数据并正确输出数据，进而保证系统在计量检定业务中稳定运行。

2.1 测试方法及条件

本次测试主要采用黑盒测试方法进行系统功能验证，保证串口参数的正确性、气压数据采集显示、数据存储功能及稳定性等。

测试条件主要包含笔记本电脑1 台、气压发生装置1 台、数字气压计1 台、气压传感器8 台及本系统，直接将气压传感器接入气压检定系统进行数据采集及指令交互。

2.2 功能验证

2.2.1 通信参数配置测试

通过气压传感器智能检定系统，可以直接对接入的气压传感器进行通信参数配置，配置成功后方可实现指令交互。点击“打开”功能按钮，并发送指令“R”，接入的气压传感器将显现为“已打开”状态，且当前采集的数据也将直接返回至接收区。

2.2.2 数据采集测试

本次测试中，同时接入8 台气压传感器，正确配置串口参数后，参照计量检定规程，在500 hpa、600 hpa、700 hpa、800 hpa、900 hpa、1 000 hpa、1 100 hpa 检定点依次发送指令“R”，开展数据采集测试端口参数进行正确配置后发送指令“R+回车”，接收各气压传感器实时数据。

2.2.3 数据存储测试

当结束检定工作时，点击关闭按钮，选择保存当前输入的内容，系统将在C:gz_jd_excelqy 目录下生成相关的Excel 文件存储相应的数据，存储方式自动按照各气压传感器编号及年月日进行分类，如图7 所示为该系统自动生成的Excel 检定记录。

图7 自动生成的excel 检定记录

2.3 系统稳定性测试

由于气压传感器输出信号为数字信号，故只需对数据采集正常与否进行测试即可验证该系统的稳定性。参照计量检定规程，在500 hpa、600 hpa、700 hpa、800 hpa、900 hpa、1 000 hpa、1 100 hpa 检定点开展测试，随机测试十组，记录传感器示值和标准器示值，通过计算误差值的波动范围，判定检定数据是否出现跳变，进一步判定系统是否稳定采集输出。

经过测试，系统能够稳定运行，未出现死机情况，检定数据未出现较大波动，具体测试结果，见表1。

表1 抽样数据测试表

3 系统应用情况

气压传感器智能检定系统的研究开发，实现了多个气压传感器检定数据的同时采集、传输功能；也实现了计量标准器、被检仪器信息、检定地点及人员等信息的录入功能。此外，按照自动站气压传感器检定规程要求，可自动生成满足计检定规程要求的Excel 原始记录文件，并本地存储，系统留有与数据库通信的接口，可实现与数据库数据交互，原始记录可上传至数据库。该系统的研究实现了气压传感器计量检定流程的自动化，提高了检定效率，对推动气象检定工作实现自动化具有重大的意义。