基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)技術(shù)

郎福成 ，劉藝平

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)家電網(wǎng)公司高電壓強(qiáng)電流實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110006；3.煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；4.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122）

0 引言

“互聯(lián)網(wǎng)+”是一種新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，它指的是依托互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合，以優(yōu)化生產(chǎn)要素、更新業(yè)務(wù)體系、重構(gòu)商業(yè)模式等途徑來(lái)完成經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和升級(jí)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)＋”模式首先被電商加以利用，隨后金融公司也開(kāi)始利用“互聯(lián)網(wǎng)＋”創(chuàng)造新的盈利模式，例如P2P金融就是利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)幫助借貸雙方確立借貸關(guān)系并完成相關(guān)交易手續(xù)。2015年5月12日國(guó)家質(zhì)檢總局科技司在廣東召開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)檢驗(yàn)檢測(cè)服務(wù)模式創(chuàng)新研討會(huì)，會(huì)上主要討論了在互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)達(dá)的新時(shí)代，檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)也要逐漸利用這一新的發(fā)展機(jī)制來(lái)促進(jìn)本行業(yè)發(fā)展，正式將檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域探索“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展模式提上日程。

檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)就必須向互聯(lián)網(wǎng)化轉(zhuǎn)變，必然就需要加大技術(shù)和商業(yè)模式創(chuàng)新，想要往互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)變的話，就必須實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)變：一是從檢驗(yàn)、檢測(cè)、認(rèn)證服務(wù)商向解決方案服務(wù)商轉(zhuǎn)變；二是從傳統(tǒng)的檢驗(yàn)、檢測(cè)、認(rèn)證服務(wù)商向互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商轉(zhuǎn)變。檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域的“互聯(lián)網(wǎng)+”并不是互聯(lián)網(wǎng)和檢驗(yàn)檢測(cè)兩者簡(jiǎn)單的糅合，而是在互聯(lián)網(wǎng)思維的模式下開(kāi)創(chuàng)屬于這個(gè)領(lǐng)域的新的發(fā)展模式[1-4]。目前的檢測(cè)行業(yè)存在很多痛點(diǎn)，首先，對(duì)有檢測(cè)需求的企業(yè)來(lái)說(shuō)，中國(guó)有大量的中小微企業(yè)找不到合適的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)價(jià)格高、檢測(cè)周期長(zhǎng)。其次，對(duì)檢測(cè)檢驗(yàn)認(rèn)證機(jī)構(gòu)而言，作為經(jīng)營(yíng)性的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，銷(xiāo)售成本并不低[5-7]。最后，現(xiàn)有檢測(cè)檢驗(yàn)技術(shù)落后，檢驗(yàn)裝備智能化水平低，不能滿足“互聯(lián)網(wǎng)+”檢測(cè)檢驗(yàn)技術(shù)發(fā)展需求[8-10]。因此，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，開(kāi)展檢測(cè)檢驗(yàn)智能化設(shè)備研究是當(dāng)今檢測(cè)檢驗(yàn)行業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境溫濕度測(cè)試技術(shù)利用DSP為核心，采用高精度溫濕度傳感器采集環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理單元后反饋給DSP最小系統(tǒng)，DSP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理和存儲(chǔ)，同時(shí)系統(tǒng)具有CAN通訊功能，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境溫濕度測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structure diagram of inspection environment temperature and humidity test system

檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境溫濕度測(cè)試系統(tǒng)主要由單片機(jī)模塊、溫濕度傳感器、信號(hào)處理模塊、顯示模塊、異常報(bào)警模塊、通訊模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)、指令輸入模塊等組成，各個(gè)模塊協(xié)同配合完成檢驗(yàn)環(huán)境溫濕度測(cè)試功能。給DSP最小系統(tǒng)主要包括DSP、時(shí)鐘單元、復(fù)位單元、編程接口等，是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)控制指令接收與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)運(yùn)算、參數(shù)調(diào)用、異常判斷與報(bào)警、數(shù)據(jù)顯示驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)通訊功能。溫濕度傳感器為監(jiān)控系統(tǒng)的感知模塊，用于對(duì)檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。信號(hào)處理模塊用于實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)與單片機(jī)接收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)具有信號(hào)隔離、濾波功能。顯示模塊用于對(duì)檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)和是否異常進(jìn)行顯示。異常報(bào)警模塊用于在檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境溫度和濕度超出設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)進(jìn)行報(bào)警，提示工作人員有環(huán)境異常。通訊模塊用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)溫度、濕度運(yùn)行參數(shù)與遠(yuǎn)程主機(jī)之間數(shù)據(jù)通訊。指令輸入模塊作為系統(tǒng)唯一的人機(jī)交互載體，用于監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上電、啟動(dòng)、停止和急停等功能。

2.1 溫濕度采集

采用SHT11 溫濕度傳感器對(duì)檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境的溫度和濕度信號(hào)進(jìn)行采集，該傳感器將CMOS芯片與傳感器技術(shù)有機(jī)結(jié)合，為二線串行接口的數(shù)字式傳感器，可用于檢測(cè)系統(tǒng)的溫度、濕度、露點(diǎn)等信號(hào)，具有外圍電路簡(jiǎn)單、數(shù)字式輸出和免調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象等領(lǐng)域參數(shù)測(cè)量。SHT11 溫濕度傳感器測(cè)量溫度的分辨率為14為、相對(duì)濕度的分辨率為12位，濕度測(cè)量范圍0～100%，溫度的測(cè)試范圍-40～+123.8 ℃。SHT11溫濕度傳感器的線性度較好，計(jì)算時(shí)可以用公式直接將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度，在電源電壓5V、14位時(shí)，公式為：

其中，T為實(shí)際溫度，單位為℃，P為SHT11溫濕度傳感器反饋的溫度數(shù)據(jù)，無(wú)量綱。SHT11溫濕度傳感器的濕度輸出信號(hào)為非線性信號(hào)，需要對(duì)相對(duì)濕度信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償后得到檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境的濕度數(shù)據(jù)。SHT11溫濕度傳感器實(shí)物如圖2所示。

圖2 溫濕度傳感器實(shí)物圖Fig.2 Physical picture of temperature and humidity sensor

2.2 DSP與CAN總線接口單元

由于DSP內(nèi)部已經(jīng)集成了eCAN通訊模塊，所以在監(jiān)控系統(tǒng)與上位機(jī)通訊時(shí)只需選用CAN接口芯片，不需要另外再配CAN控制器。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的需求，選有CTM8251T作為DSP的eCAN模塊與物理總線的接口芯片，該芯片具有外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。將DSP通訊模塊的CAN收發(fā)信號(hào)CAN-RD、CAN-TD和CTM8251T芯片的RXD、TXD相連接，CTM8251T芯片的CANH、CANL與CAN物理總線相連接。CAN通訊接口電路如圖3所示。

圖3 CAN總線接口的電路圖Fig.3 Circuit diagram of can bus interface

3 結(jié)論

檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)是促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要組成部分，“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)發(fā)展打開(kāi)了全新思路。采用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)設(shè)計(jì)檢測(cè)檢驗(yàn)環(huán)境溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程傳輸，為檢測(cè)檢驗(yàn)設(shè)備智能化和“互聯(lián)網(wǎng)+“技術(shù)的推廣奠定基礎(chǔ)。