曾昊川　于子敏

摘 要：本文從多要素區(qū)域自動站設(shè)備維護(hù)的角度，通過LPC2000軟件對ZQZ-F采集器進(jìn)行升級，解決因采集器程序未升級而造成濕度數(shù)據(jù)缺測的問題。

關(guān)鍵詞：采集器；溫濕度；傳感器；

中圖分類號：P415.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-01-00-01

一、引言

目前，各省氣象部門測量空氣濕度的傳感器絕大多數(shù)采用的是芬蘭Vaisala公司生產(chǎn)的HMP45D型濕度傳感器，在ZQZ-A型自動氣象站維護(hù)工作中，有時候會遇到這樣的問題：監(jiān)控到某個多要素自動站濕度數(shù)據(jù)缺測，自動站維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場，排除是ZQZ-F采集器故障，更換HMP45D溫濕度傳感器之后濕度數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，此次故障看似順利解決。但是過了一段時間，同樣的問題再次出現(xiàn)在同一個站點(diǎn)上，更換新的ZQZ-F采集器后問題就不再出現(xiàn)。查看數(shù)據(jù)缺測前的濕度數(shù)據(jù)均為100%RH，對換回的HMP45D溫濕度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)時發(fā)現(xiàn)濕度測量示值最大值超過100%RH。

二、HMP45D溫濕度傳感器工作原理

HMP45D溫濕度傳感器的感濕元件是高精度電容式高分子薄膜傳感器HUMICAP?180。傳感器由玻璃襯板、基片金膜電極、感濕膜、表面金電極和引線組成。感濕膜常用醋酸纖維素，厚度極薄，約為0.5～1um。厚度太薄會使表面與底部的電極短路，太厚會影響測濕的響應(yīng)特性。表面金電極用真空蒸鍍法制成，厚度要求為0.02tma，能良好地滲透水分子。基片金膜電極用腐蝕法制成，電極材料是貴金屬和碳。

高分子濕敏電容的電容CH隨高分子膜的吸、放濕而變化，CH是RC振蕩電路中的重要參數(shù)。測出RC振蕩電路的頻率即可計算出CH值，從而計算出大氣相對濕度值。進(jìn)行溫度補(bǔ)償和其他計算處理后，相對濕度值將更為精確。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時，濕敏元件的電容量隨之發(fā)生改變，即當(dāng)相對濕度增大時，濕敏電容量隨之增大，反之減小，電容量通常在48～56 pF。傳感器的轉(zhuǎn)換電路把濕敏電容變化量轉(zhuǎn)換成電壓量變化，對應(yīng)于濕度0～100%RH的變化，傳感器的輸出呈0～1 V的線性變化[1]。

三、濕度數(shù)據(jù)超出100%RH的原因

溫濕傳感器長期處于自然環(huán)境中感應(yīng)空氣的濕度，濕敏電容元件在吸附水蒸汽的同時難免會受到空氣中灰塵煙霧污染，會吸附油類及其它有機(jī)物蒸汽和NO2，SO2，S，CO2，NH3等無機(jī)氣體，潮濕的微粒容易附著在濕敏電容表面引起容量變化，影響其測量精度和長期穩(wěn)定性。因此，濕敏電容濕度傳感器在高濕環(huán)境使用時，很容易使?jié)衩綦娙莸碾姌O污染，引起濕敏元件透氣性不好，導(dǎo)致吸附的水分子不易釋放，性能不穩(wěn)定，污染容易引起高濕段出現(xiàn)超過100%RH現(xiàn)象[2]。

四、濕度數(shù)據(jù)缺測的原因

福州市地處我國江南，根據(jù)世界氣候劃分，我國江南屬于世界日照少、濕度大的地方，3天以上的連續(xù)降水是常見的，在這種情況下，濕敏電容的示值將在很長時間內(nèi)保持在高濕水平[3]。

我國規(guī)定自動氣象站相對濕度測量示值允許誤差為：當(dāng)≤80%RH時，允許誤差為±4%RH；當(dāng)≥80%RH時，允許誤差為±8%RH。也就是說相對濕度測量示值在101～108%RH時，也認(rèn)為其在允許的誤差范圍之內(nèi)，但此時濕度數(shù)據(jù)就顯示為缺測，實(shí)際是舊的采集器程序根據(jù)舊的氣象規(guī)范，認(rèn)為>100%RH的濕度測量示值為野值而直接把數(shù)據(jù)剔除。

五、解決問題的方法

應(yīng)對上述問題，我們就需要對ZQZ-F采集器程序進(jìn)行升級，升級的具體步驟如下：

首先要看當(dāng)前時間是否是采集器采集和存儲的時間，如正點(diǎn)（或10分鐘采集密度）的0分到2分之間，應(yīng)避開這段時間，以免關(guān)機(jī)造成數(shù)據(jù)缺測。采集器升級程序?qū)⑶宄锩姹４娴乃袛?shù)據(jù)，因此升級前應(yīng)確保采集器里的數(shù)據(jù)都已經(jīng)傳輸給中心站。

在計算機(jī)上安裝SSCOM32和LPC2000軟件。脫開采集器與GPRS模塊連接線，將計算機(jī)通過通訊電纜接到采集器的DB9針串口上，運(yùn)行SSCOM32軟件。將串口通訊參數(shù)設(shè)置為4800 E 8 1，串口號根據(jù)計算機(jī)使用的端口確定。

發(fā)送channel 命令讀出原采集器的設(shè)置參數(shù)，采集器返回如：channel ynynny，將此參數(shù)記下以用于升級軟件后的設(shè)置。拔掉主控器上的電源線，將ZQZ-F采集器上的G和ISP短接，上電后運(yùn)行燈不閃爍。運(yùn)行LPC2000軟件，在軟件主界面上Device器件方框里選擇ZQZ-F采集器使用的 MCU 器件為 Philips 的LPC2292，XTAL頻率選11059。在軟件主界面上的Communication通信方框，通信口選擇計算機(jī)所連接正在使用的串口，波特率選57600。先點(diǎn)擊ERASE，將原程序刪除。ZQZ-F采集器選擇的最新嵌入式軟件版本為ZQZ-F V3.0.3。在軟件主界面上Flash Programming文件方框，裝入文件對話框中選取相應(yīng)的版本ZQZ-F V3.0.3 hex，按Upload to Flash鍵，再確定，等待編程進(jìn)程條結(jié)束。

至此，更新完成，重啟采集器后便可。此時即便HMP45D溫濕度傳感器的相對濕度測量示值在101～108%RH，濕度數(shù)據(jù)仍然顯示為100%RH。但同時也要注意HMP45D溫濕度傳感器的頭部有保護(hù)濾紙防止感應(yīng)元件被塵埃污染的同時也會吸附污染物。所以應(yīng)定期拆開傳感器的頭部網(wǎng)罩，清洗濾紙或者更換新的濾紙[4]

參考文獻(xiàn)：

[1]劉軍，楊志偉，韓立民.HMP45D濕度測量誤差調(diào)整及校準(zhǔn).吉林氣象，2008，第1期：42-43.

[2]王錫芳.HMP45D溫濕度傳感器的電極污染及處理方法.山東氣象，2012，第1期：56-57.

[3]楊健，張玉存，宋志剛.濕度測量體制歷史和現(xiàn)狀分析及建議.氣象水文海洋儀器，2009，第2期：17-23.

[4]孫文良，沈秋宇，于文博，李東宇，李大明.HMP45D溫濕度傳感器的檢定校準(zhǔn).氣象水文海洋儀器，2009，第3期：124-126.