端PULSE输出N个频率5kHz的脉冲，表示气压大小为(N*0.1)hPaD
[0036]器件mcu—interface为CPLD模块与主控制器的接口电路，DATA为8位数据总线，WR为通信控制信号。若要产生的气压为500hPa，则检定仪在收到触发信号后，需要产生5000个频率为5kHz的脉冲。主控制器通过总线DATA将整数5000写入CPLD模块的器件mcu_interface，并送至端口Num[ 15..0]输出。
[0037]器件f _DIV_5 kHz为分频器，将5 OMHz的时钟分频得到5 kHz的脉冲信号。器件PreSure_PluS产生使能信号EN，EN通过与非门NAND2控制输出脉冲的个数。TRI没有收到触发信号时，EN保持低电平，输出PULSE始终为高电平。TRI检测到采集器发来的触发信号下降沿开始，要求延时20ms后再输出脉冲。故在器件Presure_Plus中设置变量X，x对5kHz的脉冲计数，从O计数到100时，EN保持低电平，输出端PULSE为高电平。脉冲周期为0.2ms，100个脉冲即延时20ms ^从100计数到(N+100)时，EN保持高电平，使5kHz的脉冲通过与非门由PULSE端输出。采集器将收到的N个脉冲换算成气压值(N*0.1)hPa，N的取值范围为500-11000。
[0038]如图1和图3所示，根据模拟电压形式气压信号的特点，设定气压值后，检定仪输出直流电压，产生模拟电压的范围为0-2.5V。为提高输出电压的精度，可采用低温漂电压基准、高精度DAC、极低失调运放来设计电路。图3中，利用16位的D/A转换芯片AD5660产生模拟电压U1，总线DIN、CLK、CS为其与主控制器的接口。AD5660是ADI公司的16位低功耗、单通道、缓冲电压输出DAC，内置1.25 V基准。采用具有长期稳定性的基准源ADR421输出2.5V的基准电压，通过极低温漂(2ppm/ °C )的UPR型电阻R2和R4分压得到电压U3。1]1和U3经过由极低失调电压(最大3μν)的运放LTC2050构成的减法电路后，得到输出电压U4，U4为满足要求的电压形式的气压信号。图3中所示的LTC1983-5为电荷栗反转芯片，可为运放提供负电源。
[0039 ]如图1和图4所示，本系统采用的430系列单片机可内置有两个UART模块，利用其中的UARTO产生串口形式的气压信号，ZQZ系列自动站接收RS-232形式气压信号的波特率为2400 ο初始化寄存器将UARTO的波特率设置为2400。单片机的UARTO输出为TTL电平，利用电平转换芯片max232将其转换为RS232电平;其中MCU-TXDO、MCU-RXD0与单片机的UARTO相连，XD、RXD输出的气压信号与自动气象站的采集器相连。Dl和D2为静电保护的瞬变二极管。
[0040]本系统作为自动气象站采集器气压通道的检定仪器，要求输出气压信号的最大允许误差小于采集器测量误差的1/3 AS232和脉冲形式的气压信号为数字量，抗干扰能力强。而模拟电压形式的气压信号的产生电路极易受到环境温度、数字通道的干扰。除注重器件选型，选择高精度DAC、低失调运放外，还可采取隔离、补偿等措施来保证输出信号的高精度。
[0041]如图5所示，即为总线隔离措施，为使模拟电压形式的气压信号产生电路与数字通道的回路完全独立。防止主控制器和DAC通信结点间电流的流动，须进行通道隔离。本系统选用四通道iCoupler技术的数字隔离器ADUM1401将主控制器和DAC的通信总线隔离，其中，VDD1、GNDI为数字通道的电源和地，CS、CLK、DIN为与主控相连的片选、时钟、数据总线，VDD2、GND2为模拟电压通道的电源和地，G-CS、G-CLK、G-DIN为隔离后与模拟电压产生电路的DAC5660相连的片选、时钟、数据总线。
[0042]如图6所示，即为电源隔离措施，可选用极低纹波的DC-DC芯片MEB01Z-05S0?将四通道数字隔离器ADUMl 401的工作电源VDDI和VDD2隔离。器件MEBOIZ的输入电压具有较宽的取值范围:4.75-5.25￥，且其纹波￡1011^，输出电压5￥，输出电流达到20011^，功率1￥，所以完全满足电压产生模块的功耗要求。
[0043]本实用新型的创新点在于，可提供一种高精度、多通道(RS-232形式、模拟电压、触发脉冲)同时输出而互不干扰的新型气压检定仪。经测试表明，三个通道输出的气压信号范围均为500-1 10hPa，覆盖了自动气象站的测量范围；最大误差土0.02hPa，远低于自动气象站的最大测量误差±0.3hPa;从而可为不同型号的自动气象站提供综合的计量检定。
[0044]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种高精度多通道自动气象站气压检定仪，其特征在于:包括主控制器，均与主控制器相连的参数存储模块、控制按键、复位电路、时钟电路、RS232串口电路、CPLD模块和D/A转换器，以及供电用电源和挂接于CPLD模块扩展输出口的信息显示模块； 所述RS232串口电路的输出端连接有RS232串口信号输出接口，所述CPLD模块通过接收来自自动气象站的触发信号以固定频率输出脉冲信号于脉冲信号输出接口，所述D/A转换器通过运放调理电路连接有模拟量信号输出接口 ；所述RS232串口信号输出接口、脉冲信号输出接口和模拟量信号输出接口均用于与自动气象站的数据采集器相连。2.根据权利要求1所述的高精度多通道自动气象站气压检定仪，其特征在于:所述主控制器和D/A转换器之间设置有总线隔离电路。3.根据权利要求2所述的高精度多通道自动气象站气压检定仪，其特征在于:所述总线隔离电路为四通道的数字隔离器ADUM1401。4.根据权利要求3所述的高精度多通道自动气象站气压检定仪，其特征在于:所述四通道的数字隔离器ADUM1401中的两个工作电源接口之间通过低纹波的DC-DC芯片MEBOlZ-05S0?进行电源隔离。5.根据权利要求1所述的高精度多通道自动气象站气压检定仪，其特征在于:所述主控制器采用MSP430系列单片机制作。6.根据权利要求5所述的高精度多通道自动气象站气压检定仪，其特征在于:所述MSP430系列单片机内置有UART模块。7.根据权利要求6所述的高精度多通道自动气象站气压检定仪，其特征在于:所述UART模块为两个，所述MSP430系列单片机通过内置的任意一个UART模块输出TTL电平后通过电平转换芯片max232将TTL电平转换为RS232电平输出给RS232串口信号输出接口。8.根据权利要求1所述的高精度多通道自动气象站气压检定仪，其特征在于:所述D/A转换器采用AD5660芯片，所述运放调理电路采用LTC2050芯片，所述运放调理电路由基准源ADR421经UPR型电阻分压后提供基准电压、并由电荷栗反转芯片LTC1983-5提供负电源。9.根据权利要求1所述的高精度多通道自动气象站气压检定仪，其特征在于:所述参数存储模块采用EEPROM芯片。10.根据权利要求1所述的高精度多通道自动气象站气压检定仪，其特征在于:所述电源为锂电池，所述信息显示模块为TFT显示屏。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高精度多通道自动气象站气压检定仪，包括主控制器，均与主控制器相连的参数存储模块、控制按键、复位电路、时钟电路、RS232串口电路、CPLD模块和D/A转换器，以及供电用电源和挂接于CPLD模块扩展输出口的信息显示模块；RS232串口电路的输出端连接有RS232串口信号输出接口，CPLD模块通过接收来自自动气象站的触发信号以固定频率输出脉冲信号于脉冲信号输出接口，D/A转换器通过运放调理电路连接有模拟量信号输出接口。有益效果：实现分别从三个通道输出高精度、互不干扰的模拟电压、触发脉冲、RS232形式的气压信号，输出电信号范围和分辨率能与不同型号自动气象站的采集器匹配。
【IPC分类】G01W1/18
【公开号】CN205317966
【申请号】CN201620071512
【发明人】徐伟, 行鸿彦, 季鑫源
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月25日