在我国,近年来石窟文物的不断风化引起了人们的高度重视。像我国的敦煌莫高窟、云冈石窟、龙门石窟以及大足石刻等被列为世界文化遗产的国家重点文物保护单位,都遭受着石窟雕像严重风化现象的影响。经国家文物保护工作者与国家考古学家对石窟风化现象的实际考察、探测和研究,发现石窟岩石凝结水是造成石窟严重风化的主要因素之一,并且对石窟的风化有着非常重要的影响。然而,在探索研究石窟文物的保护措施过程中,针对凝结水这一造成石窟不断风化的主要因素,却面临着没有先进合适的测量装置来准确测定岩石表面凝结水量的严峻考验。因此,本文研究设计了一款针对石窟表面凝结水监测的石窟环境监测仪器,该监测仪器的设计是根据石窟内外实际环境中造成凝结水形成的相关参量,利用电子自动控制技术,采用高精度的温度传感器、湿度传感器、称重传感器等设计而成。　　 本文设计的石窟环境监测仪器系统分为上位机与下位机两大部分。　　 上位机部分为纯软件设计,采用C＃语言进行程序设计,实现系统人性化的上位机操作界面,通过串行通信接口与下位机进行实时通信,可以更直观、更具体的进行实时监控,并能直接获取实验监控数据以便计算机进行直接的分析与处理。下位机部分包括硬件设计与软件设计,硬件设计采用模块化的设计方法,实现下位机检测仪器的各种相关功能。主要包括电源模块、中央处理模块、温度传感器模块、湿度传感器模块,称重传感器模块,时钟模块,液晶显示漠块,数据存储模块,数据采集模块,用户控制接口模块,数据通信接口模块等。其中,电源模块采用低压差直流线型稳压芯片LT1086CM进行设计,并分别设计了模拟电源和数字电源,加入电磁滤波元件和磁珠元件。电磁滤波元件可以有效对电源输出进行滤波,以减少电源的噪声和纹波,磁珠元件可以减少电源之间的相互干扰,这样就保证系统采样数据的高精度、高准确性的要求。系统中央处理模块采用IT公司生产的16位的微控制器MSP430F169进行设计,它的特点就是处理能力强,功耗低,系统工作稳定,开发环境高效方便等；MSP430F169单片机在内部的JTAG接口模块,实现程序代码的下载、运行控制和对现场进行观察与修改等功能。温度传感器模块采用了高精度的“三线制”铂电阻温度传感器PT1000进行设计,对恒压源桥式测量方法与恒流源测量方法进行了深入分析与对比,详细介绍了系统采用精密运算放大器OPA2335对恒流源产生电路与铂电阳温度传感器引线补偿电路的设计与分析,并采用高精度24位A/D转换芯片ADS1243对系统温度进行测量。湿度传感器模块采用的是Sensirion公司生产的高精度温湿度一体传感器SHT75,其将传感元件和信号采集处理电路集成在一块微型电路板上,输出为完全标定的数字信号,通过单片机控制可以直接获得湿度测量数据,使用便捷并且能够确保高精度和测量准确性。称重传感器模块采用的是高精度的电阻应变式的称重传感器,采用专用于电阻应变式称重传感器的20位A/D转换芯片ADS1230进行了设计,以获得高精度、高稳定性的凝结水监测数据。时钟模块采用了美国DALLAS半导体公司推出的涓流充电时钟芯片DS1302进行设计,用于精确记录系统每次实验监测的具体时间,以便后期实验监测数据的对比分析。液晶显示模块采用的是深圳市卓立恩科技有限公司生产的液晶显示器ZLG3320240F以及相应的驱动电路进行设计,实现系统下位机的操作显示界面。数据存储模块采用SD卡的形式进行设计,其具有便于携带和存储容量大等特点,以实现对实验监测数据进行观场实时存储,并且便于后期对大量实验数据进行分析处理。数据采集模块注要采用高精度的A/D转换芯片ADS1243、ADS1230以及增益放大电路实现对系统监测到的温度模拟量与称重模拟量的精确转换。用户控制接口模块采用以键盘按键的形式实现用户对监测仪器的操作控制,键盘的每个按键均具体的赋予了其不同的功能,以便于用户操作实现。数据通信接口模块采用的是以RS-232串口的形式实现下位机与上位机之间的通信。本文中下位机中所涉及到的控制程序均采用C语言进行编写。　　 本文研究设计的石窟环境监测仪器,经过调试与测试,各项指标均达到了预期的目标与要求。其中,系统温度测量范围为-36～70℃,精度为0.01℃,平均误差为0.05℃；相对湿度测量范围为0～100％RH,精度为0.01％RH,平均误差为0.10％RH；称重测量范围为0～3kg,精度为0.01g,平均误差为0.03g。并且通过实验测量证明,本文研究设计的石窟环境监测仪器其具有测量精度高、误差小、稳定性好,使用便捷等特点,对掌握石窟凝结水产生的规律与形成机理,以及准确地实验测定石窟岩石的凝结水量,找到相应更好的治理方法与措施,从而为保护我国珍贵的石窟文物遗产提供意见,具有十分重要的意义。