新型站風(fēng)傳感器故障檢測(cè)電路設(shè)計(jì)與檢測(cè)方法

劉文琛 鄒武

摘 要：在全區(qū)地面氣象觀測(cè)無(wú)人值守改革的背景下，積極探索提高基層臺(tái)站保障人員快速判斷故障排除故障能力，是保證設(shè)備可靠正常運(yùn)行的前提。本文針對(duì)目前基層臺(tái)站維護(hù)維修方法滯后，手段缺乏的現(xiàn)狀，提出了新的檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)制作出檢測(cè)裝置，并在實(shí)踐中取得很好的應(yīng)用效果，深受基層臺(tái)站的歡迎。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)，脈沖信號(hào)，電壓比較器，觸發(fā)器

1前言

目前EL15-2C、EL15-1C型風(fēng)向風(fēng)速傳感器的故障檢測(cè)中，通常使用的工具是萬(wàn)用表，檢查方法為電壓法和電阻法。由于EL15-2C、EL15-1C型風(fēng)向風(fēng)速傳感器風(fēng)向輸出為格雷碼信號(hào)，風(fēng)速輸出為頻率信號(hào)，也就是數(shù)字信號(hào)和脈沖信號(hào)。萬(wàn)用表檢測(cè)模擬信號(hào)比較方便，比較直觀，但在檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)和脈沖信號(hào)時(shí)顯得比較困難，不直觀，需要豐富的維修經(jīng)驗(yàn)，另外，格雷碼輸出為七根信號(hào)線輸出，萬(wàn)用表檢測(cè)時(shí)需要對(duì)七路信號(hào)進(jìn)行分別檢測(cè)，風(fēng)向變化時(shí)要重新檢測(cè)，很不方便，效率也不高。本文介紹的新型自動(dòng)氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障檢測(cè)電路采用電壓比較器驅(qū)動(dòng)LED顯示方式，可以輕而易舉的對(duì)格雷碼輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)和脈沖信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，簡(jiǎn)單實(shí)用直觀，可以快速進(jìn)行故障判斷，效率高。

2新型自動(dòng)氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障檢測(cè)電路設(shè)計(jì)原理

新型自動(dòng)氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障檢測(cè)電路由風(fēng)向傳感器檢測(cè)電路、風(fēng)速分頻檢測(cè)電路和供電電源組成組成。

2.1風(fēng)向傳感器故障檢測(cè)電路基本原理

EL15-2C風(fēng)向傳感器的供電電壓為+5V，輸出為對(duì)應(yīng)于當(dāng)時(shí)風(fēng)向的幅度為5V的七位格雷碼信號(hào)（每位格雷碼只有電平高低的區(qū)別，習(xí)慣上高電平為1，低電平為0）。

電壓比較器：比較器有兩個(gè)輸入端，一個(gè)同相輸入端，一個(gè)是反相輸入端，當(dāng)同相輸入端電壓高于反相輸入端電壓時(shí)，比較器輸出高電平；當(dāng)反相輸入端電壓高于同相輸入端電壓時(shí)，比較器輸出低電平；利用電壓比較器的工作原理，可以設(shè)計(jì)出七路風(fēng)向傳感器檢測(cè)電路。

風(fēng)向傳感器檢測(cè)電路由七路電壓比較器、七個(gè)LED指示燈、供電電源及外圍元件組成 （如圖），每路工作原理一樣；

供電電源一路為風(fēng)向傳感器檢測(cè)電路供電，另一路輸出為風(fēng)向傳感器供電；輸入接口為七路鳳凰接口，完全與新型站風(fēng)向傳感器接口匹配，輸入門限電壓為3V。當(dāng)格雷碼信號(hào)輸入電壓為高電平1時(shí)（>3V），電壓比較器輸出為高電平，點(diǎn)亮LED指示燈；當(dāng)格雷碼信號(hào)輸入電壓為低電平0時(shí)（<3V），電壓比較器輸出為低電平，相應(yīng)的LED指示燈不亮。七組LED指示燈代表一組格雷碼信號(hào)，通過(guò)查表（風(fēng)向格雷碼表）可知相對(duì)應(yīng)的風(fēng)向角度。

2.2風(fēng)速傳感器故障檢測(cè)電路基本原理

新型自動(dòng)氣象站風(fēng)速傳感器輸出信號(hào)為脈沖頻率信號(hào)，用萬(wàn)用表很難檢測(cè)。采用雙D型觸發(fā)器74LS74制作的4分頻驅(qū)動(dòng)LED指示燈檢測(cè)電路可以方便直觀地對(duì)傳感器進(jìn)行檢測(cè)（如圖2）。

74LS74芯片的1、2、3、4、5、6引腳組成一組觸發(fā)器，8、9、10、11、12、13為另一組觸發(fā)器，7、14腳為電源端，3與11腳為時(shí)鐘（CLK）輸入端，5與9腳為變換后的時(shí)鐘輸出端；要得到四分頻，3腳為信號(hào)輸入，5腳輸出連接11腳輸入端，9腳為四分頻輸出端，直接驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光管顯示脈沖頻率。由于人眼的臨界閃爍頻率一般為50HZ左右，頻率越高，LED發(fā)光管閃的越快，即使光源是閃爍的，但人看起來(lái)是連續(xù)的（常亮不閃爍的）。風(fēng)速傳感器輸出的脈沖頻率信號(hào)一般較高（相對(duì)于人眼臨界閃爍頻率），設(shè)計(jì)四分頻驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)較高的脈沖頻率信號(hào)進(jìn)行分頻，可以直觀的觀測(cè)到傳感器輸出的脈沖信號(hào)，從而判斷傳感器和線路故障。

3風(fēng)向風(fēng)速傳感器的檢測(cè)方法

風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障檢測(cè)電路的輸入制作成10芯鳳凰插座，可以方便的與新型站的風(fēng)向風(fēng)速傳感器的鳳凰插頭對(duì)接，。測(cè)試時(shí)，從新型站采集箱防雷板處拔出風(fēng)向風(fēng)速鳳凰插頭及供電插頭，插入新型自動(dòng)氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障檢測(cè)電路的輸入插座。給傳感器及檢測(cè)電路供電。

3.1風(fēng)向傳感器的故障檢測(cè)

當(dāng)風(fēng)向傳感器做360度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，七個(gè)風(fēng)向格雷碼指示燈在閃亮與不亮之間變化，表明傳感器輸出信號(hào)正常，七根信號(hào)線正常；當(dāng)七個(gè)風(fēng)向格雷碼指示燈不閃亮或常亮，說(shuō)明傳感器信號(hào)輸出不正常，需要更換傳感器；當(dāng)風(fēng)向傳感器固定在某個(gè)角度（不轉(zhuǎn)），相對(duì)應(yīng)的格雷碼（高電平）指示燈亮，查風(fēng)向格雷碼表可知對(duì)應(yīng)的角度；當(dāng)相對(duì)應(yīng)的格雷碼（高電平）指示燈不亮，一般是對(duì)應(yīng)的信號(hào)線故障或傳感器故障。

3.2風(fēng)速傳感器的故障檢測(cè)

風(fēng)速傳感器信號(hào)線輸出的是脈沖頻率信號(hào)。當(dāng)風(fēng)速傳感器旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)速檢測(cè)電路檢測(cè)到脈沖信號(hào)并驅(qū)動(dòng)LED燈閃爍，表明傳感器和信號(hào)線正常；當(dāng)LED燈常亮或不亮，一般是傳感器或信號(hào)線故障。

4結(jié)語(yǔ)

萬(wàn)用表在模擬電路及元器件的檢測(cè)方面是個(gè)很好的檢測(cè)工具，但在數(shù)字電路檢測(cè)特別是變化的數(shù)據(jù)信號(hào)（如脈沖信號(hào)）檢測(cè)是它的短板。本文介紹的新型自動(dòng)氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障檢測(cè)電路是對(duì)萬(wàn)用表檢測(cè)方法的補(bǔ)充和創(chuàng)新，可以對(duì)風(fēng)向格雷碼輸出的七根信號(hào)線同時(shí)檢測(cè)進(jìn)行故障判斷，并且可以同時(shí)對(duì)風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器進(jìn)行檢測(cè)，操作簡(jiǎn)單實(shí)用，直觀可靠，省時(shí)省力，效率很高，是基層臺(tái)站維護(hù)維修的新方法、新手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]李春玲.時(shí)序邏輯電路中不同功能觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換方法[J].電子報(bào)合訂本，2008，510

[2]D.L.海澤曼（美）.初級(jí)集成電路應(yīng)用手冊(cè)[M].人民郵電出版社

[3]孫麗霞，殷俠. 實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試-數(shù)字電路設(shè)計(jì)的一般方法[M].中國(guó)電力出版社，2011-6-1

[4]王建凱，趙志強(qiáng)，劉鈞，等.地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)[M].氣象出版社，6-7

[5]胡雯.臺(tái)站氣象裝備保障[M].氣象出版社，498-513