DZN2型自动土壤水分观测仪故障分析诊断方法

白文明

（通辽市气象局，内蒙古 通辽 028000）

DZN2型自动土壤水分观测仪投入运行已经有几年时间了，在日常技术保障工作中，总是能遇到各种各样的问题，为了快速解决遇到的问题，需要熟知仪器设备的组成结构、功能及测试方法，还要掌握利用仪器调试软件进行测试的方法及参数配置方法，熟知和掌握了这些知识，可以有效的提高故障排查能力，保障DZN2型自动土壤水分观测仪的正常运行。

1 DZN2型自动土壤水分观测仪系统组成及功能

1.1 系统组成结构

可以将DZN2型自动土壤水分观测仪整体分为供电系统、探测器及采集系统成三部分。供电系统主要为系统运行提供工作电压，探测器主要负责探测系统所需频率信号通过485通讯线传输至采集板，采集系统主要是接收探测器传来的信号进行处理形成相应的数据通过镶嵌在其上面的通讯模块传输至中心站。

1.2 供电系统

固定地段自动土壤水分探测器供电系统由220V开关、开关电源、电源控制器等组成。作物地段自动土壤水分探测器供电系统由太阳能电池板、电源控制器等组成。

1.3 探测器

探测器由传感器、结构件以及处理板（接口电路板）组成。传感器探测要素信号，处理板进行信号收集处理及传输至主采集板，传感器及处理板都通过插针式电路连接在结构件上，通过结构件进行连接通信。探测器的供电来源于采集板，探测器通过RS485通讯方式与采集板通讯。

1.4 采集系统

采集系统由采集板、通讯板以及调试串口等组成，主要负责探测信号的处理及传输至中心站。

采集板上有3个指示灯，含义和状态为：“GPRS”网络状态指示灯，绿色，连接网络正常3秒1闪，快闪为寻找网络，不闪为模块未启动；“RUN”系统运行状态指示灯，黄色，正常状态秒闪；“+5V”电源指示灯，红色，供电正常时常亮，为通讯板供电。

纽扣电池主要为采集板的时钟芯片供电，当系统停电或采集板不用时，可以保证时钟芯片继续工作。调试串口主要用来连接笔记本电脑，通过软件来检测和配置采集板。

1.5 通讯模块

通讯模块是用来通过无线传输方式将系统探测数据传输至中心站。

通讯模块上有两个指示灯，含义和状态为：“NET”（V3）网络指示灯，正常 3 秒 1 闪；“STT”工作状态指示灯，正常常亮。

2 DZN2型自动土壤水分观测仪常见问题

2.1 供电问题

当采集板上指示灯均不亮时，可以判断为系统供电故障，通过万用表直流20VDC档量取采集板供电口电压来确定。

确定供电故障，固定地段供电系统排查流程为：1.交流电输入是否正常，2.开关电源直流输出是否正常，3.电源控制器上电源输出是否正常，4.保险管是否熔断。

作物地段供电系统排查流程为：1.观察太阳能板是否被遮挡、表面是否清洁、接线是否牢靠，发现问题相应处理；2.观察电源控制器工作模式是否为“6”，工作模式不对应通过按钮进行设置；3.测量太阳能电池板供电是否正常（将供电线取下测量），如果输出电压过低需更换太阳能板；4.测量蓄电池电压是否正常，若电压低于10.8V需更换；5.测量电源控制器直流输出是否正常，其它都正常但直流输出异常，更换电源控制器。

注意：作物地段，由于连日阴雨天，将导致蓄电池充电不及时而造成过度放电，当日照正常时，蓄电池需充电恢复到一定电压，充电控制器才会重新自动上电，在此之前可以手动重启让系统工作。

2.2 设备突然断电，再上电之后所有数据缺测

一般导致这种故障的原因有两种：

一是，由于设备工作时间很长，导致采集板纽扣电池馈电，当系统断电时，采集器时钟芯片不能继续工作，使得系统时间错误，与当前时间不一致，及时重新上电，由于采集时间与当前时间不一致的问题，导致数据无法入库。测试办法：连接笔记本电脑，通过测试软件读取采集器时间，如果不一致，说明纽扣电池馈电。解决方法：更换纽扣电池，在通过调试软件校准采集器时钟即可。

二是：采集板有个程序存储器，不断的存储系统程序，当突然断电时，恰巧存储器未完成存储，导致系统参数走乱，再上电时，由于系统参数异常，所以数据不能进行正传输，导致数据缺测。测试办法：连接笔记本电脑，通过调试软件获取系统参数，如与之前不符，说明参数走乱。解决方法：通过调试软件，重新配置系统参数即可。注：保障人员需掌握对每个站的参数信息，否则只能联系中心站查询（配置参数有采集器地址，层数，中心站IP、端口号）。

2.3 所有数据突然缺测

可能有的原因：1.供电异常；2.通讯异常；3.采集板异常；4.条形板异常；5.线路异常。

排查流程：1.检查供电，供电异常进行相应处理；2.查看采集板指示灯是否正常，读取参数是否正常，若参数正常，指示灯异常（特别是RUN和+5V不亮），更换采集板；3.查看通讯板指示灯是否异常，检查SIM是否欠费，欠费缴纳，未欠费，指示灯异常更换通讯板；4.供电、采集板、通讯板都正常，检查线路，做还回测试，不正常则更换线路；5.其它全部正常，读取数据，失败则更换接口板（条形板）。

2.4 某层频率为0

一般为传感器故障。排查流程：将探测器取出，更换当层传感器，重新写入新装传感器空气频率和水中频率，若故障恢复，则为传感器故障；若故障未排除，而新换传感器无故障，则更换结构件（可能是排针处有问题）。注：1.更换传感器要注意新传感器的拨码开关要与所在层数进行对应；2.更换新传感器需向中心站告知新传感器的两个频率参数。

2.5 数据异常跳变、缺失、超出范围

造成此种问题的原因有以下几种：1.套管进水。检查套管密封是否良好，如异常，需将整个套管抽出，擦干设备及管壁，更换干燥剂，换临近地点重新进行安装（不能使用原来口）；2.土壤龟裂。查看探测器周围土壤是否有龟裂现象，有及时进行处理；3.作物地段作物进行浇灌。与当地作物负责人联系，在进行作物浇灌时及时联系，以免误判；4.冻土的影响。冻土发生时，土壤中水分发生了相变，导致探测数据异常偏低。

3 设备维护

查看太阳能板是否有遮挡或是被异物覆盖，及时清理。定期测试蓄电池空载电压，过低需及时更换。探测器最好每半年更换一次干燥剂，确保探测器不受潮湿等因素影响。做好观测场地的日常维护，防止观测场地的破坏带来的数据异常。

4 总结

做好土壤水分观测仪的日常维护工作能够很大程度上减少设备故障、数据异常等情况的发生。但是，当故障发生时，了解系统结构及各组成部件的功能，掌握故障测试和诊断方法能够有效的提高故障排查效率，快速排除故障。