新型站风传感器故障检测电路设计与检测方法

刘文琛 邹武

摘 要：在全区地面气象观测无人值守改革的背景下，积极探索提高基层台站保障人员快速判断故障排除故障能力，是保证设备可靠正常运行的前提。本文针对目前基层台站维护维修方法滞后，手段缺乏的现状，提出了新的检测方法，设计制作出检测装置，并在实践中取得很好的应用效果，深受基层台站的欢迎。

关键词：数字信号，脉冲信号，电压比较器，触发器

1前言

目前EL15-2C、EL15-1C型风向风速传感器的故障检测中，通常使用的工具是万用表，检查方法为电压法和电阻法。由于EL15-2C、EL15-1C型风向风速传感器风向输出为格雷码信号，风速输出为频率信号，也就是数字信号和脉冲信号。万用表检测模拟信号比较方便，比较直观，但在检测数据信号和脉冲信号时显得比较困难，不直观，需要丰富的维修经验，另外，格雷码输出为七根信号线输出，万用表检测时需要对七路信号进行分别检测，风向变化时要重新检测，很不方便，效率也不高。本文介绍的新型自动气象站风向风速传感器故障检测电路采用电压比较器驱动LED显示方式，可以轻而易举的对格雷码输出的数据信号和脉冲信号进行实时检测，简单实用直观，可以快速进行故障判断，效率高。

2新型自動气象站风向风速传感器故障检测电路设计原理

新型自动气象站风向风速传感器故障检测电路由风向传感器检测电路、风速分频检测电路和供电电源组成组成。

2.1风向传感器故障检测电路基本原理

EL15-2C风向传感器的供电电压为+5V，输出为对应于当时风向的幅度为5V的七位格雷码信号（每位格雷码只有电平高低的区别，习惯上高电平为1，低电平为0）。

电压比较器：比较器有两个输入端，一个同相输入端，一个是反相输入端，当同相输入端电压高于反相输入端电压时，比较器输出高电平；当反相输入端电压高于同相输入端电压时，比较器输出低电平；利用电压比较器的工作原理，可以设计出七路风向传感器检测电路。

风向传感器检测电路由七路电压比较器、七个LED指示灯、供电电源及外围元件组成 （如图），每路工作原理一样；

供电电源一路为风向传感器检测电路供电，另一路输出为风向传感器供电；输入接口为七路凤凰接口，完全与新型站风向传感器接口匹配，输入门限电压为3V。当格雷码信号输入电压为高电平1时（>3V），电压比较器输出为高电平，点亮LED指示灯；当格雷码信号输入电压为低电平0时（<3V），电压比较器输出为低电平，相应的LED指示灯不亮。七组LED指示灯代表一组格雷码信号，通过查表（风向格雷码表）可知相对应的风向角度。

2.2风速传感器故障检测电路基本原理

新型自动气象站风速传感器输出信号为脉冲频率信号，用万用表很难检测。采用双D型触发器74LS74制作的4分频驱动LED指示灯检测电路可以方便直观地对传感器进行检测（如图2）。

74LS74芯片的1、2、3、4、5、6引脚组成一组触发器，8、9、10、11、12、13为另一组触发器，7、14脚为电源端，3与11脚为时钟（CLK）输入端，5与9脚为变换后的时钟输出端；要得到四分频，3脚为信号输入，5脚输出连接11脚输入端，9脚为四分频输出端，直接驱动LED发光管显示脉冲频率。由于人眼的临界闪烁频率一般为50HZ左右，频率越高，LED发光管闪的越快，即使光源是闪烁的，但人看起来是连续的（常亮不闪烁的）。风速传感器输出的脉冲频率信号一般较高（相对于人眼临界闪烁频率），设计四分频驱动电路，对较高的脉冲频率信号进行分频，可以直观的观测到传感器输出的脉冲信号，从而判断传感器和线路故障。

3风向风速传感器的检测方法

风向风速传感器故障检测电路的输入制作成10芯凤凰插座，可以方便的与新型站的风向风速传感器的凤凰插头对接，。测试时，从新型站采集箱防雷板处拔出风向风速凤凰插头及供电插头，插入新型自动气象站风向风速传感器故障检测电路的输入插座。给传感器及检测电路供电。

3.1风向传感器的故障检测

当风向传感器做360度转动时，七个风向格雷码指示灯在闪亮与不亮之间变化，表明传感器输出信号正常，七根信号线正常；当七个风向格雷码指示灯不闪亮或常亮，说明传感器信号输出不正常，需要更换传感器；当风向传感器固定在某个角度（不转），相对应的格雷码（高电平）指示灯亮，查风向格雷码表可知对应的角度；当相对应的格雷码（高电平）指示灯不亮，一般是对应的信号线故障或传感器故障。

3.2风速传感器的故障检测

风速传感器信号线输出的是脉冲频率信号。当风速传感器旋转时，风速检测电路检测到脉冲信号并驱动LED灯闪烁，表明传感器和信号线正常；当LED灯常亮或不亮，一般是传感器或信号线故障。

4结语

万用表在模拟电路及元器件的检测方面是个很好的检测工具，但在数字电路检测特别是变化的数据信号（如脉冲信号）检测是它的短板。本文介绍的新型自动气象站风向风速传感器故障检测电路是对万用表检测方法的补充和创新，可以对风向格雷码输出的七根信号线同时检测进行故障判断，并且可以同时对风向传感器、风速传感器进行检测，操作简单实用，直观可靠，省时省力，效率很高，是基层台站维护维修的新方法、新手段。

参考文献：

[1]李春玲.时序逻辑电路中不同功能触发器的相互转换方法[J].电子报合订本，2008，510

[2]D.L.海泽曼（美）.初级集成电路应用手册[M].人民邮电出版社

[3]孙丽霞，殷侠. 实用电子电路设计与调试-数字电路设计的一般方法[M].中国电力出版社，2011-6-1

[4]王建凯，赵志强，刘钧，等.地面气象观测自动化技术手册[M].气象出版社，6-7

[5]胡雯.台站气象装备保障[M].气象出版社，498-513