自動氣象站供電系統設計與研究

摘 要：本文結合作者多年工作經驗，對自動氣象站的供電系統的設計進行了詳細的闡述。首先簡要介紹了自動氣象站的概念、功用，然后對自動氣象站的供電系統設計進行深入分析。

關鍵詞：自動化氣象站；電源；研究

中圖分類號：S16 文獻標識碼：A

1 自動氣象站簡述

自動氣象站是由電子設備或計算機控制的自動進行氣象觀測和資料收集存儲傳輸的氣象站，是由傳感器、采集器、數據處理系統、數據傳輸系統、電源等部分組成，自動進行氣象要素觀測和資料收集存儲傳輸的氣象設備系統。觀測項目主要包括溫度、濕度、氣壓、風向、風速、雨量等要素，數據采集頻率較高，每分鐘采集并存儲一組觀測數據。

自動氣象站通常分為有線遙測站和無線遙測站兩種類型。其中有線遙測自動氣象站的儀器感應部分與接收處理部分相隔幾十米到幾公里，用有線通信線路傳輸。它由氣象傳感器，接口電路、微機系統、通訊接口等組成。傳感器將氣象要素轉換成電信號，再由接口電路輸出。微機系統是它的心臟，負責處理接口電路及觀測員通過鍵盤輸入的信號，并將處理結果輸出顯示、打印、存盤，也可通過接口送到信息網絡服務器。另一種無線遙測氣象站又稱無人氣象站。它包括測量系統、程序控制系統、編碼發射系統和電源四部分組成。無人氣象站通常能連續自動工作，每天定時觀測，可在1000公里之外的控制中心指令或接收它發送的資料，也可利用衛星收集和轉發它發送的資料。該站通常安置在沙漠、高山、海洋（漂浮式或固定式）等人煙稀少的地區，用于填補地面氣象觀測網的空白。

由于自動氣象站運行于各種無人值守的惡劣的野外環境，就會面臨各種自然干擾和未知意外的發生，為了保證氣象數據采集的準確性，連續性和穩定性，就必須對自動氣象站進行自我保護設計，其中對供電系統的設計就是一項關鍵內容。

2 對自動氣象站供電系統設計分析

自動氣象站使用的5V穩壓直流電源需要具有無干擾和高穩定性，并且配有備用蓄電池，以防市電斷電時使用。在本設計中，LM7805三端穩壓集成電路符合應用要求，即為有三條引腳輸出的穩壓用的集成電路，分別是接地端、輸入端和輸出端。因LM7805三端穩壓IC電路內部有調整管、過熱及過流的保護電路，所以用LM7805三端穩壓IC來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，如圖1所示就是LM7805集成穩壓器的連接電路圖，這個穩壓電源電路輸出正5V直流電壓是由一個LM7805穩壓電路實現的。集成穩壓器LM7805就是圖中的IC芯片，輸入端和輸出端的濾波電容分別為C1和C2。此外給LM7805還需要配上散熱板，這是為防止因輸出電流過大時，穩壓管的溫度變高，使得穩壓性能降低，或者損壞的發生。

自動氣象站數據采集芯片要求很高的穩定供電電源，這是因為芯片采集數據的精度能夠直接受供電電壓的精度影響，尤其是高精度的模數轉換電路更是要求穩定性非常好的電源。再加上電源電壓要作為模數轉換電路的外部參考電壓使用，那么對供電電源的穩定性和精度要求就更高。所以模數轉換電路對于電源電壓精度和穩定性的要求就要遠高于其他數字電路。那么通過LM7805降壓輸出的+5V電壓可以供應除模數轉換電路外的其它工作電路使用，而模數轉換電路的供電則需要利用電源穩壓芯片實現。將升降壓芯片LM7805輸出的不穩定的+5V電壓，通過穩壓芯片MAX8875轉換為穩定的+5V電壓再供應給模數轉換電路使用。

+2.5V～+ 6.5V電壓都是低壓線性穩壓器MAX8875的輸入范圍，輸出電流為150mA，這是因為MAX8875配有P溝道MOSFET調節輸出器，能夠保持穩定的壓差和穩定的電源電流在最高為150mA的任何負載下輸出。MAX8875使用的是成本較低的鉭電容，這樣就優化了工作，并可以輸出初始精度為土1%的5.0V，3.3V，3.0V，2.7V，2.5V和1.5V的電壓。當MAX8875的“Power-Ok”有報警信號發出時，表示輸出電壓已不在穩的壓范圍。線性穩壓器MAX8875還具有lμA關斷電流、電池反接保護、過熱保護和短路保護等特性。其封裝如圖2所示。它的管腳功能如下：IN：電壓輸入。輸入電壓范圍為2.5V～6.5V。GND：接地。OUT：電壓輸出。能夠輸出5.0V，3.3V，3.0V，2.7V，2.5V和1.5V的電壓。SHDN：停機輸入，低電平有效。高電平時為正常模式。當低電平時，電流為lμA。POK：Power-OK輸出。

在正常工作時，LM7805的輸入電壓和輸出電壓的壓差為2-3V。Cin為輸入端電容0.3pF，起頻率補償作用，Cout為輸出端電容lpF，起抑制穩壓電路自激振蕩的作用。經LM7805降壓后輸出的電源系統電壓為+5V，可以提供給除了模數轉換電路外的工作電路使用，而電源系統+5V電壓需要再通過MAX8875穩壓，才能輸出給模數轉換電路使用。

結語

綜上所述，提高了自動氣象站的供電系統的可靠性和安全性，深入研究了電源控制輸送電路，并對研究情況進行相應的分析設計，使自動氣象站能夠準確可靠地運行，提高自我保護能力，達到了預期的目的。

參考文獻

[1]余興國. 自動氣象站風光互補供電系統[J].科技風，2011.

[2]李黃.自動氣象站實用手冊[M].北京：氣象出版社，2007.

[3]呂捷.GPRS技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2001.