新型站風傳感器故障檢測電路設計與檢測方法

劉文琛 鄒武

摘 要：在全區地面氣象觀測無人值守改革的背景下，積極探索提高基層臺站保障人員快速判斷故障排除故障能力，是保證設備可靠正常運行的前提。本文針對目前基層臺站維護維修方法滯后，手段缺乏的現狀，提出了新的檢測方法，設計制作出檢測裝置，并在實踐中取得很好的應用效果，深受基層臺站的歡迎。

關鍵詞：數字信號，脈沖信號，電壓比較器，觸發器

1前言

目前EL15-2C、EL15-1C型風向風速傳感器的故障檢測中，通常使用的工具是萬用表，檢查方法為電壓法和電阻法。由于EL15-2C、EL15-1C型風向風速傳感器風向輸出為格雷碼信號，風速輸出為頻率信號，也就是數字信號和脈沖信號。萬用表檢測模擬信號比較方便，比較直觀，但在檢測數據信號和脈沖信號時顯得比較困難，不直觀，需要豐富的維修經驗，另外，格雷碼輸出為七根信號線輸出，萬用表檢測時需要對七路信號進行分別檢測，風向變化時要重新檢測，很不方便，效率也不高。本文介紹的新型自動氣象站風向風速傳感器故障檢測電路采用電壓比較器驅動LED顯示方式，可以輕而易舉的對格雷碼輸出的數據信號和脈沖信號進行實時檢測，簡單實用直觀，可以快速進行故障判斷，效率高。

2新型自動氣象站風向風速傳感器故障檢測電路設計原理

新型自動氣象站風向風速傳感器故障檢測電路由風向傳感器檢測電路、風速分頻檢測電路和供電電源組成組成。

2.1風向傳感器故障檢測電路基本原理

EL15-2C風向傳感器的供電電壓為+5V，輸出為對應于當時風向的幅度為5V的七位格雷碼信號（每位格雷碼只有電平高低的區別，習慣上高電平為1，低電平為0）。

電壓比較器：比較器有兩個輸入端，一個同相輸入端，一個是反相輸入端，當同相輸入端電壓高于反相輸入端電壓時，比較器輸出高電平；當反相輸入端電壓高于同相輸入端電壓時，比較器輸出低電平；利用電壓比較器的工作原理，可以設計出七路風向傳感器檢測電路。

風向傳感器檢測電路由七路電壓比較器、七個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；

供電電源一路為風向傳感器檢測電路供電，另一路輸出為風向傳感器供電；輸入接口為七路鳳凰接口，完全與新型站風向傳感器接口匹配，輸入門限電壓為3V。當格雷碼信號輸入電壓為高電平1時（>3V），電壓比較器輸出為高電平，點亮LED指示燈；當格雷碼信號輸入電壓為低電平0時（<3V），電壓比較器輸出為低電平，相應的LED指示燈不亮。七組LED指示燈代表一組格雷碼信號，通過查表（風向格雷碼表）可知相對應的風向角度。

2.2風速傳感器故障檢測電路基本原理

新型自動氣象站風速傳感器輸出信號為脈沖頻率信號，用萬用表很難檢測。采用雙D型觸發器74LS74制作的4分頻驅動LED指示燈檢測電路可以方便直觀地對傳感器進行檢測（如圖2）。

74LS74芯片的1、2、3、4、5、6引腳組成一組觸發器，8、9、10、11、12、13為另一組觸發器，7、14腳為電源端，3與11腳為時鐘（CLK）輸入端，5與9腳為變換后的時鐘輸出端；要得到四分頻，3腳為信號輸入，5腳輸出連接11腳輸入端，9腳為四分頻輸出端，直接驅動LED發光管顯示脈沖頻率。由于人眼的臨界閃爍頻率一般為50HZ左右，頻率越高，LED發光管閃的越快，即使光源是閃爍的，但人看起來是連續的（常亮不閃爍的）。風速傳感器輸出的脈沖頻率信號一般較高（相對于人眼臨界閃爍頻率），設計四分頻驅動電路，對較高的脈沖頻率信號進行分頻，可以直觀的觀測到傳感器輸出的脈沖信號，從而判斷傳感器和線路故障。

3風向風速傳感器的檢測方法

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

3.1風向傳感器的故障檢測

當風向傳感器做360度轉動時，七個風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正常，七根信號線正常；當七個風向格雷碼指示燈不閃亮或常亮，說明傳感器信號輸出不正常，需要更換傳感器；當風向傳感器固定在某個角度（不轉），相對應的格雷碼（高電平）指示燈亮，查風向格雷碼表可知對應的角度；當相對應的格雷碼（高電平）指示燈不亮，一般是對應的信號線故障或傳感器故障。

3.2風速傳感器的故障檢測

風速傳感器信號線輸出的是脈沖頻率信號。當風速傳感器旋轉時，風速檢測電路檢測到脈沖信號并驅動LED燈閃爍，表明傳感器和信號線正常；當LED燈常亮或不亮，一般是傳感器或信號線故障。

4結語

萬用表在模擬電路及元器件的檢測方面是個很好的檢測工具，但在數字電路檢測特別是變化的數據信號（如脈沖信號）檢測是它的短板。本文介紹的新型自動氣象站風向風速傳感器故障檢測電路是對萬用表檢測方法的補充和創新，可以對風向格雷碼輸出的七根信號線同時檢測進行故障判斷，并且可以同時對風向傳感器、風速傳感器進行檢測，操作簡單實用，直觀可靠，省時省力，效率很高，是基層臺站維護維修的新方法、新手段。

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