專(zhuān)利名稱(chēng)：具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及防凍控制，具體是指具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在氣溫較低的國(guó)家或地區(qū)，如芬蘭等國(guó)家的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器，多采用功率^ 4W的加熱裝置，僅考慮溫度指標(biāo)，在氣溫彡4°C的天氣條件下，由自動(dòng)氣象站自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置，對(duì)風(fēng)傳感器進(jìn)行加熱，融化雨凇和霧凇對(duì)風(fēng)傳感器的凍結(jié)，但在我國(guó)的試點(diǎn)站運(yùn)行中，效果并不十分理想，因此，解決風(fēng)傳感器雨霧凇凍害問(wèn)題，僅考慮氣溫是不全面的。有人對(duì)自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器雨霧凇凍害進(jìn)行了研究，認(rèn)為風(fēng)傳感器覆冰凍結(jié)是溫度、濕度、風(fēng)速等氣象條件綜合因素的結(jié)果，雨霧凇混合積冰出現(xiàn)頻率高，對(duì)風(fēng)傳感器的凍結(jié)時(shí)間最長(zhǎng)，危害最大，提出嚴(yán)重覆冰的基本條件及特征是溫度為_(kāi)5 (TC，平均風(fēng)速< 5m/s，空氣相對(duì)濕 度>80%的凍雨或重霧雪天氣。根據(jù)以上覆冰的臨界條件，以氣溫、平均風(fēng)速、相対濕度3個(gè)實(shí)時(shí)氣象要素指標(biāo)，作為風(fēng)傳感器凍結(jié)、融化的判斷依據(jù)設(shè)計(jì)出了針對(duì)風(fēng)傳感器的自動(dòng)加熱控制電路，可防止或消除風(fēng)傳感器的凍結(jié)，達(dá)到自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍保護(hù)的目的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供ー種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方式簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低的具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)方案如下具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，主要由單片機(jī)、以及與單片機(jī)連接通訊接ロ電路和光電隔離驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，所述通訊接ロ電路連接有參數(shù)采樣電路，所述光電隔離驅(qū)動(dòng)電路連接有加熱電路；所述由單片機(jī)、通訊接ロ電路和光電隔離驅(qū)動(dòng)電路均連接有電源管理電路；所述通訊接ロ電路與參數(shù)采樣電路還設(shè)置有指令控制電路；所述單片機(jī)包括PCO接ロ，所述光電隔離驅(qū)動(dòng)電路包括與單片機(jī)的PCO接ロ連接的雙向光電耦合器Q2，以及與雙向光電耦合器Q2連接的三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql，所述三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql與加熱電路連接。所述雙向光電耦合器Q2包括4個(gè)引腳，三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql包括3個(gè)引腳。其中雙向光電耦合器Q2的I引腳與單片機(jī)的PCO接ロ連接、2引腳連接有接地電阻R4、3引腳與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳連接、4引腳與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的I引腳連接，三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳和3引腳與加熱電路連接。所述雙向光電耦合器Q2的3引腳與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳之間還連接串聯(lián)的電阻Rl和電阻R2，所述電阻Rl靠近電阻R2 —端連接有電容Cl，所述電容Cl的另ー端與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的3引腳連接，且所述三端雙向交流并聯(lián)有電阻R3，所述電阻R3串聯(lián)有電容C2，且所述電阻R3的與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳連接，電容C2與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的3引腳連接。[0008]所述參數(shù)采樣電路包括氣溫傳感器、風(fēng)速傳感器、濕度傳感器。所述指令控制電路包括PC機(jī)，所述PC機(jī)與通訊接口電路連接。所述通訊接口電路包括通訊線RS232，所述通訊線RS232的DB9端連接有NIH232CP芯片，所述通訊線RS232的另一端與PC機(jī)連接，NIH232CP芯片與單片機(jī)連接。[0011 ] 所述NIH232CP芯片的V-接口連接有接地電容C3，所述通訊線RS232的DB9端的2號(hào)接口與NIH232CP芯片的TlOUT引腳連接，通訊線RS232的DB9端的3號(hào)接口與NIH232CP芯片的RlIN引腳連接，所述NIH232CP芯片的Cl+引腳和Cl-引腳連接有電容C4，所述NIH232CP芯片的C2+引腳和C2-引腳連接有電容C5。所述單片機(jī)為ATmegaS型單片機(jī)。當(dāng)ATmega8的23腳，即PCO接口輸出高電平時(shí)，通過(guò)限流保護(hù)電阻R4的雙向光電耦合器上電工作，雙向可控硅TRIACI，即三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的柵極被經(jīng)由R1、R2和雙向光電耦合器的信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通，加熱電路得電工作；當(dāng)ATmega8的23腳，即PCO接口輸出低 電平時(shí)，雙向光電耦合器截止，雙向可控硅TRIACI，即三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的柵極無(wú)觸發(fā)信號(hào)被關(guān)斷，加熱電路斷電停止工作。電路中的R3、C2組成阻容吸收單元，可減小可控硅關(guān)斷時(shí)加熱電路中感性元件所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)可控硅的過(guò)壓沖擊。RU Cl組成低通濾波單元，能降低雙向光電耦合器誤觸發(fā)對(duì)后續(xù)電路的影響。同時(shí)，雙向光電耦合器的使用徹底隔離了強(qiáng)弱電路，避免了大功率器件對(duì)單片機(jī)的干擾。本實(shí)用新型中，參數(shù)采樣部分利用自動(dòng)氣象站測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)自編軟件提取自動(dòng)氣象站測(cè)量的實(shí)時(shí)氣象要素指標(biāo)，以溫度為-5 0°C，平均風(fēng)速彡5m/s,空氣相對(duì)濕度>80%為臨界值，確定指令控制電路是否發(fā)送指令。當(dāng)達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通過(guò)通訊接口電路給ATmegaS型單片機(jī)發(fā)出指令，再經(jīng)過(guò)光電隔離驅(qū)動(dòng)電路，控制加熱電路啟動(dòng)或停止工作。采用電阻加熱絲為風(fēng)傳感器防凍害元件，安置在風(fēng)傳感器內(nèi)殼軸承套上方。使用交流36V的安全電壓作為加熱電壓，加熱功率約為8. 6W，以保證對(duì)人體和儀器的安全。當(dāng)水汽條件不具備凝結(jié)時(shí)能夠停止加熱融凍，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約能源的目的。通訊接口電路因?yàn)镻C機(jī)RS232串口采用的是RS232傳輸協(xié)議，它的高低電平分別為-12V和+12V，與單片機(jī)的電平不一致，所以不能將PC機(jī)和單片機(jī)用電纜直接進(jìn)行連接，在PC機(jī)和單片機(jī)之間必須增加一個(gè)RS232/TTL電平轉(zhuǎn)換電路，即通訊接口電路，通信接口電路通常選擇專(zhuān)用的RS232接口電平轉(zhuǎn)換集成電路，如MAX232、HIN232等，NIH232和MAX232可以直接互換。這里選用HIN232芯片來(lái)完成串口接口電路。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于加熱電路安裝在傳感器內(nèi)部，對(duì)風(fēng)流場(chǎng)不產(chǎn)生影響，沒(méi)有機(jī)械摩擦影響，不影響觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。加熱電路的預(yù)期壽命及周期為2年以上，可以隨自動(dòng)氣象站檢定周期進(jìn)行檢查維護(hù)，同時(shí)，電阻加熱絲裝置具有易換性、易維護(hù)性、易維修和價(jià)格低廉。

圖I為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為通訊接口電路電路圖。[0021]圖3為光電隔離驅(qū)動(dòng)電路電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一如圖1、2、3所示。具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，主要由單片機(jī)、以及與單片機(jī)連接通訊接ロ電路和光電隔離驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，所述通訊接ロ電路連接有參數(shù)采樣電路，所述光電隔離驅(qū)動(dòng)電路連接有加熱電路；所述由單片機(jī)、通訊接ロ電路和光電隔離驅(qū)動(dòng)電路均連接有電源管理電路；所述通訊接ロ電路與參數(shù)采樣電路還設(shè)置有指令控制電路；所述單片機(jī)包括PCO接ロ，所述光電隔離驅(qū)動(dòng)電路包括與單片機(jī)的PCO接ロ連接 的雙向光電耦合器Q2，以及與雙向光電耦合器Q2連接的三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql，所述三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql與加熱電路連接。所述雙向光電耦合器Q2包括4個(gè)引腳，三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql包括3個(gè)引腳。其中雙向光電耦合器Q2的I引腳與單片機(jī)的PCO接ロ連接、2引腳連接有接地電阻R4、3引腳與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳連接、4引腳與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的I引腳連接，三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳和3引腳與加熱電路連接。所述雙向光電耦合器Q2的3引腳與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳之間還連接串聯(lián)的電阻Rl和電阻R2，所述電阻Rl靠近電阻R2 —端連接有電容Cl，所述電容Cl的另ー端與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的3引腳連接，且所述三端雙向交流并聯(lián)有電阻R3，所述電阻R3串聯(lián)有電容C2，且所述電阻R3的與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳連接，電容C2與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的3引腳連接。所述參數(shù)采樣電路包括氣溫傳感器、風(fēng)速傳感器、濕度傳感器。所述指令控制電路包括PC機(jī)，所述PC機(jī)與通訊接ロ電路連接。所述通訊接ロ電路包括通訊線RS232，所述通訊線RS232的DB9端連接有NIH232CP芯片，所述通訊線RS232的另一端與PC機(jī)連接，NIH232CP芯片與單片機(jī)連接。[0031 ] 所述NIH232CP芯片的V-接ロ連接有接地電容C3，所述通訊線RS232的DB9端的2號(hào)接ロ與NIH232CP芯片的TlOUT引腳連接，通訊線RS232的DB9端的3號(hào)接ロ與NIH232CP芯片的RlIN引腳連接，所述NIH232CP芯片的Cl+引腳和Cl-引腳連接有電容C4，所述NIH232CP芯片的C2+引腳和C2-引腳連接有電容C5。所述單片機(jī)為ATmegaS型單片機(jī)。當(dāng)ATmega8的23腳，即PCO接ロ輸出高電平時(shí)，通過(guò)限流保護(hù)電阻R4的雙向光電耦合器上電工作，雙向可控硅TRIACI，即三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的柵極被經(jīng)由R1、R2和雙向光電耦合器的信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通，加熱電路得電工作；當(dāng)ATmega8的23腳，即PCO接ロ輸出低電平時(shí)，雙向光電耦合器截止，雙向可控硅TRIACI，即三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的柵極無(wú)觸發(fā)信號(hào)被關(guān)斷，加熱電路斷電停止工作。電路中的R3、C2組成阻容吸收単元，可減小可控硅關(guān)斷時(shí)加熱電路中感性元件所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)可控硅的過(guò)壓沖擊。R1、Cl組成低通濾波單元，能降低雙向光電耦合器誤觸發(fā)對(duì)后續(xù)電路的影響。同時(shí)，雙向光電耦合器的使用徹底隔離了強(qiáng)弱電路，避免了大功率器件對(duì)單片機(jī)的干擾。[0035]本實(shí)用新型中，參數(shù)采樣部分利用自動(dòng)氣象站測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)自編軟件提取自動(dòng)氣象站測(cè)量的實(shí)時(shí)氣象要素指標(biāo)，以溫度為-5 0°C，平均風(fēng)速彡5m/s,空氣相對(duì)濕度>80%為臨界值，確定指令控制電路是否發(fā)送指令。當(dāng)達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通過(guò)通訊接口電路給ATmegaS型單片機(jī)發(fā)出指令，再經(jīng)過(guò)光電隔離驅(qū)動(dòng)電路，控制加熱電路啟動(dòng)或停止工作。采用電阻加熱絲為風(fēng)傳感器防凍害元件，安置在風(fēng)傳感器內(nèi)殼軸承套上方。使用交流36V的安全電壓作為加熱電壓，加熱功率約為8. 6W，以保證對(duì)人體和儀器的安全。當(dāng)水汽條件不具備凝結(jié)時(shí)能夠停止加熱融凍，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約能 源的目的。通訊接口電路因?yàn)镻C機(jī)RS232串口采用的是RS232傳輸協(xié)議，它的高低電平分別為-12V和+12V，與單片機(jī)的電平不一致，所以不能將PC機(jī)和單片機(jī)用電纜直接進(jìn)行連接，在PC機(jī)和單片機(jī)之間必須增加一個(gè)RS232/TTL電平轉(zhuǎn)換電路，即通訊接口電路，通信接口電路通常選擇專(zhuān)用的RS232接口電平轉(zhuǎn)換集成電路，如MAX232、HIN232等，NIH232和MAX232可以直接互換。這里選用HIN232芯片來(lái)完成串口接口電路。如上所述，則能很好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，其特征在于主要由單片機(jī)、以及與單片機(jī)連接通訊接口電路和光電隔離驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，所述通訊接口電路連接有參數(shù)采樣電路，所述光電隔離驅(qū)動(dòng)電路連接有加熱電路；所述由單片機(jī)、通訊接口電路和光電隔離驅(qū)動(dòng)電路均連接有電源管理電路；所述通訊接口電路與參數(shù)采樣電路還設(shè)置有指令控制電路； 所述單片機(jī)包括PCO接口，所述光電隔離驅(qū)動(dòng)電路包括與單片機(jī)的PCO接口連接的雙向光電耦合器Q2，以及與雙向光電耦合器Q2連接的三端雙向交流開(kāi)關(guān)Q1，所述三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql與加熱電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，其特征在于所述雙向光電耦合器Q2包括4個(gè)引腳，三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql包括3個(gè)引腳；其中雙向光電耦合器Q2的I引腳與單片機(jī)的PCO接口連接、2引腳連接有接地電阻R4、3引腳與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳連接、4引腳與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的I引腳連接，三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳和3引腳與加熱電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，其特征在于所述雙向光電耦合器Q2的3引腳與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳之間還連接串聯(lián)的電阻Rl和電阻R2，所述電阻Rl靠近電阻R2 —端連接有電容Cl，所述電容Cl的另一端與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的3引腳連接，且所述三端雙向交流并聯(lián)有電阻R3，所述電阻R3串聯(lián)有電容C2，且所述電阻R3的與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的2引腳連接，電容C2與三端雙向交流開(kāi)關(guān)Ql的3引腳連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，其特征在于所述參數(shù)采樣電路包括氣溫傳感器、風(fēng)速傳感器、濕度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，其特征在于所述指令控制電路包括PC機(jī)，所述PC機(jī)與通訊接口電路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，其特征在于所述通訊接口電路包括通訊線RS232，所述通訊線RS232的DB9端連接有NIH232CP芯片，所述通訊線RS232的另一端與PC機(jī)連接，NIH232CP芯片與單片機(jī)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，其特征在于所述NIH232CP芯片的V-接口連接有接地電容C3，所述通訊線RS232的DB9端的2號(hào)接口與NIH232CP芯片的TlOUT引腳連接，通訊線RS232的DB9端的3號(hào)接口與NIH232CP芯片的RlIN引腳連接，所述NIH232CP芯片的Cl+引腳和Cl-引腳連接有電容C4，所述NIH232CP芯片的C2+引腳和C2-引腳連接有電容C5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，其特征在于所述單片機(jī)為ATmegaS型單片機(jī)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了具備光電隔離的自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制系統(tǒng)，主要由單片機(jī)、以及與單片機(jī)連接通訊接口電路和光電隔離驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，所述通訊接口電路連接有參數(shù)采樣電路，所述光電隔離驅(qū)動(dòng)電路連接有加熱電路；所述由單片機(jī)、通訊接口電路和光電隔離驅(qū)動(dòng)電路均連接有電源管理電路；所述通訊接口電路與參數(shù)采樣電路還設(shè)置有指令控制電路。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于加熱電路安裝在傳感器內(nèi)部，對(duì)風(fēng)流場(chǎng)不產(chǎn)生影響，沒(méi)有機(jī)械摩擦影響，不影響觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。加熱電路的預(yù)期壽命及周期為2年以上，可以隨自動(dòng)氣象站檢定周期進(jìn)行檢查維護(hù)，同時(shí)，電阻加熱絲裝置具有易換性、易維護(hù)性、易維修和價(jià)格低廉。
文檔編號(hào)G05D27/02GK202563364SQ20122021144
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者林鋒 申請(qǐng)人:四川優(yōu)的科技有限公司