毕业设计---自动气象站风传感器防冻控制电路设计

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1、引 言 随着我国大气监测自动化建设项目的全面实施，甘肃省目前已建成自动气象站 85 个，但其风传感器都未采取防雨凇、雾凇和冰冻冻害的措施，在低温、静风条件下，雨凇、雾凇和结冰冻害经常造成风传感器冻结，不能转动，使气象观测记录缺测。甘肃省的华家岭、乌鞘岭、西峰和全国其它自动气象站，已经出现因为雨凇、雾凇和结冰冻害造成的记录缺测，严重影响自动气象站正常运行。华家岭、西峰 2003 2005 年的 14 次自动气象站风传感器雨雾凇冻结情况中，最长冻结时间 39h，雨雾凇混合物积冰最大直径 70mm，最大重量352g/m，最小相对湿度 93%，冻结开始时的最大风速 4.6m/s,最长静风时间 6h,从

2、冻结开始到结束最大降温幅度 6.8 。所以，解决雨凇、雾凇和冰冻冻害对自动气象站的影响，已成为自动气象观测亟待解决的问题。 芬兰等国家的自动气象站风传感器，多采用功率 4W 的加热装置，仅考虑温度指标，在气温 4 的天气条件下，由自动气象站自动启动加热装置，对风传感器进行加热，融化雨凇和雾凇对风传感器的冻结，但在我国的试点站运行中，效果并不十分理想，因此，解决风传感器雨雾凇冻害问题，仅考虑气温是不全面的。尹宪志等人对自动 气象站风传感器雨雾凇冻害进行了研究，认为风传感器覆冰冻结是温度、湿度、风速等气象条件综合因素的结果 1 ，雨雾凇混合积冰出现频率高，对风传感器的冻结时间最长，危害最大 2-3

3、 ，提出严重覆冰的基本条件及特征是温度为 -5 0 ，平均风速 5m/s,空气相对湿度 80%的冻雨或重雾雪天气。根据以上覆冰的临界条件，以气温、平均风速、相对湿度 3 个实时气象要素指标，作为风传感器冻结、融化的判断依据设计出了针对风传感器的自动加热控制电路，可防止或消除风传感器的冻结，达到自动气象站风传感器防冻保护的目的。 1 自动 控制系统总体结构 风传感器加热自动控制系统的结构如图 1 所示。主要由参数采样、指令控制、串行通讯接口、 ATmega8 型单片机、光电隔离驱动电路、加热电路等部分组成。 参数采样部分利用自动气象站测量的实时数据，通过自编软件提取自动气象站测量的实时气象要素指标，以温度为 -5 0 ，平均风速 5m/s,空气相对湿度 80%为临界值，确定指令控制电路是否发送指令。当达到设定标准时，通过通讯接口电路给 ATmega8 型单片机发出指令，再经过光电隔离驱动电路、控制风传感器防冻加热装置启动或停止工作 4 。