自動氣象站閾值模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)研究

王 勃

鄭州市氣象局

自動氣象站閾值模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)研究

王 勃

鄭州市氣象局

本文結(jié)合作者的工作經(jīng)驗(yàn)，對自動氣象站的閾值與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

自動化氣象站；數(shù)據(jù)；閾值；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

自動氣象站的傳感器信號經(jīng)過增益放大后先進(jìn)入閾值電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。閾值電路是根據(jù)氣象傳感器所采集到的物理信號達(dá)到的閾值電壓來決定電路的工作情況。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是把通過閾值電路的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并把信號交給數(shù)據(jù)采集控制芯片進(jìn)行運(yùn)算處理。

閾值與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由滑動變阻器和電壓比較器芯片組成。通過滑動變阻器設(shè)定自動氣象站的傳感器信號的閾值電壓，經(jīng)過電壓比較器芯片與閾值電壓比較，把采集的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并讀入采集控制芯片。

圖1　電壓比較器芯片

電壓比較器芯片集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，如圖1所示，該電壓比較器的特點(diǎn)：1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；3）對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；4）共模范圍很大，為0-1.5V；5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；6）輸出端電位可靈活方便地選用。電壓比較器芯片類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器，每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓，另一端加一個(gè)待比較的信號電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接地電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把電壓比較器芯片用在弱信號檢測等場合是比較理想的。電壓比較器芯片的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般需接一只電阻。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。圖2a給出了一個(gè)基本單限比較器。輸入信號Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個(gè)參考電壓（門限電平）Ur。當(dāng)輸入電壓Uin＞Ur時(shí)，輸出為高電平UOH。圖2b為其傳輸特性。

圖2 電壓比較器芯片基本工作電路

綜上所述，深入研究了自動氣象站的閾值模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，提高了自動氣象站的傳感電路的可靠性和安全性，并對研究情況進(jìn)行相應(yīng)的分析設(shè)計(jì)，使自動氣象站能夠準(zhǔn)確可靠地運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期的目的。

［1］中國氣象局. 地面氣象觀測規(guī)范［M］. 第1版. 北京：氣象出版社，2003

［2］張文煜，袁九毅. 大氣探測原理與方法［M］. 第1版. 北京：氣象出版社，2007

［3］李黃. 自動氣象站實(shí)用手冊［M］. 第1版. 北京：氣象出版社，2007

王勃，男，河南鄭州人，碩士，氣象信息技術(shù)工程師，從事綜合氣象觀測和氣象儀器設(shè)備研究維護(hù)工作。