李榮民
(山西省氣象局 大氣探測技術(shù)保障中心,山西 太原 030002)
每到雷雨季節(jié),氣象站自動采集器受雷電影響,故障時有發(fā)生,主要表現(xiàn)為:①采集器LCD液晶顯示屏無法顯示正常數(shù)據(jù);②采集器與計算機無法通信;③系統(tǒng)電源電流表指針打表。這幾類典型故障占到了采集器所發(fā)生故障的80%左右。為此,筆者結(jié)合多年的實踐經(jīng)驗,基于我國氣象部門普遍使用的DYYZⅡB型自動地面綜合有線遙測儀(即自動氣象站的采集器),針對雷電對自動站采集器設備造成的影響,總結(jié)了故障現(xiàn)場檢查、分析、排除方法與大家共享,以提高采集器故障的排除時效。
采集器受雷電影響,自動站數(shù)據(jù)顯示屏LCD只顯示8個黑色小方塊,正常數(shù)據(jù)無法顯示;計算機自動站監(jiān)控軟件上也無報文數(shù)據(jù)顯示;所有顯示操作按鍵不起作用。
采集器受雷電影響出現(xiàn)上述故障,在更換了LCD顯示屏后,故障依舊,于是對此故障做進一步的分析:LCD顯示器的基本原理是通過與按鍵的配合使用,讀取采集器內(nèi)存儲的各數(shù)據(jù)值,并實時刷新瞬時數(shù)據(jù)。圖1是LCD顯示的基本原理圖。從原理圖分析可知,74HC373集成塊N4是地址控制總線的執(zhí)行者,它是一個8D三態(tài)鎖存器(原理如圖2所示),當三態(tài)允許控制端OE為低電平時,Q1~Q8為正常邏輯狀態(tài)可用來驅(qū)動負載或總線;當OE為高電平時,Q1~Q8呈高阻,既不驅(qū)動總線,也不為總線的負載,但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端LE為高電平時,Q隨數(shù)據(jù)D而變;當LE為低電平時,Q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。
74HC373集成塊N4的Q1~Q8端,即三態(tài)鎖存輸出,直接與數(shù)據(jù)總線連接。N4的損壞會使整機總線控制受到影響,破壞了正常邏輯狀態(tài),則到總線的各數(shù)字信號及采集器LCD顯示屏上的數(shù)字信號也受到影響,使得N14(HK1265)數(shù)據(jù)存儲器無法正常存儲數(shù)據(jù),CPU輸出的信號數(shù)據(jù)無法正常顯示,最終使得顯示部分出現(xiàn)故障,各要素無法顯示,即出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象。
圖1 LCD顯示基本原理圖
圖2 74HC373原理圖
我們在多次處理此故障時,更換N4集成塊74HC373,故障即可排除。而對于焊接在數(shù)字電路板上的集成塊,可采取應急處理方法:只將其集成塊剪下,管腳留在電路板上,再將新的74HC373焊接在留下的管腳上即可。
受雷電影響,計算機自動站監(jiān)控軟件無法顯示各氣象要素值。重啟后則顯示打開自動站失敗,表明采集器與計算機無法通信。
在受到雷電影響時,造成此故障最可能的原因一是計算機的COM口被雷電擊壞,二是采集器的通信部分出現(xiàn)故障。首先,更換備份計算機,打開自動站監(jiān)控軟件后正常,則故障排除;若故障依舊,則計算機COM口損壞的原因被排除,于是重點檢查采集器通信部分。圖3為采集器通信原理圖。從圖3中可知,N21集成塊MAX202是負責與計算機通信的,它是一塊單電源雙RS-232發(fā)送/接收器集成電路芯片,由于RS-232標準定義的邏輯電平(EIA電平)與TTL電路的電平不匹配,所以RS-232與TTL電路接口時需要進行邏輯電平與TTL電平間的轉(zhuǎn)換。因此,從CPU10,11腳輸出的各數(shù)據(jù)信號,輸入到N21集成塊MAX202上的11,12腳上,經(jīng)邏輯電平轉(zhuǎn)換,由13,14腳輸出,經(jīng)232數(shù)據(jù)通信串口線到計算機自動站監(jiān)控上,顯示出實時的各氣象要素的報文數(shù)據(jù)。當出現(xiàn)采集器和計算機無法通信時,對于采集器來說,首先懷疑MAX202損壞,因為在實踐中發(fā)現(xiàn)MAX202集成塊易受到感應雷的影響而損壞。
圖3 采集器通信原理圖
通過以上分析,更換N21集成塊MAX202后,故障排除。該集成塊是直接插在集成塊底座上的,相對來說更換起來較方便。
采集器LCD背景燈不亮,無數(shù)據(jù)顯示。檢查采集器電源線連接完好;查看系統(tǒng)電源電流表指針打表,電流已大于500mA,正常電流值應在200mA。
從故障現(xiàn)象上看,很明顯,是整個自動站系統(tǒng)有短路故障。這時首先需要排除各傳感器和信號線,檢查這部分是否有短路故障,方法是旋下采集器后面的兩根信號線,若故障依舊,說明采集器外圍器件正常,此時可判定短路故障在采集器內(nèi)。短路電流達到電流表所能指示的最大值,說明短路故障很可能在自動站的供電部分。
圖4為采集器供電原理簡圖。由圖4可知,15V供電電壓經(jīng)采集器電源開關(guān)K1加到采集器模擬板J1插座上,經(jīng)T1防雷管、C1濾波后通過保險管,一路給風傳感器供電;另一路經(jīng)DC/DC模塊產(chǎn)生±12V電壓給采集器電路板供電。當受到雷電影響,造成短路,首先懷疑防雷二極管T1以及C1,C5等幾個電解濾波電容,它們易受雷電影響被擊穿,致使12V供電電源直接與地短路,從而造成短路,致使系統(tǒng)電源電流表指針打表,電流大于500mA。用萬用表測試這幾個元器件,結(jié)果T1防雷管兩端電阻值已接近0。
圖4 采集器供電原理簡圖
剪斷T1防雷管,加電后,首先看到采集器LED背景燈點亮,電源電流表指針在200mA,屬正常。數(shù)據(jù)顯示也正常,即故障排除。在此需要指出的是,短路是一種較危險的故障,容易損壞自動站器件,特別是系統(tǒng)電源設備。當發(fā)生短路故障時,首先需要判定故障的部位,通過認真分析故障現(xiàn)象,進行處理,不要長時間或頻繁開機以免故障擴大化,燒毀其他元器件。
采集器受雷電影響的故障,在實際工作中多次遇到過,本文通過這幾類故障的分析與排除,使讀者進一步了解和認識雷電影響自動站采集器所表現(xiàn)出來的幾種故障現(xiàn)象,希望在提高排除故障的時效上起到一定的幫助作用。
[1] 李黃.自動氣象站實用手冊[M].北京:氣象出版社,2007.