DZZ4新型自动气象站硬件结构及故障诊断

臧海光等

摘要 简述了DZZ4新型自动气象站的系统结构，指出了该气象站运行过程中常见的故障诊断，包括主采集器故障诊断、通信故障诊断、温湿分采集器故障和地温分采集器故障诊断、雨量传感器故障诊断、风向风速传感器故障诊断、气压传感器故障诊断等，并提出了处理故障的方法，以期为技术人员在维修工作中提供参考，从而提高故障排除准确性，确保新型自动气象站的正常、安全运行。

关键词 DZZ4新型自动气象站；硬件结构；故障诊断

中图分类号 P415.1+2 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2015）01-0246-02

1 DZZ4新型自动气象站系统结构

1.1 结构设计

DZZ4型自动气象站是江苏省无线电科学研究所有限公司严格按照中国气象局《新型自动气象（气候）站功能规格书》的要求研制的新一代自动气象站。DZZ4型自动气象站结合国家气象业务发展和当前自动化技术，基于多年的自动气象站专业设计经验，采用当今成熟、稳定、先进的电子测量、数据传输和控制系统技术进行设计，能满足现有气象观测站的气候观测、天气观测和区域观测业务的需要；该产品具有高可靠性、高准确性、易维护、易扩展和实时远程监控等特点。自动气象站采用主采集器+外部总线+分采集器+传感器+外围设备的硬件结构设计方式。其中主/分采集器核心是主采集器系统，根据观测需要配置相应的分采集器系统，采集系统设备在观测场中采用分布式布局，根据传感器放置要求布设各分采集器系统，主/分采集器各自独立运行，通过CAN总线连接主采集器和各分采集器，各分采集器通过CAN 总线传送观测数据给主采集器[1]。因此，基于客户需求能够在现场快速实现功能扩展，充分体现了灵活性的特点。

1.2 硬件结构

DZZ4型自动气象采集器由1个主采集器和若干分采集器构成，采集器之间采用 CAN 总线互连。DZZ4使用的采集器有WUSH-BH主采集器、WUSH-BTH温湿分采集器、WUSH-BG2地温分采集器等。在现场只需接入新的分采集器和传感器，就可以快速部署从而实现功能扩充，满足监测需求的变化。CAN总线式自动气象站系统结构如图1所示。

DZZ4新型自动气象站使用的主要传感器种类有模拟传感器、数字传感器、智能传感器。模拟传感器包括ZQZ-TW型地温传感器、WUSH-TW100型高精度气温传感器、DHC2型湿度传感器、WUSH-TV2型蒸发传感器等；数字传感器包括SL3-1型翻斗式雨量计、ZQZ-TF型风向风速传感器等；智能传感器包括DNQ1型能见度传感器、WUSH-BTH型温湿度智能传感器、DYC1型气压传感器、DSC1型称重式降水传感器、DSS1型激光雪深传感器等。

外围设备主要包括电源、计算机、通信接口、外存储器。供电系统用以提供整个自动气象站系统运行的电力供应[2]。计算机常用作采集器的终端以实现对采集器的监控、数据处理和存储，按照业务规范完成地面气象观测业务。通信接口主要用于支持本地通信、以备接入本地局域网、挂接GPS授时模块和通信模块等。外存储器主要用于扩大本地数据存储能力。

2 DZZ4新型自动气象站故障诊断

2.1 主采集器故障诊断

当所有气象要素均显示缺测、主采集器的运行指示灯出现非正常闪烁时，首先应判断是否是主采集器通道参数配置错误[3]。检查主采集器的接口与计算机之间的通信连接是否牢固。在主采集器上用终端操作命令SENST检查相应的传感器是否被禁用，确保各传感器处于被开启状态。检查各传感器是否链接正确，各传感器通道的防雷组件是否已受冲击失效。若排除以上问题，主采集器仍不能正常工作，则可诊断为主采集器故障，需要更换主采集器。

2.2 通信故障诊断

当计算机无法与现场的自动站完成实时通信时，可检查计算机后的通信模块和电缆是否正常，业务软件通信串口配置是否正确。通过串口调试软件直接给采集器发送命令，没有任何返回信息时，检查光纤通信盒中光纤转换模块收发灯闪烁是否正常，检查光纤收、发连接顺序。若温湿度智能传感器和地温分采集器上CANE指示灯闪烁，可诊断为通信出现故障，需要检查CAN线是否出现故障，主要方法是用万用表蜂鸣档测CAN线的通断；此外还需要检查CAN通信防雷组件和CAN通信道是否失效。

2.3 温湿分采集器故障和地温分采集器故障诊断

分采集器的气象要素缺测，在主采集器上用终端操作命令 SENST 检查相应的传感器是否被禁用，如被禁用，将它们启用即可。如果CAN指示灯闪烁，则检查CAN总线连接与终端匹配电阻是否正确、各传感器连接是否正确并正常工作、分采集器的CANopen指示灯是否正常[4]。如上述配置均正确，则可能是相应的通道损坏，需要更换分采集器。

2.4 雨量传感器故障诊断

雨量值异常主要表现为小雨时雨量值总为0或雨量值偏小[5-7]。首先应该考虑雨量线是否断路，干簧管或磁钢是否损坏。排除这2种原因，还有可能是雨量传感器漏斗、翻斗或滤网堵塞或被蜘蛛网挂住，翻斗定位螺钉松动，雷击导致电路板发生故障或周围电器干扰。

2.5 风向风速传感器故障诊断

ZQZ-TF型风向风速传感器出现故障时，应首先检查连接线缆是否有松动。当实际风向与采集器采集到的风向数据有偏差时，应检查风向传感器上指北针与正北方向是否一致[8]。风速数据偏小或者出现静风的频率增多，则应考虑传感器运行较长时间后，轴承受磨损或尘埃进入，造成启动风速偏大或转动不灵活；冬季降水或者出现雾凇、雨凇时，结冰将风杯冻住时，常表现为风向正常，风速为0。夏季强雷暴天气后风向风速数据异常，可判断为传感器遭受雷击，应及时更换新的传感器[3]。

2.6 气压传感器故障诊断

DYC1型气压传感器出现故障时，应首先检查系统供电电压和气压传感器的数据线插口是否插好。然后用替换法更换气压传感器，看故障是否排除，以诊断是否为气压传感器故障。

3 参考文献

[1] 敖振浪.基于CAN 总线的自动气象站系统设计与实现[J].计算机测量与控制，2006，14（4）：491-498.

[2] 崔辰.DZZ5新型自动气象站常见故障及处理方法[J].科技创业家，2014（6）：156.

[3] 马品印，潘国荣.新型自动气象站故障成因分析[J].科技风，2014（12）：241-242.

[4] DZZ4型自动气象站培训教材[EB/OL].[2014-11-10].http：//wenku.baidu.com/link？url=jYv5CNdPeUM3yPiRSm2-4KMtzCQGNHohhHetCn DBEUKyLAsW9Y2L0YYW986dTTBCvrckc7dl78kqjIoGy0gFeHH0k4dq TqsqLjzvi9tO4hu.

[5] 周清，朱保美.DZZ4型自动气象站的故障排除方法[J].现代农业科技，2013（19）：274-275.

[6] 崔辰，李京.DZZ5新型自动气象站系统结构及日常维护[J].科技风，2014（2）：58.

[7] 丁圣，王欣.新型自动气象站故障检测方法[J].气象水文海洋仪器，2014（2）：91-95.

[8] 曹兴锋.DZZ4型自动气象站常见故障及处理[J].现代农业科技，2014（15）：268，271.