自動(dòng)遙測(cè)儀采集器受雷電影響故障分析

李榮民

（山西省氣象局 大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，山西 太原 030002）

0 引言

每到雷雨季節(jié)，氣象站自動(dòng)采集器受雷電影響，故障時(shí)有發(fā)生，主要表現(xiàn)為：①采集器LCD液晶顯示屏無(wú)法顯示正常數(shù)據(jù)；②采集器與計(jì)算機(jī)無(wú)法通信；③系統(tǒng)電源電流表指針打表。這幾類(lèi)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基于我國(guó)氣象部門(mén)普遍使用的DYYZⅡB型自動(dòng)地面綜合有線遙測(cè)儀（即自動(dòng)氣象站的采集器），針對(duì)雷電對(duì)自動(dòng)站采集器設(shè)備造成的影響，總結(jié)了故障現(xiàn)場(chǎng)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(shí)效。

1 采集器LCD液晶顯示屏無(wú)法顯示正常數(shù)據(jù)

1.1 故障現(xiàn)象

采集器受雷電影響，自動(dòng)站數(shù)據(jù)顯示屏LCD只顯示8個(gè)黑色小方塊，正常數(shù)據(jù)無(wú)法顯示；計(jì)算機(jī)自動(dòng)站監(jiān)控軟件上也無(wú)報(bào)文數(shù)據(jù)顯示；所有顯示操作按鍵不起作用。

1.2 故障分析

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(duì)此故障做進(jìn)一步的分析：LCD顯示器的基本原理是通過(guò)與按鍵的配合使用，讀取采集器內(nèi)存儲(chǔ)的各數(shù)據(jù)值，并實(shí)時(shí)刷新瞬時(shí)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(gè)8D三態(tài)鎖存器（原理如圖2所示），當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，Q1～Q8為正常邏輯狀態(tài)可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線；當(dāng)OE為高電平時(shí)，Q1～Q8呈高阻，既不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，Q隨數(shù)據(jù)D而變；當(dāng)LE為低電平時(shí)，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(huì)使整機(jī)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(hào)及采集器LCD顯示屏上的數(shù)字信號(hào)也受到影響，使得N14（HK1265）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器無(wú)法正常存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，CPU輸出的信號(hào)數(shù)據(jù)無(wú)法正常顯示，最終使得顯示部分出現(xiàn)故障，各要素?zé)o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

1.3 故障處理

我們?cè)诙啻翁幚泶斯收蠒r(shí)，更換N4集成塊74HC373，故障即可排除。而對(duì)于焊接在數(shù)字電路板上的集成塊，可采取應(yīng)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。

2 采集器與計(jì)算機(jī)無(wú)法通信

2.1 故障現(xiàn)象

受雷電影響，計(jì)算機(jī)自動(dòng)站監(jiān)控軟件無(wú)法顯示各氣象要素值。重啟后則顯示打開(kāi)自動(dòng)站失敗，表明采集器與計(jì)算機(jī)無(wú)法通信。

2.2 故障分析

在受到雷電影響時(shí)，造成此故障最可能的原因一是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)，打開(kāi)自動(dòng)站監(jiān)控軟件后正常，則故障排除；若故障依舊，則計(jì)算機(jī)COM口損壞的原因被排除，于是重點(diǎn)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(fù)責(zé)與計(jì)算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)需要進(jìn)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(hào)，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(jì)算機(jī)自動(dòng)站監(jiān)控上，顯示出實(shí)時(shí)的各氣象要素的報(bào)文數(shù)據(jù)。當(dāng)出現(xiàn)采集器和計(jì)算機(jī)無(wú)法通信時(shí)，對(duì)于采集器來(lái)說(shuō)，首先懷疑MAX202損壞，因?yàn)樵趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)MAX202集成塊易受到感應(yīng)雷的影響而損壞。

圖3 采集器通信原理圖

2.3 故障排除

通過(guò)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(duì)來(lái)說(shuō)更換起來(lái)較方便。

3 系統(tǒng)電源電流表指針打表

3.1 故障現(xiàn)象

采集器LCD背景燈不亮，無(wú)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(yīng)在200mA。

3.2 故障分析

從故障現(xiàn)象上看，很明顯，是整個(gè)自動(dòng)站系統(tǒng)有短路故障。這時(shí)首先需要排除各傳感器和信號(hào)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(hào)線，若故障依舊，說(shuō)明采集器外圍器件正常，此時(shí)可判定短路故障在采集器內(nèi)。短路電流達(dá)到電流表所能指示的最大值，說(shuō)明短路故障很可能在自動(dòng)站的供電部分。

圖4為采集器供電原理簡(jiǎn)圖。由圖4可知，15V供電電壓經(jīng)采集器電源開(kāi)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(guò)保險(xiǎn)管，一路給風(fēng)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(dāng)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(gè)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(wàn)用表測(cè)試這幾個(gè)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(jiǎn)圖

3.3 故障排除

剪斷T1防雷管，加電后，首先看到采集器LED背景燈點(diǎn)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(xiǎn)的故障，容易損壞自動(dòng)站器件，特別是系統(tǒng)電源設(shè)備。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，首先需要判定故障的部位，通過(guò)認(rèn)真分析故障現(xiàn)象，進(jìn)行處理，不要長(zhǎng)時(shí)間或頻繁開(kāi)機(jī)以免故障擴(kuò)大化，燒毀其他元器件。

4 結(jié)語(yǔ)

采集器受雷電影響的故障，在實(shí)際工作中多次遇到過(guò)，本文通過(guò)這幾類(lèi)故障的分析與排除，使讀者進(jìn)一步了解和認(rèn)識(shí)雷電影響自動(dòng)站采集器所表現(xiàn)出來(lái)的幾種故障現(xiàn)象，希望在提高排除故障的時(shí)效上起到一定的幫助作用。

［1］ 李黃.自動(dòng)氣象站實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：氣象出版社，2007.