基于单片机的风杯防冻仪的设计

　　目前我国的地面气象观测网已建成16000多套各种类型和型号的自动气象站，使我国的地面气象观测业务从依靠人工观测的业务系统转变成以自动观测为主的新的地面气象观测业务系统。但是在冬季，北方好多省份经常发生风传感器被冻死现象。以陕西省为例，该省目前已建成了100个地面自动气象站，其中有20个站曾经发生过风传感器在冬天被冻死的现象。这不仅严重影响了自动站风速风向资料的准确性，而且也增加了台站观测人员的劳动强度，这与我们建造自动气象站的宗旨是相违背的。

　　我国地面自动站所采用的风传感器中，只有芬兰Vaisala公司所生产的部分风传感器具有自动加热功能，但它的温控阈值设置为4℃，即当环境温度低于4℃时就启动加热装置，从而保证在寒冷的天气轴承不冻结。我国幅员辽阔，东西和南北在地理位置上跨度比较大，不同地方的温度、湿度差异也比较大，所以当风传感器被冻死时的温度也有很大的差异，如果当环境温度低于4℃时就开始加热，将造成很大的能源浪费。通过以上的分析可以看出，给风传感器研制温控阈值可调的自动加热设备迫切需要。

　　1系统方案设计

　　温控风杯防冻仪主要由两部分组成：加热装置和控制装置。

　　为了便于操作，采用加热装置和温控装置分离的方式，即加热部分安装在风杯支柱上，控制部分固定在风杆底部，距离地面约1.5米。

　　本系统设计以AT89S52单片机为核心，通过温度传感器对环境温度参数进行实时监测，测得的信号经放大电路后进入A/D转换器，然后送入单片机，在单片机中进行处理后输出两路信号：一路用来显示测量的温度值，另一路将处理后的信号与预先设定的温控阈值相比较，当环境温度低于温控阈值时，单片机发出信号使继电器吸合，市电开始对加热片供电，加热片开始工作，当环境温度高于温控阈值时，单片机控制继电器断开，市电停止向加热片供电。

　　系统功能框图如图1：

　　2加热装置的设计

　　加热装置的结构和性能是由风杯的结构所决定的。风速传感器主要由风杯架和下面的金属支架组成，这两部分是通过固定在主轴上的轴承连接在一起的。通常所说的风杯被冻死是指轴承因结冰不能旋转。风速传感器下部的支架一般是铸铝结构，具有很好的热传导性，温控风杯防冻仪的加热装置主要是给风速传感器下部支架加热，从而保证旋转部分不会因结冰而冻死。加热装置由加热片和固定夹组成，考虑到绝缘和防水功能，加热片采用硅胶里面密布加热丝的结构，这样不仅可以绝缘防水，并且可以缠绕在风速传感器的支架上，便于固定。加热片采用交流24V供电，功率为40W，加热片表面的温度为50℃，这个温度可以保证风速传感器不被冻死，同时对设备也没有影响。固定夹用不锈钢板加工而成，可以将加热片牢固地固定在风速传感器的支架上。加热装置通过固定在风杆上的导线与控制装置相连。