自动气象站供电系统设计与研究

摘 要：本文结合作者多年工作经验，对自动气象站的供电系统的设计进行了详细的阐述。首先简要介绍了自动气象站的概念、功用，然后对自动气象站的供电系统设计进行深入分析。

关键词：自动化气象站；电源；研究

中图分类号：S16 文献标识码：A

1 自动气象站简述

自动气象站是由电子设备或计算机控制的自动进行气象观测和资料收集存储传输的气象站，是由传感器、采集器、数据处理系统、数据传输系统、电源等部分组成，自动进行气象要素观测和资料收集存储传输的气象设备系统。观测项目主要包括温度、湿度、气压、风向、风速、雨量等要素，数据采集频率较高，每分钟采集并存储一组观测数据。

自动气象站通常分为有线遥测站和无线遥测站两种类型。其中有线遥测自动气象站的仪器感应部分与接收处理部分相隔几十米到几公里，用有线通信线路传输。它由气象传感器，接口电路、微机系统、通讯接口等组成。传感器将气象要素转换成电信号，再由接口电路输出。微机系统是它的心脏，负责处理接口电路及观测员通过键盘输入的信号，并将处理结果输出显示、打印、存盘，也可通过接口送到信息网络服务器。另一种无线遥测气象站又称无人气象站。它包括测量系统、程序控制系统、编码发射系统和电源四部分组成。无人气象站通常能连续自动工作，每天定时观测，可在1000公里之外的控制中心指令或接收它发送的资料，也可利用卫星收集和转发它发送的资料。该站通常安置在沙漠、高山、海洋（漂浮式或固定式）等人烟稀少的地区，用于填补地面气象观测网的空白。

由于自动气象站运行于各种无人值守的恶劣的野外环境，就会面临各种自然干扰和未知意外的发生，为了保证气象数据采集的准确性，连续性和稳定性，就必须对自动气象站进行自我保护设计，其中对供电系统的设计就是一项关键内容。

2 对自动气象站供电系统设计分析

自动气象站使用的5V稳压直流电源需要具有无干扰和高稳定性，并且配有备用蓄电池，以防市电断电时使用。在本设计中，LM7805三端稳压集成电路符合应用要求，即为有三条引脚输出的稳压用的集成电路，分别是接地端、输入端和输出端。因LM7805三端稳压IC电路内部有调整管、过热及过流的保护电路，所以用LM7805三端稳压IC来组成稳压电源所需的元件极少，如图1所示就是LM7805集成稳压器的连接电路图，这个稳压电源电路输出正5V直流电压是由一个LM7805稳压电路实现的。集成稳压器LM7805就是图中的IC芯片，输入端和输出端的滤波电容分别为C1和C2。此外给LM7805还需要配上散热板，这是为防止因输出电流过大时，稳压管的温度变高，使得稳压性能降低，或者损坏的发生。

自动气象站数据采集芯片要求很高的稳定供电电源，这是因为芯片采集数据的精度能够直接受供电电压的精度影响，尤其是高精度的模数转换电路更是要求稳定性非常好的电源。再加上电源电压要作为模数转换电路的外部参考电压使用，那么对供电电源的稳定性和精度要求就更高。所以模数转换电路对于电源电压精度和稳定性的要求就要远高于其他数字电路。那么通过LM7805降压输出的+5V电压可以供应除模数转换电路外的其它工作电路使用，而模数转换电路的供电则需要利用电源稳压芯片实现。将升降压芯片LM7805输出的不稳定的+5V电压，通过稳压芯片MAX8875转换为稳定的+5V电压再供应给模数转换电路使用。

+2.5V～+ 6.5V电压都是低压线性稳压器MAX8875的输入范围，输出电流为150mA，这是因为MAX8875配有P沟道MOSFET调节输出器，能够保持稳定的压差和稳定的电源电流在最高为150mA的任何负载下输出。MAX8875使用的是成本较低的钽电容，这样就优化了工作，并可以输出初始精度为土1%的5.0V，3.3V，3.0V，2.7V，2.5V和1.5V的电压。当MAX8875的“Power-Ok”有报警信号发出时，表示输出电压已不在稳的压范围。线性稳压器MAX8875还具有lμA关断电流、电池反接保护、过热保护和短路保护等特性。其封装如图2所示。它的管脚功能如下：IN：电压输入。输入电压范围为2.5V～6.5V。GND：接地。OUT：电压输出。能够输出5.0V，3.3V，3.0V，2.7V，2.5V和1.5V的电压。SHDN：停机输入，低电平有效。高电平时为正常模式。当低电平时，电流为lμA。POK：Power-OK输出。

在正常工作时，LM7805的输入电压和输出电压的压差为2-3V。Cin为输入端电容0.3pF，起频率补偿作用，Cout为输出端电容lpF，起抑制稳压电路自激振荡的作用。经LM7805降压后输出的电源系统电压为+5V，可以提供给除了模数转换电路外的工作电路使用，而电源系统+5V电压需要再通过MAX8875稳压，才能输出给模数转换电路使用。

结语

综上所述，提高了自动气象站的供电系统的可靠性和安全性，深入研究了电源控制输送电路，并对研究情况进行相应的分析设计，使自动气象站能够准确可靠地运行，提高自我保护能力，达到了预期的目的。

参考文献

[1]余兴国. 自动气象站风光互补供电系统[J].科技风，2011.

[2]李黄.自动气象站实用手册[M].北京：气象出版社，2007.

[3]吕捷.GPRS技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2001.