基于ARM9的自动气象站装置及其防雷电保护电路的制作方法

本实用新型涉及一种气象站装置，具体涉及一种基于ARM9的防雷电自动气象站装置。

背景技术：

自动气象站是一种能自动进行地面气象观测、存储和发送观测数据，并能根据需要将观测数据转换成气象电报和编制成气象表报的地面气象观测设备。地面气象观测是综合气象观测的重要组成部分，是我国各级气象观测站所承担的主要任务之一，自动气象站则是地面观测的重要手段，它在气象预警、防灾减灾中发挥着不可替代的作用。由于自动气象站大多工作在公路、山区、沙漠等空旷的室外环境中，而且，气象站中的风速、风向传感器又必须安装在一定的高度，所以自动气象站很容易受到雷电的危害和干扰。自动气象采集器是气象站系统中的核心设备，所有的数据都是通过采集器的采集，然后进行数据处理、发送和存储，如果采集器遭到雷电和干扰，将影响到自动气象站的正常工作。

近年来，气象站遭到雷电或者干扰的事故时有发生，究其原因，主要有以下几个方面。首先，硬件电路中的浪涌保护措施单一，无法实现可靠保护，在气象站遭遇雷电时，强大的浪涌电流和电压时常直接侵入气象采集器，造成采集器的严重损坏；其次，在气象站设施布局布线时，仅考虑到节约原材料和美观的需要，很多自动气象站风向、风速等信号线与避雷针引线在同一个金属管内并行引下；因此，尽管风向、风速信号线采用带有屏蔽层的电缆，由于其防雷的安全距离不足，其屏蔽层无法将避雷针接闪后的雷电电磁脉冲完全屏蔽掉；最后，自动气象站通常设有避雷针对气象站设备进行防雷保护，然而，当避雷针附近出现雷电时，避雷针附近的所有设备均处于雷电防护区内，由于本区内的电磁场强度没有得到衰减，因此仍然给气象站的正常工作带来了很大干扰和影响，为防止雷电产生的脉冲电磁场从空中直接辐射进入气象站电子设备，所以还要采取更加有效的防护雷电电磁脉冲措施。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种提高气象站在雷电天气运行的稳定性，提高自动气象站设备抗雷电能力，减少浪涌电压和电流对气象采集器的损害的基于ARM9的自动气象站及其防雷电保护电路。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

基于ARM9的自动气象站装置，包括气象采集组件和避雷组件，所述气象采集组件包括设置在风塔上且分别与气象采集器连接的复位模块、时钟模块、Flash模块、风电互补供电模块、GPS模块、气压传感器模块、风速传感器模块、风向传感器模块、翻斗式雨量传感器模块、GPRS模块，和通过A/D转换芯片与气象采集器连接的温温湿度传感器模块；所述避雷组件包括顶部设有避雷针的支架，所述支架底部设有防雷接地网；所述支架设置在风塔的水平方向，所述避雷针的顶部高于风塔的顶部，所述风塔底部设有接地电阻。

上述的基于ARM9的自动气象站装置，其特征在于所述气象采集器包括ARM9处理器。

上述气象采集器外设有电磁防护箱。

进一步的，上述电磁防护箱包括电磁防护外箱和电磁防护内箱，所述电磁防护外箱和电磁防护内箱之间设有绝缘层。

进一步的，上述风电互补供电模块包括太阳能电池板和发电风机。

一种适用于上述的基于ARM9的自动气象站装置的防雷电保护电路，包括依次串联的电量采集控制模块、第一电感、第二电感、自恢复保险丝和气象采集器，所述电量采集控制模块与第一电感之间设有与电量采集控制模块并联的气体放电管模块，所述第一电感与第二电感之间设有与电量采集控制模块并联的压敏电阻，所述第二电感与自恢复保险丝之间设有与电量采集控制模块并联的瞬态抑制二极管和滤波模块，所述自恢复保险丝和气象采集器之间设有与气象采集器并联的电源指示灯模块。

上述气体放电管模块为气体放电管和两个串联接地的气体放电管并联组成的混联电路。

上所述滤波模块包括两个并联的电容。

上述电源指示灯模块包括串联的限流电阻和指示灯。

本实用新型的有益之处在于：

1、针对目前很多气象站将风向、风速等信号线与风塔上避雷针引线设置在同一根金属管内，本实用新型设计了避雷针的引线布线方式，保证了防雷的距离，降低了避雷针引线中雷电电磁脉冲对风向、风速等信号的干扰。

2、本实用新型的电磁防护箱对气象采集器提供了双层雷电电磁脉冲屏蔽防护，有效地降低了雷电发生时，雷电产生的脉冲电磁场从空中直接辐射进入气象站电子设备，对雷电防护区内气象采集器的干扰。

3、本实用新型的防雷电保护电路能够即时钳制、泄放浪涌电压和电流，实现了对气象采集器的保护，还具有滤波、自恢复供电功能，实现了在有雷电干扰等特殊情况下对自动气象采集器的可靠保护。

附图说明

图1为本实用新型的基于ARM9的自动气象站装置的气象采集组件的结构示意图。

图2为本实用新型的基于ARM9的自动气象站装置的避雷组件的结构示意图。

图3为本实用新型的基于ARM9的自动气象站装置的气象采集器的连接示意图。

图4为本实用新型的基于ARM9的自动气象站装置的防雷电保护电路示意图。

附图中标记的含义如下：1、避雷针，2、支架，3、防雷接地网，4、风塔，5、发电风机，6、太阳能电池板，7、风向传感器，8、风速传感器，9、气压传感器，10、温湿度传感器，11、气象采集器，12、绝缘层，13、电磁防护内箱，14、电磁防护外箱，15、翻斗式雨量传感器，16、接地电阻，17、电量采集控制模块、18、气体放电管模块，19、滤波模块，20、电源指示灯模块，21、第一电感，22、第二电感，23、压敏电阻，24、瞬态抑制二极管，25、自恢复保险丝。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

基于ARM9的自动气象站装置，包括气象采集组件和避雷组件，气象采集组件包括设置在4风塔上且分别与11气象采集器连接的复位器、时钟、Flash模块、6太阳能电池板、5发电风机、GPS、9气压传感器、8风速传感器、7风向传感器、15翻斗式雨量传感器、GPRS，和通过A/D转换芯片与11气象采集器连接的10温湿度传感器；避雷组件包括顶部设有1避雷针、底部设有3防雷接地网的2支架；2支架设置在4风塔的水平方向，1避雷针的顶部高于4风塔的顶部，4风塔底部设有16接地电阻。

传统气象站相采用的1避雷针和传感器等引线设在同一个金属管内，导致防雷的安全距离不足，其屏蔽层无法将1避雷针接闪后的雷电电磁脉冲完全屏蔽掉。本实用新型的1避雷针采用独立2支架单独引线，1避雷针高度高于气象站设施并与气象站设施水平方向保持距离，既可以起到保护气象站设施，又可以大大降低1避雷针接闪后的雷电电磁脉冲对信号线的干扰。

11气象采集器包括ARM9处理器。

11气象采集器外设有14电磁防护外箱和13电磁防护内箱，14电磁防护外箱和13电磁防护内箱之间设有12绝缘层。双层电磁防护箱对雷电电磁脉冲进行屏蔽，电磁防护箱箱和14电磁防护外箱分别接地，当雷电产生时，一方面，雷电产生的磁场通过14电磁防护外箱表面时由于感应电动势而形成涡流，此涡流所产生的磁场，与原来的磁场方向相反，从而抵消了部分侵入电磁箱的磁场；另一方面，由于电磁防护箱具有一定的电阻，其内部产生热消耗也减少了部分入射电磁波的电磁干扰，同样也起到了屏蔽的作用；13电磁防护内箱对外箱屏蔽遗留的少量电磁波进一步屏蔽、削弱和消耗，大大降低了电磁波对采集器的干扰和影响。

一种适用于上述的基于ARM9的自动气象站装置的防雷电保护电路，包括依次串联的17电量采集控制模块、21第一电感L1、22第二电感L2、25自恢复保险丝PTC和11气象采集器，所述17电量采集控制模块与21第一电感L1之间有与17电量采集控制模块并联的18气体放电管模块，所述21第一电感L1与22第二电感L2之间有与17电量采集控制模块并联的23压敏电阻RV，所述22第二电感与25自恢复保险丝PTC之间有与17电量采集控制模块并联的24瞬态抑制二极管TVS和19滤波模块，所述25自恢复保险丝PTC和11气象采集器之间有与11气象采集器并联的20电源指示灯模块。

18气体放电管模块为气体放电管LA151N1和两个串联接地的气体放电管LA151N2与LA151N3并联组成的混联电路。

19滤波模块包括两个并联的电容C1和电容C2。

20电源指示灯模块包括串联的限流电阻R和指示灯LED。

气体放电管放在电路前端，做为一级浪涌保护器件，承受大的浪涌电流；23压敏电阻作为二级保护器件，当电路承受过压时，在极短时间内进行电压钳制，吸收多余的电流；24瞬态抑制二极管作为三级保护器件，具有相当高的浪涌吸收能力。当雷电等浪涌到来时，24瞬态抑制二极管TVS首先起动，会把瞬间过电压精确控制在一定的水平，若浪涌电流大，则23压敏电阻RV起动，并泄放一定的浪涌电流，两端的电压会有所提高，直至推动前级气体放电管LA151N的放电，把大电流泄放到地。电路中的电感L1和L2是为了抑制雷电时电路电流迅速的增大。电容C1和C2主要是滤波的作用，电路中若存在交流成分则会通过C1和C2泄放。25自恢复保险丝PTC进一步对电路进行保护，当电路发生过载、断路等情况引起的电流过大时，25自恢复保险丝发热断开，电路断路；当故障排除后，25自恢复保险丝重新冷确自动恢复，电路导通。通过以上一系列措施，实现了在雷电干扰等情况下对自动气象站系统的可靠保护。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。