基于格雷码的风向传感器检测方法
技术领域
本发明涉及一种风向传感器的检测方法，尤其是对于码盘式风向传感器的检测方法。
背景技术
在气象服务中，风向是典型的六要素之一，是一个影响日常出行、航班安全、风能应用等的重要因素。气象、航空、环保等各部门行业大量安装于户外的风向传感器，易受雷击导致内部零件损坏，如果就此更换传感器，将造成不必要的浪费。当前国内外多数气象观测站的风向测量设备都采用的是码盘式风向传感器，由四部分组成：风标、七位格雷码盘、电路板和光电组件，其中光电组件是分别安装在7位格雷码盘上下两侧的7对发光二极管D1～D7 和光敏三极管B1～B7。而这7对发光二极管和光敏三极管则分别对应采集器上的方向格雷码的D0～D6位。在5V电源驱动下，发光二极管发出红外光。在红外光未被遮挡的情况下，对应的光敏三极管将被导通，其集电极输出的低电平经反相器后输出高电平经瞬变电压抑制管 (TVP管)到采集器(相应格雷码位记为1)。当风标带动格雷码盘转动时，会导致某些发光二极管发出的红外光被挡住，此时对应光敏三极管未导通，在采集器上出现低电平(相应格雷码位记为0)。因此，通过7个光敏三极管的通断组合，可以获得7 2(128)组格雷码，再通过格雷码与二进制的转换，把一圈360°划分为128个方位，每一个方位角度为360/128≈ 2.8°。例如，当方向为180°(正南风)时，其二进制应为100000，对应格雷码为1100000，也就是说风向传感器中的发光二极管D1～D5被遮挡，而D6、D7未被遮挡。
各类观测规范和研究成果等对该型传感器的工作原理进行了大量分析说明，对此型风向传感器的故障及维护也进行了一定的论述。这些方法需要通过将风标旋转一圈，从格雷码的变化来判定风向传感器对应位的故障。但这样将会出现128种不同的格雷码，显然从如此多变化中找出故障是一件费时的工作。
发明内容
为了克服上述提到的问题，本文通过格雷码将风向传感器中所有的光电组件分为7组，每组包括一个发光二极管、一个瞬变电压抑制管、一个光敏三极管和一个反相器，选取方向传感器中6个特定风向方位角及其对应的7位二进制码和格雷码，具体特征为：
(1)6个特定的风向方位角6°、11°、23°、45°、90°和180°；
(2)对应的6组二进制码0000010、0000100、0001000、0010000、0100000和1000000；
(3)对应的6组标准格雷码0000011、0000110、0001100、0011000、0110000和1100000，
每组格雷码中有且只有相邻两位为“1”，6组格雷码中某一位最多两次出现“1”。
通过格雷码检测，只测取6个特定方位风向的格雷码即可判定风向传感器对应故障点或损坏的元器件，从而有效提高风向传感器的故障排除和维修效率。
为了实现上述目的，本发明的方法包括如下步骤：
(1)接通风向传感器电源，查看7个发光二极管是否正常发光；
(2)判断风向传感器其它元器件是否存在故障；
(3)排查反相器故障；
(4)判定光敏三极管故障；
(5)依据上述步骤的结果，确定风向传感器发生故障的元器件；
一方面，步骤(1)是进行后续检测的前提，即只有确保7个发光二极管都能正常发光，才可以进行其它元器件故障的排除，如发光二极管步不发光，应进行更换。
作为一种优选的方式，步骤(2)包括：
将风向标转动到表1中的6个特定风向方位角，同时分别测量7个瞬变电压抑制管(TVP 管)电压；
测得的TVP管输出高电平记为“1”、低电平记为“0”，得到6组7位格雷码；
将得到的6组格雷码与表1中的标准格雷码进行比较。
风向方位
6°
11°
23°
45°
90°
180°
二进制码
0000010
0000100
0001000
0010000
0100000
1000000
格雷码
0000011
0000110
0001100
0011000
0110000
1100000
表1
作为另一种优选的方式，步骤(3)所述排查反相器故障在于：
如果步骤(2)获得的6组格雷码与表1的6组标准格雷码某位构成与非关系(一个为“0，另一个为“1”)，可判定反相器发生故障，失去反相功能。
作为另一种优选的方式，步骤(4)所述判定光敏三极管故障包括以下步骤：
当某位格雷码一直为“1”，结合风向传感器电路原理和TVP管的单向导通特性，可判定该位格雷码对应的光敏三极管损坏。
作为另一种优选的方式，步骤(5)所述确定风向传感器发生故障的元器件在于：
按步骤(3)和(4)排除反相器和光敏三极管故障后，即可确定发生故障的为该组元器件中的TVP管。
本发明的有益效果是，结合风向与格雷码的对应关系，通过测取6个特定方位风向(6°、 11°、23°、45°、90°和180°)下的格雷码，反向推导快速找出风向传感器对应光电组件出现故障，并结合风向传感器电路原理，在简单测试相应元器件电压或通断状态的情况下，排查出损坏的元器件。从而有效提高风向传感器的故障排除和维修效率。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为风向传感器电路原理图。
图中D1、D2、D3、D4、D5、D6和D7为7个发光二极管，B1、B2、B3、B4、B5、B6和B7为与之对应7个光敏三极管，U2A、U2B、U2C、U1B、U1A、U1F和U1E为对应的7个反相器，V17、V18、 V19、V20、V21、V22和V23为对应的7个TVP管；
图2为根据本发明来检测风向传感器的流程图。
具体实施方式
【实施例1】
首先，接通风向传感器电源后，查看7个发光二极管是否正常发光，如有不发光者，需进行更换。
然后，按步骤(2)将风向标转动到前述的6个特定风向方位角，同时分别测量7个瞬变电压抑制管(TVP管)电压，V23、V22、V21、V20、V19、V18、V17分别对应7位格雷码的最高位至最低位，某TVP管输出高电压时，格雷码最高位记为“1”，输出低电平时，格雷码最高位记为“0”，由此获得6组7位二进制格雷码。
表2是假设将风标转动到某角度测得的TVP管电平，由此将获得一组格雷码1001100。
TVP管
V23
V22
V21
V20
V19
V18
V18
电平
高
低
低
高
高
低
低
表2
将获得的6组格雷码与标准格雷码比较，如果出现不一致的情况，可以判断风向传感器的光电组件发生故障。
步骤(3)用来排查反相器故障，表3假设了一种获得的6组格雷码及其标准格雷码。
获得格雷码
0000111
0000010
0001000
0011100
0110100
1100100
标准格雷码
0000011
0000110
0001100
0011000
0110000
1100000
表3
通过比较可发现，获得的6组格雷码中的第3位(由低到高)与标准格雷码中的第3位始终为与非关系，结合图2可以判定第3位格雷码对应的反相器U2C发生故障，无法实现反相功能。
【实施例2】
步骤(4)和(5)用于判定其它光电组件故障，通过步骤(3)排除反相器故障后，查看获得的6组格雷码，当某位格雷码一直为“0”或者“1”，可以推断出该位格雷码对应的光敏三极管或(和)TVP管发生了故障。
表4假设了一种获得的6组格雷码及其标准格雷码。
获得格雷码
0100011
0100110
0101100
0111000
0110000
1100000
标准格雷码
0000011
0000110
0001100
0011000
0110000
1100000
表4
通过比较可发现，获得的6组格雷码中的第6位(由低到高)始终为“1”，结合图2风向传感器电路图和TVP管的单向导通特性，可以判定故障为第6位格雷码对应的光敏三极管D6被击穿一直处于导通转态，致使其集电极一直输出低电平，经反相器后输出高电平到瞬变电压抑制管(TVP管)。同理，当获得的6组格雷码中的某位始终为“0”时，可以判定故障为对应的TVP管被击穿导致直接接地，一直输出低电平。
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