基于Arduino的风向风速信号转换器设计

伍立坤 尹珊珊 黄文秋

1. 孝感市气象局 湖北 孝感 432100；2. 大悟县气象局 湖北 孝感 432800

引言

孝感市气象局现有区域自动气象站108个，相关风向风速传感器分别为中环天仪（天津）气象仪器有限公司生产的EL15型风向风速传感器和江苏省无线电科学研究所有限公司生产的ZQZ-TF型风向风速传感器，两个型号的风传感器因传输信号不同不能通用。在区域自动气象站故障时，如出现对应备件不足，则无法及时恢复站点数据。

本文通过分析EL15型和ZQZ-TF型风传感器工作原理，利用Arduino UNO作为主控器，设计一款风向风速信号转换器，转换上述两个型号风向风速传感器的输出信号。实现在出现区域自动气象站风向风速或采集器故障时，如对应备件不足，可使用其他厂家设备应急处理设备故障。

1 风向风速传感器原理分析

1.1 EL15-1C型和ZQZ-TF型风速传感器原理

EL15-1C型和ZQZ-TF型风速传感器工作原理相同，均为在水平风力的作用下，三杯式回转架旋转，通过主轴带动磁棒盘旋转，其上的 36 个磁体形成 18 个小磁场，风杯组每旋转一圈，在霍尔开关电路中感应出18个脉冲信号，其频率随风速的增大而线性增加[1]。

EL15-1C型风速输出方程：V=0.2315+0.0495F

ZQZ-TF型风速输出方程：V=0.1F

V：风速，单位：m/s

F：脉冲频率，单位：Hz

1.2 EL15-2E型风向传感器原理

EL15-2E型风向传感器的感应元件为风向标组件。角度变换电路为电位器变换方式。电位器总阻值为 5KΩ。电位器的轴与主轴连接在一起，当风向标组件转动时，电位器输出的电阻被转换成连续变化的电压（0-2.5V）,且随风向角度的增加而线性增大，输出电压0-2.5V对应于风向 0-360 °。……