CN201514492U - 一种数字化兼容sdi-12协议的风速风向传感器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器，包括风杯、风杯传动杆、霍尔开关传感器、风向标、风向传动杆、霍尔角度传感器和单片机，所述风杯传动杆顶端套接风杯固定件，风杯固定件外壁上设有风杯，所述风杯传动杆下端套接齿盘，齿盘上侧设有磁铁，齿盘下侧正对磁铁设有霍尔开关传感器，所述霍尔开关传感器连接单片机；所述单片机上还连接霍尔角度传感器，所述霍尔角度传感器上侧设有一个磁铁，磁铁套接在风向传动杆下端，所述风向传动杆上端套接风向标连接件，风向标连接件外壁上垂直设有风向标。本实用新型有益效果为：体积小，使用方便，误差小，使用寿命长。

Description

一种数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器
技术领域
本实用新型涉及风速风向测量领域，尤其是一种数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器。
背景技术
传统的风向传感器采用可以连续旋转电位器来检测，通过主轴上的风向标带到电位器旋钮，在电位器上加上衡定的电压或电流来测量，风速采用干簧管和磁铁来输出开关信号，电位器由于制造工艺的限制，在导电膜的头尾相接处必须留有一个位置，这个位置就是电气死角，这个角将会带来5度以上的不可测量范围，且电位器电刷与导电膜长期处于磨擦状态，寿命有限，输出信号噪声大，且受工作环境温度影响很大，非线性误差大。一些电位器本身扭矩大，因此在制造风向标时要增大半径，体积增大，电位器本身直径大，导致风向传感器直径也大。
传统的风速传感器有采用光学部件来测量转速，受温度影响或结露，都会造成测量误差。采用干簧管作为开关件，它属于机械触点，使用寿命有限。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器，克服了上述产品寿命短、误差大、体积大、使用不方便的缺点。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：
一种数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器，是基于微处理器，利用霍尔传感技术，风速的检测采用霍尔开关传感器，风向检测采用新型的线性霍尔角度传感器件，通过微处理器控制，对风速、风向进行测量，并处理；同时具有数字接口，通过SDI-12协议输出。
所述的数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器，包括风杯、风杯传动杆、霍尔开关传感器、风向标、风向传动杆、霍尔角度传感器和单片机，所述风杯传动杆通过轴承轴接在支架上，风杯传动杆顶端套接风杯固定件，所述风杯固定件外壁上均匀同向设有三个风杯，所述风杯传动杆下端套接齿盘，所述齿盘上侧设有磁铁，齿盘下侧正对磁铁设有霍尔开关传感器，所述霍尔开关传感器连接单片机；所述单片机上还连接霍尔角度传感器，所述霍尔角度传感器上侧设有一个磁铁，磁铁套接在风向传动杆下端，所述风向传动杆通过轴承固定在支架上，风向传动杆上端套接风向标连接件，所述风向标连接件外壁上垂直设有风向标。
所述单片机上还连接EEPROM存贮器、SDI-12接口电路、电源管理模块，所述电源管理模块同时连接EEPROM存贮器，电源管理模块外接供电线；所述SDI-12接口电路同时连接防雷电路，防雷电路外接SDI-12总线。
所述霍尔开关传感元器和霍尔角度传感元器的供电由单片机控制供应。
本实用新型所述的数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器的有益效果为：结构设计简单、合理，产品体积小，使用方便，节省成本；采用霍尔技术，测量准确度高，误差小，使用寿命长；SDI-12标准协议的使用，有利于数据的传输、使用。
附图说明
图1是本实用新型实施例所述的数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器的结构示意图；
图2是本实用新型实施例所述的数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器的部分电路图。
图中：
1、风杯；2、风杯固定件；3、轴承；4、风杯传动杆；5、磁铁；6、齿盘；7、霍尔开关传感器；8、风向标连接件；9、风向标；10、轴承；11、风向传动杆；12、磁铁；13、霍尔角度传感器；14、单片机；15、EEPROM存贮器；16、SDI-12接口电路；17、防雷电路；18、SDI-12总线；19、电源管理模块；20、供电线。
具体实施方式
如图1和2所示，本实用新型实施例所述的数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器，包括风杯1、风杯传动杆4、霍尔开关传感器7、风向标9、风向传动杆11、霍尔角度传感器13和单片机14，所述风杯传动杆通过轴承3轴接在支架上，风杯传动杆4顶端套接风杯固定件2，所述风杯固定件2外壁上均匀同向设有三个风杯1，所述风杯传动杆4下端套接齿盘6，所述齿盘6上侧设有磁铁5，齿盘6下侧正对磁铁5设有霍尔开关传感器7，霍尔开关传感器7可通过齿盘6的转动，使得磁铁5相对霍尔开关传感器7产生转速脉冲，从而进行风速检测；所述霍尔开关传感器7通过电线连接到单片机14上；所述单片机14上还连接霍尔角度传感器13，霍尔角度传感器13的型号为MLX90316，霍尔角度传感器13上设有一个0度标记，通过霍尔角度传感器13可通过微处理器控制，对风速风向传感器件进行测量，并处理，所述霍尔角度传感器13上侧设有一个磁铁12，磁铁12的磁极为径向N极、S极，所述磁铁12套接在风向传动杆11下端，风向传动杆11通过轴承固定在支架上，所述风向传动杆11上端套接风向标连接件8，所述风向标连接件8外壁上垂直设有风向标9。
所述单片机14上还连接EEPROM存贮器15、SDI-12接口电路16、电源管理模块19，所述电源管理模块19同时连接EEPROM存贮器15，电源管理模块19外接供电线20，所述EEPROM存贮器15可以存贮单位时间内的各项测量数据，并用于计算单位时间内各项数据的平均值，最大值，最小值；所述SDI-12接口电路16同时连接防雷电路17，防雷电路17外接SDI-12总线，通过将SDI-12协议应用到风速、风向传感器中，作为标准接口，可以和具有SDI-12接口的数据采集器连接，有利于后期数据的传输。
所述霍尔开关传感元器7和霍尔角度传感元器13的供电由单片机14控制供应，当上位机发出获取瞬时值测量命令时，由单片机14向霍尔开关传感元器7和霍尔角度传感元器13供电，测量完成即关闭电源；当上位机发出连续测量命令时，单片机14控制持续向霍尔开关传感元器7和霍尔角度传感元器13供电。
其工作原理为：利用霍尔角度传感元器13进行角度测量：单片机14接收到测量指令后，通过RA4口向霍尔角度传感元器13供电，霍尔角度传感元器13选择引脚置低后，霍尔角度传感元器13的SPI接口接通，单片机14即可以通过SPI接口对霍尔角度传感元器13进行当前角度数据获取，完成后RA4脚置低，关闭霍尔角度传感元器13电源；求平均值模式下，单片机向霍尔角度传感元器13常供电，通过SPI口连续获取角度数据，并存贮在EEPROM存贮器15中，单片机14可以对存贮的数据进行平均计算，并通过R1为3秒，R2为1分，R3为2分，R4为10分钟四种命令获取平均值。
在使用时可通过使用M指令对风速风向数据进行测量；使用M1指令仅对风速数据进行测量；使用M2指令仅对风向进行测量；使用R指令传感器可以进行实时测量(非低耗模式，传感器常供电)；可以进行2秒种1分钟，2分钟，10分钟平均值计算输出。符合气象观测标准。
风向的检测：
测量时，把霍尔角度传感器13的0度标记对准地球的北极，风向标9根据风向转动，所指方向即为当前风向，通过风向标连接件8及风向传动杆11带动磁铁12转动，磁铁12对比霍尔角度传感器13的0度标记后，磁铁12转动角度即被霍尔角度传感器13检测到，再经单片机14进行数据采集，并保存、计算，以供上位机(数据采集器)获取。
风速的检测：
通过风杯固定件2上的三个风杯1检测风的动能，风杯1的转速与风速成正比，风杯1带动风杯固定件2转动，并通过风杯固定件2的旋转带动风杯传动杆4及其下端的齿盘6转动；随着齿盘6的转动，齿盘6的齿与齿隙会使磁铁5产生在霍尔开关传感器7上的磁场发生变化，再通过霍尔开关传感器7向单片机14输出与风速成比例的脉冲电平，单片机14通过检测脉冲的频率，即可计算出风速，并且将当前风速值记录在EEPROM存贮器15中，供计算瞬时风速，单位时间内最小风速、最大风速、平均风速。
所述MLX90316：由德国Melexis公司生产的360°旋转位置传感器，它是一种线性霍尔芯片，采用了平面霍尔传感技术的单片集成传感芯片；传统的平面霍尔技术仅仅可以测量垂直于Ic表面的磁通密度，而Triaxis霍尔技术也可以检测平行于Ic表面的磁通密度；MLX90316可以用来测量与芯片表面共面的磁通密度，可以得到从0度到360度的旋转位置值，通过多种模式输出准确度很高的线性绝对位置信号，并且成本低廉。
所述SDI-12协议：串行数据通讯接口Serial Digital Interface协议的简称，是一种在气象、水文观测领域的标准协议，该协议为开放性通信协议，只需通过一根三芯电缆即可把一台数据采集器与多个智能传感器联系起来，进行数据交换。
以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换，都应包含在本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器，包括风杯(1)、风杯传动杆(4)、霍尔开关传感器(7)、风向标(9)、风向传动杆(11)、霍尔角度传感器(13)和单片机(14)，风杯传动杆(4)和风向传动杆(11)分别通过轴承(3)和轴承(10)轴接在支架上，其特征在于：所述风杯传动杆(4)顶端套接风杯固定件(2)，风杯固定件(2)外壁上均匀同向设有三个风杯(1)，所述风杯传动杆(4)下端套接齿盘(6)，所述齿盘(6)上侧设有磁铁(5)，齿盘(6)下侧正对磁铁(5)设有霍尔开关传感器(7)，所述霍尔开关传感器(7)连接单片机(14)；所述风向传动杆(11)上端套接风向标连接件(8)，风向标连接件(8)外壁上设有风向标(9)，风向标连接件(8)下端套接磁铁(12)，所述磁铁(12)下侧设有霍尔角度传感器(13)，霍尔角度传感器(13)连接单片机(14)。
2.根据权利要求1所述的数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器，其特征在于：所述单片机(14)上还连接EEPROM存贮器(15)、SDI-12接口电路(16)、电源管理模块(19)，所述电源管理模块(19)同时连接EEPROM存贮器(15)，电源管理模块(19)外接供电线(20)；所述SDI-12接口电路(16)同时连接防雷电路(17)，防雷电路(17)外接SDI-12总线(18)。
3.根据权利要求1或2所述的数字化兼容SDI-12协议的风速风向传感器，其特征在于：所述霍尔开关传感元器(7)和霍尔角度传感元器(13)的供电由单片机(14)控制供应。
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