CN203069616U - 便携式风速风向测量仪 - Google Patents
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Abstract
便携式风速风向测量仪，底盒上设有主控模块，所述主控模块分别连接风速控制模块、风向控制模块、显示控制模块，所述风速控制模块、风向控制模块、显示控制模块分别对应连接风叶、风标、液晶显示屏。本实用新型利用Mega16单片机的强大控制、采集、运算功能，再通过以AD620为控制核心的差分放大电路，将其信号转变成电压变化的电信号并将其微弱信号放大，提高精度，从而实现移动情况下风速风向参数的准确测量。
Description
技术领域
本实用新型一种便携式风速风向测量仪。
背景技术
风速风向作为重要气象要素之一，在航海、应急式车载自动气象站的建设、环境检测、工业风道检测以及危险性气体的测量等工业生产和科学研究领域有着广泛的应用。目前，国内外的风速风向测量仪器大多为固定式，根本无法满足移动式风速风向的测量需求。而且，传统式仪器大多采用低位单片机限制了系统的测量精度和数据处理速度。
发明内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种便携式风速风向测量仪，是一种基于阻值变化的360°全方位移动式风速风向智能测量装置。该风速风向测量仪利用Mega16单片机的强大控制、采集、运算功能，再通过以AD620为控制核心的差分放大电路，将其信号转变成电压变化的电信号并将其微弱信号放大，提高精度，从而实现移动情况下风速风向参数的准确测量。
本实用新型的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：便携式风速风向测量仪，底盒上设有主控模块，所述主控模块分别连接风速控制模块、风向控制模块、显示控制模块，所述风速控制模块、风向控制模块、显示控制模块分别对应连接风叶、风标、液晶显示屏。
所述风速控制模块、风向控制模块、显示控制模块固定安装在底盒上。
所述风标连接电位器，所述电位器将角度信号转换为电信号之后输送至差分放大电路，差分放大电路连接A/D转换电路，A/D转换电路连接Mega16单片机。
所述风速控制模块设有霍尔元件，所述风叶连接电机，电机上设有小型磁片、小型磁片随着电机转动，小型磁片接近霍尔元件安装，使霍尔元件输出一定频率脉冲，输送给Mega16单片机。
本实用新型一种便携式风速风向测量仪的有益效果如下：
1）、测量精度高，功耗小，可靠性好，适合多种环境下风速风向的测量；
2）、测量系统电路简单，体积小，便于移动，操作简单，便于安装与维护；
3）、利用霍尔效应测风速具有线性精度高、灵敏度高、测量范围宽的特点：
4）、风速、风向单独测量，模块化设计使电路简化，所用元器件造价低廉，成本较低；
5）、系统具有对移动情况下所测得的风速风向值的实时显示功能，便捷直观；
6）、桨式风叶重量轻，惯性比较小，启动灵敏度高；在很宽的风速范围内，风叶转速与风速有良好的线性关系，乱流影响小；
7）、该测量仪以mega16为主控芯片，再通过LCD显示，达到远程智能控制的目的。
附图说明
图1为本实用新型便携式风速风向测量仪工作流程图。
图2为本实用新型便携式风速风向测量仪结构示意图。
图3为测风向传感器信号接收电路、信号差分放大电路图。
图4为本实用新型霍耳元件的接线示意图。
图5为本实用新型主程序软件流程图。
图6为本实用新型AD转换及初始化子程序部分流程图。
图7为本实用新型定时计数器部分流程图。
图8为本实用新型装置工作原理流程框图。
具体实施方式
如图2所示，便携式风速风向测量仪，底盒8上设有主控模块5，所述主控模块5分别连接风速控制模块4、风向控制模块2、显示控制模块6，所述风速控制模块4、风向控制模块2、显示控制模块6分别对应连接风叶3、风标1、液晶显示屏7。所述风速控制模块4、风向控制模块2、显示控制模块6固定安装在底盒8上。所述风标1连接电位器，所述电位器将角度信号转换为电信号之后输送至差分放大电路，差分放大电路连接A/D转换电路，A/D转换电路连接Mega16单片机。所述风速控制模块4设有霍尔元件117，所述风叶3连接电机，电机上设有小型磁片、小型磁片随着电机转动，小型磁片接近霍尔元件117安装，使霍尔元件117输出一定频率脉冲，输送给Mega16单片机。
风向测量原理：
风力使风标1旋转，指向准确的风向，风标1带动精密电位器的滑轴转动，则电阻值与角度的关系为：
在其上并联一个10K的电阻构成差分电路，从而精准的感知到电信号的变化，将信号传输给单片机，根据精密电位器物理线性特性，将其换算成角度的变化：
其中
为精密电位器阻值，
为所测风向旋转角度。
当风以一定速度吹来时，带动风标1转动，风标1下面为一个刻度为360度的圆盘，与风标1相连的为角度传感器的轴，当风力转矩与角度传感器的组里距平衡时，风标1便停止向转动，停留在某一个角度，这个即为此刻风的方向，并通过接收电路传给主控模块5后在液晶显示屏7上显示出当前风向。
测风向传感器信号接收电路、信号差分放大电路设计，如图3所示：用总阻值为5K，线性度为0.1%的精密电位器WDD35将角度信号转换为电信号。考虑到桥式连接能很好抑制共模信号，把它和一个同样为5k的多匝精密电阻连成桥式电路，然后用共模抑制比为100dB，噪声系数小的精密仪表放大器AD620进行差分放大，之后送12位高精度快速AD采集信号，单片机接收数据，在程序中计算及修正得出对应角度。
A/D转换电路设计：
MAX197是Maxim公司推出的具有12位测量精度的高速A/D转换芯片，只需单一电源供电，且转换时间很短(6ms)，具有8路输入通道，还提供了标准的并行接口——8位三态数据I/O口，可以和大部分单片机直接接口，使用十分方便。并且它比其他串口AD速度高，同时它的精度也可以满足角度测量要求。
风速测量原理：
磁场对载流子的作用改变了载流子的运动轨迹，使得通过霍尔元件的电流密度下降，即出现半导体电阻率增大．引起霍尔元件的电阻改变，再把这一电阻信号转换为电压信号。本装置通过在电机上安装的小磁片随电机转动时，使霍尔元件模块输出高低电平，将这一信号传给Mega16处理，记下它的脉冲频域p。其表达式如下：
，
。
风速：
，其中
为磁电盘的半径。
当风以一定速度吹来时，带动风叶3转动，风叶3下面为光敏传感器，风叶3每转一圈记下两次脉冲，输出高低电平。单位时间内脉冲输出次数的多少反映了风叶3旋转的快慢，通过主控模块5处理后，再与风叶3半径相乘即可得到当前风速输出在液晶显示屏7上。
测风速传感器电路设计：
霍耳元件177的接线方法如下图4所示,在外加磁场强度为0时,3脚输出高电平。用实验室里的圆形磁铁接近177,当距离其 1.5cm时,3脚输出低电平。当圆形磁铁撤离177 2cm时,3脚输出高电平。电机转动时，附在齿轮上的磁铁不断的跟随旋转，使霍尔元件117输出一定频率的脉冲，传给单片机。
主控模块5利用芯片处理风速控制模块4、风向控制模块2等测量的数据，在内部处理校正后。将最终数据输出在液晶显示屏7上。主控模块5处理后输出的数据经过显示控制模块6最终显示在液晶屏7上，可读出任意时刻的风向风速数据。
经过实际测试，本实用新型装置实际测量风速风向的范围如下表所示：
风速实验记录：（单位n/s）
| 风叶实际转速 | 24 | 37 | 62 | 135 | … | 160 | … | 221 |
| 液晶显示转速 | 24 | 37 | 62 | 135 | … | 160 | … | 221 |
风向实验记录：（以正东为参考点，逆时针记录）
| 实际风向 | 120 | 470 | 1320 | 2410 | 2700 | … | 3600 |
| 液晶显示风向 | 120 | 470 | 1320 | 2410 | 2700 | … | 3600 |
测量准确度：
根据实验数据分析可得，所有误差都在允许的误差范围内，基本完成预期的目标。测量准确度基本可以达到99%。
Claims (4)
1.便携式风速风向测量仪，其特征在于，底盒（8）上设有主控模块（5），所述主控模块（5）分别连接风速控制模块（4）、风向控制模块（2）、显示控制模块（6），所述风速控制模块（4）、风向控制模块（2）、显示控制模块（6）分别对应连接风叶（3）、风标（1）、液晶显示屏（7）。
2.根据权利要求1所述便携式风速风向测量仪，其特征在于，所述风速控制模块（4）、风向控制模块（2）、显示控制模块（6）固定安装在底盒（8）上。
3.根据权利要求1所述便携式风速风向测量仪，其特征在于，所述风标（1）连接电位器，所述电位器将角度信号转换为电信号之后输送至差分放大电路，差分放大电路连接A/D转换电路，A/D转换电路连接Mega16单片机。
4.根据权利要求1所述便携式风速风向测量仪，其特征在于，所述风速控制模块（4）设有霍尔元件（117），所述风叶（3）连接电机，电机上设有小型磁片、小型磁片随着电机转动，小型磁片接近霍尔元件（117）安装，使霍尔元件（117）输出一定频率脉冲，输送给Mega16单片机。
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| CN 201320040741 CN203069616U (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 便携式风速风向测量仪 |
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| CN 201320040741 CN203069616U (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 便携式风速风向测量仪 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104614547A (zh) * | 2015-01-12 | 2015-05-13 | 中国矿业大学 | 一种煤矿风道通风流量在线监测系统 |
| CN106680534A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-05-17 | 成都佳美嘉科技有限公司 | 一种建筑用的风速仪 |
| CN109239802A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-18 | 芜湖职业技术学院 | 一种风力风向自动检测装置 |
| CN112782423A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-05-11 | 国网内蒙古东部电力有限公司呼伦贝尔供电公司 | 一种电容式风向测量装置 |
| CN113093310A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-09 | 湖南国天电子科技有限公司 | 一种便携式测量风向风速装置及方法 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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