CN203838168U - 一种高动态范围无线智能风速风向传感器 - Google Patents

一种高动态范围无线智能风速风向传感器 Download PDF

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潘冬宁
王新全
武斌
兰尚录
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Qingdao Zhongke Zhifu Photoelectric Technology Co.,Ltd.
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Abstract

本实用新型公开了一种高动态范围无线智能风速风向传感器，由电源装置、风向标、风杯式风速风向感应器、螺旋桨式联合风速风向感应器和三通道无线智能控制器组成；风向标、风杯式风速风向感应器和螺旋桨式联合风速风向感应器位于支架的水平杆上，分别通过数据线与固定于支架垂直杆上的三通道无线智能控制器相连，三通道无线智能控制器与位于其下方的电源装置相连。本实用新型高动态范围智能风速风向传感器，可根据风的强弱自动切换到不同的传感器，从而避免造成测量误差；传感器具备对各部件的进行状态监控的能力，可通过无线通信方式将状态及数据信息实时的发送到主机端，保证测量的可靠性和准确性。

Description

一种高动态范围无线智能风速风向传感器
技术领域
本实用新型涉及一种风速风向传感器，具体涉及一种高动态范围无线智能风速风向传感器，属于气象观测领域。
背景技术
目前，各气象站采用的风速风向传感器大多都是基于单一的风杯、风向标式风速风向感应器，当风速由高到低时，单一式传感器获得的数据可信度很差；现有的传感器的处理器对各个部件不具备状态监控和数据质量控制的能力，不能检测各个部件是否工作正常，也就不能保证测量的可靠性和准确性；再者，现有的数据通信一般采用RS485等有线传输方式，布线复杂，不利于扩展。
发明内容
为了克服现有自动气象计量中风速风向测量技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种高动态范围智能风速风向传感器，可根据风速大小自动切换到不同量程的感应器，从而避免造成测量误差；传感器具备对各部件的进行状态监控的能力，可通过无线通信方式将状态及风速风向数据信息实时的发送到主机端，保证测量的可靠性和准确性。
基于上述见解，本实用新型是这样实现的：
一种高动态范围智能风速风向传感器，由电源装置、风向标、风杯式风速风向感应器、螺旋桨式联合风速风向感应器和三通道无线智能控制器组成，其特征在于，所述风向标、风杯式风速风向感应器和螺旋桨式联合风速风向感应器位于支架的水平杆上，分别通过风向标数据线、风杯式感应器数据线和螺旋桨感应器数据线与三通道无线智能控制器相连；三通道无线智能控制器固定于支架的垂直杆上，与电源装置相连。
上述的电源装置由充电线和太阳能电池板组成，太阳能电池板通过充电线与三通道无线智能控制器相连，太阳能电池板固定于支架的垂直杆上、三通道无线智能控制器下方。
上述的三通道无线智能雨量控制器由信号转换接口、微处理器单元、Zigbee无线通信单元和电源管理单元组成。
上述的信号转换接口由位于其内部的光耦隔离器、滤波器、电压偏置器和脉冲整形器组成。
上述的Zigbee无线通信单元由微处理器接口、Zigbee内核和天线组成。
上述的电源管理单元由锂电池、充放电保护装置、AC/DC模块和DC/DC模块组成。
本实用新型高动态范围智能风速风向传感器，采用两种风速风向感应器，可根据风速大小自动切换感应器，减小测量误差；大大提高在大风、微风情况下风速风向的准确性，增加了风速风向数据采集的动态范围。信号转换接口具有状态反馈功能，发生故障时，可随时定位故障点；微处理器单元可实时监控各个部件的运行状态保证测量的可靠性同时易于及时定位排除故障，并进行数据采集及数据质量控制；Zigbee无线通信方式，具有低功耗，易施工，易扩展的优点；此传感器的各个部件均采用低功耗的设计，以太阳能电池板为锂电池充电，可实现长期无人值守。
附图说明
图1：本实用新型整体结构示意图；
图2：本实用新型三通道无线智能控制器的简易图；
其中，1、风向标，2、风杯式风速风向感应器，3、螺旋桨式联合风速风向感应器，4、风向标数据线，5、风杯式感应器数据线，6、螺旋桨式感应器数据线，7、之间，8、三通道无线智能雨量控制器，9、充电线，10、太阳能电池板，11、信号转换接口，12、微处理器单元，13、Zigbee无线通信单元，14、电源管理单元；箭头表示电路及状态监控图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型高动态范围智能风速风向传感器做进一步详细说明。
如图1所示，一种高动态范围智能风速风向传感器，由电源装置、风向标1、风杯式风速风向感应器2和螺旋桨式联合风速风向感应器3组成；其中风向标1、风杯式风速风向感应器2和螺旋桨式联合风速风向感应器3位于支架7的水平杆上，分别通过风向标数据线4、风杯式感应器数据线5和螺旋桨感应器数据线6与三通道无线智能控制器8相连；三通道无线智能控制器8固定于支架7的垂直杆上，与电源装置相连。电源装置由充电线9和太阳能电池板10组成，太阳能电池板10固定于支架7的垂直杆上、三通道无线智能控制器8的下方、通过充电线9与三通道无线智能控制器8相连。
如图2所示，三通道无线智能控制器8由信号转换接口11、微处理器单元12、Zigbee无线通信单元13和电源管理单元14组成。
使用本实用新型时，将风向标1、风杯式风速风向感应器2和螺旋桨式联合风速风向感应器3装于支架7的水平杆上，保证三者的平衡，并且不发生干涉。风杯杯式风速风向感应器和风向标为一套感应器装置，可采用但并不限定于天津气象仪器厂生产的EL15型感应器，其在很微弱的风速下即可启动，但是由于惯性，风速突然降低之后，此感应器输出信号变化延迟较大；螺旋桨式感应器可采用但不限定于天津气象仪器厂生产的EL18型感应器，其具有抗扰动的特点，风速突然变化后，此感应器输出信号也会即刻随之变化，但是在低风速下无法启动或启动较缓慢。正是因为此两类感应器在风速高低变化时的特点可以互补，所以同时采用这两类感应器，可以明显提高输出信号的动态范围。
测量风速风向时，风速风向感应器器将风的物理信号转换为电信号，输入给三通道无线智能控制器8的信号转换接口11（如图2所示）；信号转换接口11由位于其内部的光耦隔离器、滤波器、电压偏置器和脉冲整形器组成；其中，光耦隔离对信号进行隔离，滤波器对信号进行滤波，电压偏置对信号进行电平转换，脉冲整形把脉冲信号整理成理想的方波信号；各部分均有状态反馈功能，并且将不同的电信号转换为微处理器单元可以接收的数字信号。
如图2所示，信号转换接口11输出的数字信号，作为微处理器单元12的输入信息；微处理器单元12优选为以MSP430为核心处理器，主要功能是监控各个部件状态并进行数据采集及数据质量控制处理。微处理器单元12采样数据后通过质量控制算法选择可信度较高的数据，存储到存储器，并通过Zigbee无线通信单元13发送到气象中心站；Zigbee无线通信器单元13包括与MSP430进行通信的微处理器接口、将数据进行打包的Zigbee内核和天线。电源管理单元14由锂电池、充放电保护装置、AC/DC模块和DC/DC模块组成；如图2所示，电源的功能是传感器的各个部件提供源源不断的电力供应。
本实用新型高动态范围智能风速风向传感器，可根据风的强弱自动切换到不同的感应器，从而避免造成测量误差；传感器具备对各部件的进行状态监控的能力，可通过无线通信方式将状态及数据信息实时的发送到主机端，保证测量的可靠性和准确性。
上述实例只是为说明本实用新型的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高动态范围无线智能风速风向传感器，由电源装置、风向标(1)、风杯式风速风向感应器(2)、螺旋桨式联合风速风向感应器(3)和三通道无线智能控制器(8)组成，其特征在于，所述风向标(1)、风杯式风速风向感应器(2)和螺旋桨式联合风速风向感应器(3)位于支架(7)的水平杆上，分别通过风向标数据线(4)、风杯式感应器数据线(5)和螺旋桨感应器数据线(6)与三通道无线智能控制器(8)相连；三通道无线智能控制器(8)固定于支架(7)的垂直杆上，与电源装置相连。 
2.根据权利要求1所述的高动态范围无线智能风速风向传感器，其特征在于，所述的电源装置由充电线(9)和太阳能电池板(10)组成，太阳能电池板(10)通过充电线(9)与三通道无线智能控制器(8)相连，太阳能电池板(10)固定于支架(7)的垂直杆上、三通道无线智能控制器(8)的下方。 
3.根据权利要求1所述的高动态范围无线智能风速风向传感器，其特征在于，所述的三通道无线智能雨量控制器(8)由信号转换接口(11)、微处理器单元(12)、Zigbee无线通信单元(13)和电源管理单元(14)组成。 
4.根据权利要求3所述的高动态范围无线智能风速风向传感器，其特征在于，所述的信号转换接口(11)由位于其内部的光耦隔离器、滤波器、电压偏置器和脉冲整形器组成。 
5.根据权利要求3所述的高动态范围无线智能风速风向传感器，其特征在于，所述的Zigbee无线通信单元(13)由微处理器接口、Zigbee内核和天线组成。 
6.根据权利要求3所述的高动态范围无线智能风速风向传感器，其特征在于，所述的电源管理单元(14)由锂电池、充放电保护装置、AC/DC模块和DC/DC模块组成。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107765860A (zh) * 2017-11-09 2018-03-06 惠州市德赛工业研究院有限公司 一种可穿戴体感检测装置及方法
CN110058049A (zh) * 2019-05-27 2019-07-26 攀枝花学院 太阳能风速风向测量仪

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