CN204346496U - 一种无线风速风温风湿自动记录仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无线风速风温风湿自动记录仪，属于测量仪器技术领域。包括：风速传感器、风温风湿传感器、探头、信号处理模块和无线模块，风速传感器置于探头的端部，风温风湿传感器置于探头本体内，探头内部留有空气流动通道和隔温板，风温风湿传感器、风速传感器经过探头和信号线分别与信号处理模块相连，信号处理模块单独与无线模块连接，本实用新型克服了现有风速测量仪表的问题，能够实现风速的万向测量和风温风湿的同时测量，而且测量精度高误差小，可靠性高，电量消耗低，安装及测量成本低，自动记录数据无需人工干预，可将数据本地化存储后进行无线网络传输，可进行多台无线组网，人为测量误差低等优点。

Description

一种无线风速风温风湿自动记录仪

技术领域

本实用新型涉及一种无线风速风温风湿自动记录仪，属于测量仪器技术领域。

背景技术

现有的风速测量仪表种类较多且精度高低不同，使用叶轮测量风速需要的启动风速较高且测量有方向性，优点是造价低廉，而使用加热原理制成的风速表往往也需要风向的控制，这类风速表往往非线性较为严重，需要更好的测量和算法，且造价高。而在实际测试中需要测量风速又同时测量风温风湿，这种应用方式往往更加适合现场测量，如果将测试结果自动记录保存，更是减少测量的工作量，同时也减少了测量人员对测量结果的影响，让测量的时刻更加精确科学，读数更加准确可靠。

现有的风速测量对风向要求较高，需要在标定的迎风面方向才能较为准确的测量风速，而实际的风向并不是一成不变的，往往局部更加不稳定，这也会在实际测量时产生许多想不到的问题而导致风速测量不准确或者测量失败。与此同时，测量风速如果只是知道当时的风速往往是不够的，同时还需要测量风温风湿这两个测量参数，为分析数据起到辅助性的帮助。

发明内容

本实用新型提出了一种无线风速风温风湿自动记录仪，以克服自身现有技术中存在的缺点，使其可以实现风速的万向测量，风速风温风湿的同时采集测量并记录，而且提高测量精度，降低产品成本。

本实用新型提出的无线风速风温风湿自动记录仪，包括：风速传感器、风温风湿传感器、探头、信号处理模块和无线模块，所述的风速传感器置于探头的端部，所述的风温风湿传感器置于探头本体内，探头内部留有空气流动通道和隔温板，所述的风温风湿传感器、风速传感器经过探头和信号线分别与信号处理模块相连；无线模块单独与信号处理器相连接，所述的信号处理模块包括：

信号采集、放大电路，用于采集风温风湿传感器和风速传感器的温度、湿度和风速的 模拟信号，并将采集的温度、湿度和风速的模拟信号进行放大后发送到中心处理器；

中心处理器，用于接收放大的温度、湿度和风速的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行滤波，将滤波后的数字信号通过液晶驱动显示到液晶显示器上，并将数字信号存储在数据存储器中；

液晶显示器，用于接收中心处理器的数字信号，中心处理器通过液晶驱动完成控制，液晶显示器通过信号线与中心处理器相连；

数据存储器，用于接收中心处理器发送的数字信号，数据存储器通过信号线与中心处理器相连，并将测量数据保存在数据存储器中；

外部晶振器，用于为中心处理器提供时钟基准，并使中心处理器的高速时钟和低速时钟轮流运行，外部晶振器通过信号线与中心处理器相连；

USB转换接口，用于使无线风速风温风湿自动记录仪与外部计算机进行数据交换，USB转换接口通过信号线与中心处理器相连；

按键，用于人机交互输入对风速风温风湿自动记录仪的控制信息，按键通过信号线与中心处理器接口I/O相连，按键的供电由电源直接提供；

电源控制电路，用于对信号采集放大电路和数据存储器进行供电，电源控制电路的电力来源于电源，电源控制电路由中心处理器的接口I/O控制，电源控制电路通过信号线与中心处理器相连；

电源，用于对无线风速风温风湿自动记录仪的电源控制电路、按键及中心处理器进行供电。

本实用新型提出的无线风速风温风湿自动记录仪，其优点是，本自动记录仪中的风速传感器及风温风湿传感器测量到风速及风温风湿后，经信号采集、放大电路转换成电压信号，然后进入到中心处理器内的ADC中进行AD变换，变换的结果保存到数据存储器中并通过一定算法对数据的合理性做分析，不合理的数据将被删除并进行有选择的重新采集。由于同时测量风速与风温风湿，解决了测试中两个参数分别采样的问题，增加了数据的相关性与一致性。在测量完成后数据会被保存。定时完成测量可以准确的进行风速与风温风湿的定时监测，有效的减少了人为的读数误差与时间误差。使用电源控制电路可以降低仪表的功耗。在不进行测量时，仪表处于休眠状态。这将大大提高风速测量仪表功耗大的问题。在电源电压低时，停止测量风速并告知需充电。在固定时刻进行采集后，通过无线模块将数据发送到对应的数据终端上，数据终端接收后可以远距离处理数据并进行其他应用，这种无线组网传输方式会使测试方式从近距离观察变为远距离数据维护和分析，这样 可以彻底解放测试过程。

综上所述，本实用新型提出的无线风速风温风湿自动记录仪，其易用性和稳定性得到了大幅度的提高，实际测试中，得到业界好评、有广泛的使用价值及广阔的市场前景。适合使用在建筑节能、通风系统测试、环境测试，环境卫生，实验室测试等实际应用场合。测试可靠性好，测量精度高，误差小，电量消耗低，安装及测量成本低、无需人工记录数据，可将数据本地化存储后进行无线网络传输，可进行多台无线组网，人为测量误差低等优点，从而彻底改变风速测量方式。

附图说明

图1是本实用新型提出的无线风速风温风湿自动记录仪的结构示意图。

图2是图1所示的无线风速风温风湿自动记录仪中的信号处理模块的结构框图。

图3是记录仪中的信号处理模块中的电源控制电路的电路图。

图4是记录仪中的信号处理模块中的信号采集、放大电路的电路图

图1中，1是风速传感器，2是风温风湿传感器，3是探头，4是信号处理模块，5是无线模块。

具体实施方式

本实用新型提出的无线风速风温风湿自动记录仪，其结构示意图如图1所示，包括：风速传感器1、风温风湿传感器2、探头3、信号处理模块4和无线模块5。风速传感器1置于探头3的端部，风温风湿传感器2置于探头3的本体内，同时在风速传感器1与风温风湿传感器2之间会有隔温板，隔温板会阻挡加热造成的细微温度波动，探头3内部留有空气流动通道，风温风湿传感器2、风速传感器1经过探头和信号线分别与信号处理模块相连。

信号处理模块的结构框图如图2所示，包括： 

信号采集、放大电路，用于采集风温风湿传感器和风速传感器的温度、湿度和风速的模拟信号，并将采集的温度、湿度和风速的模拟信号进行放大后发送到中心处理器；

中心处理器，用于接收放大的温度、湿度和风速的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行滤波，将数字信号通过液晶驱动显示到液晶显示器上，并将数字信号存储在数据存储器中；

液晶显示器，用于接收中心处理器的数字信号，中心处理器通过液晶驱动完成控制，液晶显示器通过信号线与中心处理器相连；

数据存储器，用于接收中心处理器发送的数字信号，数据存储器通过信号线与中心处理器相连，并将测量数据保存在数据存储器中；

外部晶振器，用于为中心处理器提供时钟基准，使中心处理器的高速时钟和低速时钟轮流运行，外部晶振器通过信号线与中心处理器相连；

USB转换接口，用于使风速风温风湿自动记录仪与外部计算机进行数据交换，USB转换接口通过信号线与中心处理器相连；

按键，用于人机交互输入对风速风温风湿自动记录仪的控制信息，按键通过信号线与中心处理器的接口I/O相连，按键的供电由电源直接提供；

电源控制电路，用于对信号采集、放大电路和数据存储器进行供电，电源控制电路的电力来源于电源，电源控制电路由中心处理器的接口I/O控制，电源控制电路通过信号线与中心处理器相连；

电源，用于对风速风温风湿自动记录仪的电源控制电路、按键及中心处理器进行供电。

下面结合附图和具体的实施例，对本实用新型做进一步描述。

图1中是风速传感器和风温风湿传感器的相对机械位置，可以有效的减少因发热带来的温度测量误差。其中探头可采用不锈钢、合金或铝材质，这样可加强测头的钢性。探头与信号处理模块使用信号线相连，在风速传感器和风温风湿传感器之间有隔温板进行分割，这样做既不影响通风，同时进一步减少加热对温度和湿度的细微影响。

图1中，信号处理模块4与无线模块5直接相连，形成无线数据传输通道，无线模块5可以接收数据也可以将信号处理模块4的数据发送出去，形成上传下载测量数据或组网传输。在不进行收发时关闭无线模块，可节省整机功耗。信号处理模块4与无线模块5采用国际标准SPI接口通讯，进一步增加了产品的适配性。本实施例的无线模块使用TI公司的CC1101无线传输芯片。

图2是无线风速风温风湿自动记录仪中的信号处理模块内部关系，包含：信号采集、放大电路；电源控制电路；数据存储器；电源；按键；USB转换接口；液晶显示器；外部晶振器；中心处理器。中心处理器包含：ADC、SCI、高速时钟、低速时钟、CPU、液晶驱动、电源管理、接口I/O。

本实用新型的电源控制电路实现电路如图3所示，由晶体管T1和电阻R1组成，其中电阻R1一端与中心处理器相连，另一端与晶体管T1的基极相连，晶体管T1的发射极与电池正极相连，晶体管T1的集电极与相应其它电路相连。电源控制电路是受中心处理器 控制，当需要给相应电路供电时，中心处理器使T1导通便可以为相应电路供电。其中T2的型号是安森美公司的8550或其他可替代型号。

本实用新型的信号采集、放大电路由温敏电阻、放大器、电阻组成。实现电路如图4所示，由放大器A1、温敏电阻RT及电阻R5-R11组成，其中RT、R5-R9组成测量电桥，R10和R11与放大器A1形成负反馈电路，RT为温敏电阻。测量电桥输出端连接放大器A1输入端，放大器A1的供电由图3所示的电源控制电路提供，放大器的输出连接中心处理器的ADC。经过ADC转换后，温度信号和风速信号转换成数字信号，存入数据存储器。本实施例的放大器A1型号为OPA336，RT型号为PT100或其他系数传感器。风速传感器和风温风湿传感器在空间中的位置应保持风速在上、温度在下的相对机械位置，测量时也相同。其结构为图1所示。

本实用新型的数据存储器的实现电路由非易失性存储器EEPROM、电阻组成，其中EEPROM的信号线分别由电阻上拉到电源电压，同时信号线直接连接中心处理器的接口I/O。电阻和EEPROM由图3所示的电路提供电源。在测量温度和风速并转换后，将测量数据通过信号线存入EEPROM中实现自动记录数据。本实施例的EEPROM的型号为微芯公司的AT24C256或者采用FLASH或者其他存储类芯片替代EEPROM，如SD类卡等。如将数据存储器内置在中心处理器中，也可以省略此电路。

本实用新型的按键由按键和电阻组成，其中按键的一端与电源正极连接，另一端连接电阻一端，电阻另一端接地。按键和电阻的公共端连接中心处理器的接口I/O。中心处理器定时扫描电平变化以达到感知按键是否按下的目的。本实施例的按键是通用产品。

本实用新型的液晶显示器与中心处理器内部的液晶驱动电路直接相连，中心处理器内部的液晶驱动直接控制液晶显示器，当仪表处于不同模式时，液晶显示器信息做相应更新。本实施例的液晶显示器是通用产品。

本实用新型的USB转换接口由USB插座和USB转RS232芯片组成，其中USB插座与USB转RS232芯片直接相连，USB转RS232芯片与中心控制器内部的SCI直接相连。本实施例的USB转RS232芯片其型号为新华龙公司的CP210X。

本实用新型的外部晶振器两个信号线直接与中心控制器相连。为中心处理器内部的高速时钟和低速时钟提供参考，中心处理器内部的低速时钟作为计时使用，高速时钟通过中心处理器内部的高速时钟倍频而来。本实施例的外部晶振器的型号为精工公司的32K。

本实用新型的一个实施例中，中心处理器的型号为TI公司的MSP430F417，内部含有：CPU、ADC、接口I/0、电源管理、液晶驱动、SCI、高速时钟及低速时钟组成。

风速传感器及风温风湿传感器测量到风速及温度湿度后，采集放大后进入到中心处理器内的ADC中进行AD变换，将变换的结果保存到数据存储器中并对保存的数据的合理性做分析，不合理的数据被删除，并依据算法有选择性的重新采集。

USB转换接口与中心处理器的SCI直接相连，当外部计算机通过USB接口连接仪表时，外部计算机可通过USB口与中心处理器进行数据传输。同时可以通过USB接口从外部计算机取电，不但节省了电池的能耗，同时可以保证通讯可靠进行。

中心处理器内部是有高速和低速两个时钟选择，可在处理数据和与外部计算机通讯时使用高速时钟。在大多数情况下使用低速时钟，使整个系统的功耗降低。这样解决了处理速度与功耗之间的矛盾。

由于实际环境中的风速及温度湿度在不断的变化，这对于测量来说是不利的，只有通过一段时间平均滤波，才能将风速及温度湿度这一参数从变化数据中精确测量出来。根据实际测量结果自动将不符合条件的数据剔除，并将有效数据显示、保存。

上述本实用新型的具体实施例只是作为举例说明本实用新型的技术方案，其中各电路的实现电路以及各主要器件的型号均不能用以限定本实用新型的保护范围；例如，将中心处理器中的ADC改为设在中心处理器外的独立芯片；将中心处理器换作功能相似或高级的中心处理器；外部计算机串行的通讯口直接使用RS232接口；数据存储器使用FLASH或其它型号；使用SD卡类存储设备代替数据存储器；使用中心处理器内部的放大器；风温风湿传感器使用热敏电阻、集成电路或其他测量温湿元件；液晶显示器使用点阵式液晶或其他形式显示方式；电源控制电路的T1使用其他型号的芯片或其他公司芯片；无线模块使用不同频段的无线通讯形式；无线模块使用中央处理器内置的无线收发硬件；诸如一类的技术方案的等同替换都属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种无线风速风温风湿自动记录仪，其特征在于，该记录仪包括：风速传感器、风温风湿传感器、探头、信号处理模块和无线模块，所述的风速传感器置于探头的端部，所述的风温风湿传感器置于探头本体内，探头内部留有空气流动通道及隔温板，所述的风温风湿传感器、风速传感器经过探头和信号线分别与信号处理模块相连，信号处理模块单独与无线模块连接；所述的信号处理模块包括：

信号采集、放大电路，用于采集风温风湿传感器和风速传感器的温度和风速的模拟信号，并将采集的温度和风速的模拟信号进行放大后发送到中心处理器；

中心处理器，用于接收放大的温度和风速的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行滤波，将滤波后的数字信号通过液晶驱动显示到液晶显示器上，并将数字信号存储在数据存储器中；

液晶显示器，用于接收中心处理器的数字信号，中心处理器通过液晶驱动完成控制，液晶显示器通过信号线与中心处理器相连；

数据存储器，用于接收中心处理器发送的数字信号，数据存储器通过信号线与中心处理器相连，并将测量数据保存在数据存储器中；

外部晶振器，用于为中心处理器提供时钟基准，并使中心处理器的高速时钟和低速时钟轮流运行，外部晶振器通过信号线与中心处理器相连；

USB转换接口，用于使无线风速风温风湿自动记录仪与外部计算机进行数据交换，USB转换接口通过信号线与中心处理器相连；

按键，用于人机交互输入对无线风速风温风湿自动记录仪的控制信息，按键通过信号线与中心处理器接口I/O相连，按键的供电由电源直接提供；

电源控制电路，用于对信号采集放大电路和数据存储器进行供电，电源控制电路的电力来源于电源，电源控制电路由中心处理器的接口I/O控制，电源控制电路通过信号线与中心处理器相连；

电源，用于对无线风速风温风湿自动记录仪的电源控制电路、按键及中心处理器进行供电。

无线模块，用于将数据上传或下载。