CN204882605U - 基于单片机的风速测试仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于单片机的风速测试仪，包括力学传感器，A/D转换芯片，单片机、显示器、复位与晶振电路、电源；显示器安装在单片机母座上方；力学传感器为全桥式应变片式传感器，由四组黏贴在弹性元件上的力敏电阻感应元件组成；复位与晶振电路与单片机相连，提供稳定的周期性信号源；力学传感器将检测到的信号输入到A/D转换芯片，经过单片机处理后将风速等级输出到显示器。本实用新型通过单片机来测定计算风速大小的测量装置实现在一般环境风速条件下实现风速的测量，精度在0.1m/s，误差不大于0.2m/s，成本较低，适合大范围推广应用。
Description
技术领域
本实用新型电子电路领域，更具体地涉及一种基于单片机的风速测试仪。
背景技术
风速仪在我们正常的生产生活中有着不可或缺的重要地位，在一些场合中把握风的流速与方向能够更好地规避风险，提高效率，减少不必要的损失。风速仪也被广泛运用于各种气流监测的方向上，从而有效控制生产成本。所以说，风速仪的研究使用价值巨大，是有现实意义的。
传统的测量技术从系统上来说不管在测量方法还是统计结论上都比较简陋，大多数情况下就是在简单仪表测量的基础上加以概括统计，完全由人工来进行风速测量，整个系统的人力成本昂贵，而且可靠性不高。随着社会的发展，老式的风速测量系统越来越不能满足要求，新式风速仪应运而生。这里简单介绍几种随着现代科技水平提高产生的新型风速测量仪器。
风杯式风速仪是最早出现并投入生产生活中的现代化风速仪，即使在风速仪高度发展的今天也是颇为常见。它由三到四个互为犄角的风杯拼凑而成，安装在一个可以灵活转动的架子上。一旦受到风的压力，它会产生正比于风力大小的转动。这个转动可以通过光电效应或者电磁感应转化为相应的电信号，通过计算电信号的频率来得出风力大小，再通过一些修正优化得出实际风速。它的优点在于原理简易，成本低下，测量结果也是较为准确的。
热敏式风速仪是最近兴起的高精度风速测量仪器之一，其基本原理在于气流的运动带走预先加热过的热敏材料上的热量。在热补偿的过程中计算出此材料的重新回到对应温度所消耗掉的热量。消耗掉的热量与风速的大小有一定的函数关系，从而能够计算出风速的大小。热敏式风速仪对于小风速情况下的温度变化较为敏感，适用于小风速的测量环境，本身对于环境温度的要求也比较高。
皮托管式风速仪顾名思义是一种通过皮托管来测量风速的仪器。皮托管由一根直角弯折的金属管作为主体，包括感测头，内外管，管柱与导管。主要通过气体流经皮托管外时产生的压力与皮托管内部的压力经过函数计算得出动压，也就是风压大小，再根据伯努利公式推导出风速大小。这种风速仪由于受到风压大小的限制，适用面较前两种风速仪更小。主要适用于复杂环境的小风速测量，对于大风速，不定向风速，这种装置的效果就相对较差。
实用新型内容
1、本实用新型的目的。
本实用新型为了解决现有技术中测试精度不够，适应性差的问题而提出了一种基于单片机的风速测试仪。
2、本实用新型所采用的技术方案。
基于单片机的风速测试仪，包括力学传感器，A/D转换芯片，单片机、显示器、复位与晶振电路、电源；显示器安装在单片机母座上方；力学传感器为全桥式应变片式传感器，由四组黏贴在弹性元件上的力敏电阻感应元件组成；复位与晶振电路与单片机相连，提供稳定的周期性信号源；力学传感器将检测到的信号输入到A/D转换芯片，经过单片机处理后将风速等级输出到显示器。
全桥式应变片式传感器所接入的四片应变片，使相邻桥臂应变片应变状态相反，相对桥臂应变片应变状态相同。这样产生的电量变化是单臂应变片的四倍，其灵敏度也为单片工作时的4倍，同时由于使用了四片应变片，桥式电路本身还具有一定的温度补偿功能。
虽然全桥式应变片式传感器内部已经集成了一个运算放大器，但是本身桥式电路产生的电流信号比较微弱，增加一个运算放大器，将压力传感器的信号进行放大后输入到A/D转换芯片，使它的测量结果趋于精确稳定。
所述的单片机为MSC-51单片机
所述的复位与晶振电路为12MHZ的石英晶体振荡器，所述的石英晶体振荡器连上单片机的输入和输出引脚，再并联两个电容，生成一个稳定的自激励振荡电路。
所述的A/D转换芯片为HX711-BF芯片。
1、本实用新型的有益效果。
本实用新型通过单片机来测定计算风速大小的测量装置，它属于皮托管式风速仪的一个基础变种，根据空气流动产生的推力对压力传感器产生压迫。利用这个压迫力，压力传感器会生成相对应的电信号，根据电信号的大小来求出风速的大小，这种风速计成本较低适合一般情况下的民用大范围测量。本风速仪的实现在一般环境风速条件（一到十三级，干燥平原地区）下实现风速的测量，精度在0.1m/s，误差不大于0.2m/s。
附图说明
图1本实用新型的结构图。
图2本实用新型力学传感器的结构图。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本实用新型方案的限制，任何依据本实用新型构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本实用新型的技术方案范畴。
实施例
选用了精度为1g，量程为20000g的HL8力学传感器。使用了1.5v的四节干电池为整个电路供电，使整个电路处于稳定工作状态。A/D转换芯片采用HX711-BF(24位)芯片实现模拟信号到数字信号的转换。LCD液晶屏需要人们的直观认识，可以放在单片机母座的上方，排线与排母安装在焊接电路下方，由于通过较大电流的原因，容易发热发烫，排线部分需要单独放置一排，能和三极管，力学传感器或者晶振焊接到一起，否则可能会引起测试偏差，或者直接导致晶振毁坏。传感器部分需要外接，因为对应的亚克力挡板占面积很大，如果将传感器焊接在PCB板上，其他零部件将无法焊接，而一个灵活的受力面也有益于风速仪正对风压方向，使我们更好地测量风速。
如图1所示，本发明的具体结构包括力学传感器，运算放大器，A/D转换芯片，单片机、显示器、复位与晶振电路、电源；显示器安装在单片机母座上方；力学传感器为全桥式应变片式传感器，由四组黏贴在弹性元件上的力敏电阻感应元件组成；复位与晶振电路与单片机相连，提供稳定的周期性信号源；力学传感器将检测到的信号输入到运算放大器，运算放大器将放大的信号输入到A/D转换芯片，经过单片机处理后将风速等级输出到显示器。
如图2所示，其中力学传感器采用全桥式应变片式传感器所接入的四片应变片，使相邻桥臂应变片应变状态相反，相对桥臂应变片应变状态相同。这样产生的电量变化是单臂应变片的四倍，其灵敏度也为单片工作时的4倍，同时由于使用了四片应变片，桥式电路本身还具有一定的温度补偿功能。
本风速仪的设计目标是实现在一般环境风速条件（一到十三级，干燥平原地区）下实现风速的测量，精度在0.1m/s，误差不大于0.2m/s。同时在LCD显示屏上显示出所受力的大小（单位g），风速大小（单位m/s)，与风级的数字标注。
Claims (6)
1.一种基于单片机的风速测试仪，其特征在于：包括力学传感器，A/D转换芯片，单片机、显示器、复位与晶振电路、电源；显示器安装在单片机母座上方；力学传感器为全桥式应变片式传感器，由四组黏贴在弹性元件上的力敏电阻感应元件组成；复位与晶振电路与单片机相连，提供稳定的周期性信号源；力学传感器将检测到的信号输入到A/D转换芯片，经过单片机处理后将风速等级输出到显示器。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的风速测试仪，其特征在于：还包括运算放大器，将压力传感器的信号进行放大后输入到A/D转换芯片。
3.根据权利要求1所述的基于单片机的风速测试仪，其特征在于：所述的单片机为MSC-51单片机。
4.根据权利要求1所述的基于单片机的风速测试仪，其特征在于：所述的复位与晶振电路为12MHZ的石英晶体振荡器。
5.根据权利要求4所述的基于单片机的风速测试仪，其特征在于：所述的石英晶体振荡器连上单片机的输入和输出引脚，并联两个电容，生成一个稳定的自激励振荡电路。
6.根据权利要求1所述的基于单片机的风速测试仪，其特征在于：所述的A/D转换芯片为HX711-BF芯片。
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