CN207923679U - 一种基于LoRa的风速廓线仪 - Google Patents

Abstract

一种基于LoRa的风速廓线仪，其结构包括：风向传感器、太阳能电池板、GPS仪、6个风速传感器、6个传感器探头、蓄电池、底座、压力轴承、旋转轴、LoRa无线通信模块、温湿度传感器、天线、大气压力传感器、楔形外壳；其中，太阳能电池板和蓄电池通过导线为风向传感器、GPS仪、风速传感器、LoRa无线通信模块、温湿度传感器、大气压力传感器供电；风向传感器、太阳能电池板、GPS仪、温湿度传感器、天线、大气压力传感器被固定在楔形外壳顶部；传感器探头安装在楔形外壳侧壁上；楔形外壳底部通过旋转轴和压力轴承连接到底座上。本实用新型基于LoRa技术，实现土壤风蚀数据的多测点、大面积的获取。

Description

一种基于LoRa的风速廓线仪

技术领域

本实用新型涉及土壤侵蚀检测领域，具体地说是一种基于基于LoRa的风速廓线仪。

背景技术

随着土壤侵蚀对人类生存环境构成的威胁日益加剧，土壤侵蚀正在引起全世界的关注，风蚀作为土壤侵蚀的一种主要因素，对其研究也越来越受到全世界科学家的重视，因此如何能快捷、准确、可靠的获得土壤风蚀测试数据成为了风蚀研究要解决的首要问题。目前，有许多相关的实验和观测设备，并且相关的土壤风蚀测试手段也在不断完善。一种用来测量近地表风速廓线的风速廓线仪，在土壤风蚀测试数据获取上发挥了重要的作用。

在土壤风蚀研究当中，风速廓线仪作为一种方便、快捷地测量近地表风速随高度变化规律的仪器得到了广泛的应用和发展，然而由于风速传感器体积、功耗及恶劣的测量环境等导致其研究进展相对缓慢。现有风速廓线仪大都以单点测量为主，虽然在土壤风蚀研究中起到了至关重要的作用，但是现有技术存在以下问题：风速廓线仪都以单点测量为主，不能满足现代土壤风蚀研究的需求，特别是不适合于大面积、跨区域的土壤风蚀数据的获取。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于LoRa的风速廓线仪；通过基于LoRa技术，实现土壤风蚀数据的多测点、大面积的获取。

为了达到上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种基于LoRa的风速廓线仪，其结构包括：风向传感器、太阳能电池板、GPS仪、6个风速传感器、6个传感器探头、蓄电池、底座、压力轴承、旋转轴、LoRa无线通信模块、温湿度传感器、天线、大气压力传感器、楔形外壳；其中，太阳能电池板和蓄电池通过导线为风向传感器、GPS仪、风速传感器、LoRa无线通信模块、温湿度传感器、大气压力传感器供电；风向传感器、太阳能电池板、GPS仪、温湿度传感器、天线、大气压力传感器被固定在楔形外壳顶部；传感器探头安装在楔形外壳侧壁上；楔形外壳底部通过旋转轴和压力轴承连接到底座上。

优选的，风向传感器主要用于确定所在地的风向。

优选的，风速廓线仪放置的地方大多无法保证电力正常供应，利用太能电池板可以将光能转换为电能，并存储在固定在设备底座的蓄电池中，保证系统的正常运行。

优选的，GPS仪用来获得所在地的地理位置信息，方便后期的数据分析。

优选的，天线与安装在该风速廓线仪内部LoRa无线通信模块进行连接，用来将风速廓线仪所采集的数据发送至远程的中心节点，GPS仪、风速传感器（6个）、温湿度传感器、大气压力传感器都通过数据线与LoRa无线通信模块相连，利用LoRa无线通信模块和天线实现采集数据的远程无线收发。

优选的，温湿度传感器和大气压力传感器用来测量地表的大气压力。

优选的，根据近地表面风速与对应高度的指数分布规律，将6个传感器探头分别固定在距外壳底面高4cm、8cm、16cm、25cm、32cm、50cm的位置处，同时为了保证系统在极端气候条件下的正常运行。

优选的，6个风速传感器安装在外壳内部，通过数据线与外部的6个风速传感器探头进行连接。

优选的，楔形外壳被固定在旋转轴上，风向发生变化将推动楔形外壳，楔形外壳会带动旋转轴随风向转动，保证风速传感器探头始终正对风来的方向。

优选的，压力轴承在固定旋转轴的同时，可以保证旋转轴的自由转动；压力轴承被焊接到底座上。

优选的，LoRa无线通信模块由AS32-TTL-100模块和单片机组成，单片机的P2.1和P2.2口与AS32-TTL-100模块的MD0和MD1口相连，用于控制AS32-TTL-100模块的工作模式，单片机的RXD与AS32-TTL-100模块的TXD相连，单片机的TXD与AS32-TTL-100模块的RXD相连，实现双方数据的收发。单片机的P2.3口与AS32-TTL-100模块的AUX相连，利用AUX口单片机可以获得AS32-TTL-100模块工作状态以及唤醒外部MCU。

优选的，单片机其他的通用输入输出接口与GPS模块、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器以及大气压力传感器的数据口相连。

优选的，外壳设计成楔形，能够在实际测量过程中起到了气流导向的作用，保证风速廓线仪在起沙风速下能够实现自动风向对准。

有益效果：风速廓线仪利用传感器同时实现了环境温度、湿度、大气压力、地表风速、风向以及经纬度多种数据信息的高精度采集；利用低成本、低功耗的LoRa技术，实现了大范围风速的数据的无线收发，最大传输距离可以达到2000米；结合设备的具体使用环境，本实例选用太阳能供电，解决了野外恶略条件下的供电问题；本实例外壳采用了气流导向强的楔形设计，保证了风速廓线仪在起沙风速条件下的风向自动对准，提高了风速测量的精准度。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型LoRa无线通信模块原理图。

图3是本实用新型数据采集模块原理图。

图4是本实用新型楔形外壳俯视图。

其中附图1中，1-风向传感器、2-太阳能电池板、3-GPS仪、4-风速传感器、5-传感器探头、6-蓄电池、7-底座、8-压力轴承、9-旋转轴、10-LoRa无线通信模块、11-温湿度传感器、12-天线、13-大气压力传感器、14-外壳。

具体实施方式

为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本实用新型的实施方式仅仅是示例性的，并且本实用新型并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型的技术方案，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。

实施例1

本实施例提供了一种基于LoRa的风速廓线仪，如附图1所示，其结构包括：风向传感器1、太阳能电池板2、GPS仪3、6个风速传感器4、6个传感器探头5、蓄电池6、底座7、压力轴承8、旋转轴9、LoRa无线通信模块10、温湿度传感器11、天线12、大气压力传感器13、楔形外壳14；其中，太阳能电池板2和蓄电池6通过导线为风向传感器1、GPS仪3、风速传感器4、LoRa无线通信模块10、温湿度传感器11、大气压力传感器13供电；风向传感器1、太阳能电池板2、GPS仪3、温湿度传感器11、天线12、大气压力传感器13被固定在楔形外壳14顶部；传感器探头5安装在楔形外壳14侧壁上；楔形外壳14底部通过旋转轴9和压力轴承8连接到底座7上。

压力轴承8在固定旋转轴9的同时，可以保证的自由转动；压力轴承9被焊接到底座7上。

进一步的，风向传感器1主要用于确定所在地的风向。

进一步的，风速廓线仪放置的地方大多无法保证电力正常供应，利用太能电池板2可以将光能转换为电能，并存储在固定在设备底座的蓄电池6中，保证系统的正常运行。

进一步的，GPS仪3用来获得所在地的地理位置信息，方便后期的数据分析。

进一步的，天线12与安装在该风速廓线仪内部LoRa无线通信模块10进行连接，用来将风速廓线仪所采集的数据发送至远程的中心节点，GPS仪3、风速传感器4（6个）、温湿度传感器11、大气压力传感器13都通过数据线与LoRa无线通信模块10相连，利用LoRa无线通信模块10和天线12实现采集数据的远程无线收发。

进一步的，温湿度传感器11和大气压力传感器13用来测量地表的大气压力。

进一步的，根据近地表面风速与对应高度的指数分布规律，将6个传感器探头5分别固定在距外壳底面高4cm、8cm、16cm、25cm、32cm、50cm的位置处，同时为了保证系统在极端气候条件下的正常运行，

进一步的，6个风速传感器4安装在外壳14内部，通过数据线与外部的6个风速传感器探头5进行连接。

进一步的，楔形外壳14被固定在旋转轴9上，风向发生变化将推动楔形外壳14，楔形外壳14会带动旋转轴9随风向转动，保证风速传感器探头始终正对风来的方向。

进一步的，压力轴承8在固定旋转轴9的同时，可以保证旋转轴9的自由转动；压力轴承9被焊接到底座7上。

如图2所示，LoRa无线通信模块10由AS32-TTL-100模块102和单片机101组成，单片机101的P2.1和P2.2口与AS32-TTL-100模块102的MD0和MD1口相连，用于控制AS32-TTL-100模块102的工作模式，单片机101的RXD与AS32-TTL-100模块102的TXD相连，单片机101的TXD与AS32-TTL-100模块102的RXD相连，实现双方数据的收发。单片机101的P2.3口与AS32-TTL-100模块102的AUX相连，利用AUX口单片机101可以获得AS32-TTL-100模块102工作状态以及唤醒外部MCU。

如图3所示，单片机101其他的通用输入输出接口与GPS模块、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器以及大气压力传感器的数据口相连。

如图4所示，外壳14设计成楔形，能够在实际测量过程中起到了气流导向的作用，保证风速廓线仪在起沙风速下能够实现自动风向对准。

实施例2

本实施例提供一种基于LoRa的风速廓线仪的工作原理，具体如下：当对分布在不同地点的风速廓线仪上电启动后，所有装有LoRa无线通信模块10的风速廓线仪将组织成一个星型的网络，设备之间以无线的方式来进行通信。每个风速廓线仪的楔形外壳14在风力的影响下带动旋转轴9随着风向转动，装有传感器探头5的表面始终正对风向，6个传感器探头5采集的风速数据发送给风速传感器4。同时，GPS仪3、温湿度传感器11、大气压力传感器13和风向传感器1也会采集设备所在地点的经纬度、海拔高度、温度、湿度、大气压力和风向数据，并传输到设备上的LoRa无线通信模块10中的单片机101上，单片机101对数据进行处理后，转发给AS32-TTL-100模块102，由单片机101控制该模块将数据转发给星型网络中的汇聚节点，由汇聚节点对分布在不同地点的风速廓线仪采集的数据进行处理和存储。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于LoRa的风速廓线仪，其特征在于，其结构包括：风向传感器、太阳能电池板、GPS仪、6个风速传感器、6个传感器探头、蓄电池、底座、压力轴承、旋转轴、LoRa无线通信模块、温湿度传感器、天线、大气压力传感器、楔形外壳；其中，太阳能电池板和蓄电池通过导线为风向传感器、GPS仪、风速传感器、LoRa无线通信模块、温湿度传感器、大气压力传感器供电；风向传感器、太阳能电池板、GPS仪、温湿度传感器、天线、大气压力传感器被固定在楔形外壳顶部；传感器探头安装在楔形外壳侧壁上；楔形外壳底部通过旋转轴和压力轴承连接到底座上。

2.根据权利要求1所述一种基于LoRa的风速廓线仪，其特征在于，天线与安装在该风速廓线仪内部LoRa无线通信模块进行连接，用来将风速廓线仪所采集的数据发送至远程的中心节点，GPS仪、6个风速传感器、温湿度传感器、大气压力传感器都通过数据线与LoRa无线通信模块相连，利用LoRa无线通信模块和天线实现采集数据的远程无线收发。

3.根据权利要求1所述一种基于LoRa的风速廓线仪，其特征在于，6个传感器探头分别固定在距外壳底面高4cm、8cm、16cm、25cm、32cm、50cm的位置处。

4.根据权利要求1所述一种基于LoRa的风速廓线仪，其特征在于，6个风速传感器安装在外壳内部，通过数据线与外部的6个风速传感器探头进行连接。

5.根据权利要求1所述一种基于LoRa的风速廓线仪，其特征在于，压力轴承在固定旋转轴的同时，可以保证旋转轴的自由转动；压力轴承被焊接到底座上。

6.根据权利要求1所述一种基于LoRa的风速廓线仪，其特征在于，LoRa无线通信模块由AS32-TTL-100模块和单片机组成，单片机的P2.1和P2.2口与AS32-TTL-100模块的MD0和MD1口相连，用于控制AS32-TTL-100模块的工作模式，单片机的RXD与AS32-TTL-100模块的TXD相连，单片机的TXD与AS32-TTL-100模块的RXD相连，实现双方数据的收发；单片机的P2.3口与AS32-TTL-100模块的AUX相连，利用AUX口单片机可以获得AS32-TTL-100模块工作状态以及唤醒外部MCU。