CN208172033U - 一种微型无线风速风向仪 - Google Patents
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Abstract
一种微型无线风速风向仪，包括主机和风速风向传感器探头，所述主机包括外壳和主控板，所述风速风向仪传感器探头包括MEMS风速传感器芯片和壳体，所述壳体的四个侧面的分别嵌有一个MEMS风速传感器芯片，每个MEMS风速传感器芯片对应检测东南西北四个方向的风速，通过导线与主控板连接。所述主控板包括电源模块、电容检测模块、MCU、通讯模块，所述电容检测模块与所述MCU相连，用以将MEMS风速传感器芯片测量的电容值通过串行外设接口传送到MCU，所述通讯模块将MCU解算的风速风向值通过无线方式发送到云服务器，用户可远程查看各监控点位的风力风向值。本实用新型结构简单功耗低，测量精度高，采用无线传输模式组网方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及风速及风向测量技术领域，尤其涉及一种微型无线风速风向仪。
背景技术
风向、风速仪主要用于测量瞬时风速风向和平均风速风向，广泛运用于风力发电、气象监测等技术领域。目前应用最广泛的风速风向仪主要有机械式风速风向仪和超声波风速风向仪，机械式风速仪与风向仪是两者分离的，结构简单、价格低廉是其最大优点，然而其最大缺点是有旋转件，存在磨损损耗，易被风沙损耗，易受冰冻、雨雪天气干扰，需定期维护，而超声波风速风向仪整体结构复杂，重量大，价格高。
发明内容
本实用新型针对上述现有技术存在的问题，提供了一种微型无线风速风向仪，体积微型化，功耗低，不存在机械旋转件，使用寿命更长。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的。
一种微型无线风速风向仪包括主机和风速风向传感器探头。
所述风速风向传感器探头包括壳体和四个MEMS风速传感器芯片，所述壳体主要作用是支撑固定MEMS风速传感器芯片，壳体的四个侧面的分别嵌有一个MEMS风速传感器芯片，每个MEMS风速传感器芯片对应检测东南西北四个方向的风速，4个MEMS风速传感器芯片通过引出导线与主机内的主控板连接，所述壳体下部设有外螺纹，所述风速风向传感器探头通过外螺纹安装于主机顶部。
进一步地，所述MEMS风速传感器芯片包括基底、薄膜、电极和引脚，所述基底一面开有一个方形槽和一个连通方形槽与芯片外部的通道，所述薄膜覆于方形槽上方，薄膜与方形槽形成一个腔体，基底上的通道可保持腔体内部气压与外界气压平衡，所述电极位于腔体内部，电极的一极在薄膜的下表面，另一极在方形槽底部，所述引脚分别从电极两端引出，用于外部接线。
测量风速时，外界风吹向MEMS风速传感器芯片的薄膜，由于薄膜下方腔体经由基底上的通道与外界相通，腔体内的气压与外界气压保持平衡，因此薄膜的形变量由风压的大小决定。MEMS风速传感器芯片将风压转换为薄膜形变量，薄膜形变量又通过所述电极转换成可测量的电容值。因此所述主控板可通过测量MEMS风速传感器芯片的电容值来测量风速大小。
所述主机包括外壳和主控板。
所述外壳为密封结构，防水防尘，使风速风向仪适应各种工作环境，外壳顶部设有一个螺纹孔，用于安装风速风向传感器探头，外壳下部均匀分布四个安装孔，方便风速风向仪安装固定。
所述主控板包括电源模块、电容检测模块、MCU、通讯模块。
所述电源模块用以给所述主控板供电，采用锂电池供电。
所述电容检测模块与所述MCU相连，用以测量MEMS风速传感器芯片的电容值，并通过串行外设接口传送到MCU。
优选地，所述电容检测模块采用电容测量芯片Pcap01A。所述MEMS风速传感器芯片引脚一端接地，另一端接入电容测量芯片Pcap01A，四个MEMS风速传感器芯片共地的布线方法可补偿电容测量芯片Pcap01A内部寄生电容，由此可减少电容值测量误差，同时电容测量芯片Pcap01A外接温敏电阻，可通过测量温度进行温度系数补偿，防止温度对电容值测量精度的影响。
所述MCU接收所述电容检测模块发送的电容值数据，并通过一定算法将电容值转换为各方向风速值，进一步通过向量平行四边形法则，将各方向风速值合成为实际风速值及风向。
所述通讯模块与所述MCU相连，用以将MCU解算的风速风向值通过无线方式发送到云服务器。
进一步地，所述通信模块采用低功耗无线物联网传输模块，备用GPRS/3G/4G网络、Zigbee中的一种或多种进行组合。
进一步地，所述低功耗无线物联网传输模块采用LoRa或NB-IOT通信芯片。
用户可通过用户终端远程访问云服务器，查看各监控点位的风力风向值。
本实用新型通过MEMS风速传感器芯片测量风向风速，外形尺寸小、结构简单、功耗低，风速风向传感器探头通过外螺纹安装于主机顶部，不存在机械旋转件，使用寿命长；采用低功耗无线传输模式，备用多种通信方式，适合多种行业应用场景。
附图说明
图1是微型无线风速风向仪外部结构图。
图2是风速风向传感器探头结构图。
图3是 MEMS风速传感器芯片剖面图。
图4是主控板框架图。
图5是MEMS风速传感器芯片与电容检测模块的电路图。
图6是MCU及外设电路图。
图7是通讯模块电路图。
附图标记说明：风速风向传感器探头1，MEMS风速传感器芯片11，基底111，薄膜112，电极113，腔体1111，通道1112，风速风向传感器探头壳体12，外螺纹121，导线13，主机2，安装孔21。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限定于此。
如图1所示，一种微型无线风速风向仪包括主机2和风速风向传感器探头1。
如图1和图2所示，所述风速风向传感器探头1包括壳体12和四个MEMS风速传感器芯片11，所述壳体12主要作用是支撑固定MEMS风速传感器芯片11，壳体12的四个侧面的分别嵌有一个MEMS风速传感器芯片11，每个MEMS风速传感器芯片11对应检测东南西北四个方向的风速，4个MEMS风速传感器芯片11通过引出导线13与主机2内的主控板连接，所述壳体12下部设有外螺纹121，所述风速风向传感器探头1通过外螺纹121安装于主机2顶部。
进一步地，如图3所示，所述MEMS风速传感器芯片包括基底111、薄膜112、电极113和引脚，所述基底111一面开有一个方形槽1111和一个连通方形槽与芯片外部的通道1112，所述薄膜112覆于方形槽1111上方，薄膜112与方形槽1111形成一个腔体，基底111上的通道1112可保持腔体内部气压与外界气压平衡，所述电极113位于腔体内部，电极113的一极在薄膜112的下表面，另一极在方形槽1111底部，所述引脚分别从电极113两端引出，用于外部接线。
测量风速时，外界风吹向MEMS风速传感器芯片11的薄膜112，由于薄膜112下方腔体经由基底上的通道1112与外界相通，腔体内的气压与外界气压保持平衡，因此薄膜112的形变量由风压的大小决定。MEMS风速传感器芯片将风压转换为薄膜形变量，薄膜形变量又通过所述电极113转换成可测量的电容值。因此所述主控板可通过测量MEMS风速传感器芯片11的电容值来测量风速大小。
所述主机包括外壳和主控板。
如图1所示，所述外壳为密封结构，防水防尘，使风速风向仪适应各种工作环境，外壳顶部设有一个螺纹孔，用于安装风速风向传感器探头，外壳下部均匀分布四个安装孔21，方便风速风向仪安装固定。
如图4所示，所述主控板包括电源模块、电容检测模块、MCU、通讯模块。
所述电源模块用以给所述主控板供电，采用锂电池供电。
如图5和图6所示，所述电容检测模块与所述MCU相连，用以测量MEMS风速传感器芯片的电容值，并通过串行外设接口传送到MCU。
优选地，所述电容检测模块采用电容测量芯片Pcap01A。如图5所示，所述MEMS风速传感器芯片引脚一端接地，另一端接入电容测量芯片Pcap01A，四个MEMS风速传感器芯片共地的布线方法可补偿电容测量芯片Pcap01A内部寄生电容，由此可减少电容值测量误差，同时电容测量芯片Pcap01A外接温敏电阻，可通过测量温度进行温度系数补偿，防止温度对电容值测量精度的影响。
所述MCU接收所述电容检测模块发送的电容值数据，并通过一定算法将电容值转换为各方向风速值，进一步通过向量平行四边形法则，将各方向风速值合成为实际风速值及风向。
如图6所示，所述MCU采用STM32L051C8芯片。
所述通讯模块与所述MCU相连，用以将MCU解算的风速风向值通过无线方式发送到云服务器。
进一步地，所述通信模块采用低功耗无线物联网传输模块，备用GPRS/3G/4G网络、Zigbee中的一种或多种进行组合。
进一步地，如图7所示，所述低功耗无线物联网传输模块采用LoRa通信芯片。
用户可通过用户终端远程访问云服务器，查看各监控点位的风力风向值，接收报警提醒。
以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种微型无线风速风向仪，包括主机和风速风向传感器探头，其特征在于：所述主机包括外壳和主控板；
所述风速风向传感器探头包括壳体和四个MEMS风速传感器芯片，所述壳体主要作用是支撑固定MEMS风速传感器芯片，壳体的四个侧面的分别嵌有一个MEMS风速传感器芯片，每个MEMS风速传感器芯片对应检测东南西北四个方向的风速，4个MEMS风速传感器芯片通过引出导线与主机内的主控板连接，所述壳体下部设有外螺纹，所述风速风向传感器探头通过外螺纹安装于主机顶部；
所述主控板包括电源模块、电容检测模块、MCU、通讯模块。
2.如权利要求1所述的一种微型无线风速风向仪，其特征在于：所述外壳为密封结构，外壳顶部设有一个螺纹孔，用于安装风速风向传感器探头，外壳下部均匀分布四个安装孔，方便风速风向仪安装固定。
3.如权利要求1所述的一种微型无线风速风向仪，其特征在于：所述MEMS风速传感器芯片包括基底、薄膜、电极和引脚，所述基底一面开有一个方形槽和一个连通方形槽与芯片外部的通道，所述薄膜覆于方形槽上方，薄膜与方形槽形成一个腔体，基底上的通道可保持腔体内部气压与外界气压平衡，所述电极位于腔体内部，电极的一极在薄膜的下表面，另一极在方形槽底部，所述引脚分别从电极两端引出，用于外部接线。
4.如权利要求1所述的一种微型无线风速风向仪，其特征在于：所述电源模块用以给所述主控板供电，采用锂电池供电。
5.如权利要求1所述的一种微型无线风速风向仪，其特征在于：所述电容检测模块选用电容测量芯片Pcap01A，用以测量MEMS风速传感器芯片的电容值，并通过串行外设接口传送到MCU。
6.如权利要求1或5所述的一种微型无线风速风向仪，其特征在于：所述MEMS风速传感器芯片引脚一端接地，另一端接入电容测量芯片Pcap01A，同时电容测量芯片Pcap01A外接温敏电阻。
7.如权利要求1所述的一种微型无线风速风向仪，其特征在于：所述通讯模块与所述MCU相连，用以将MCU解算的风速风向值通过无线方式发送到云服务器，采用低功耗无线物联网传输模块，备用GPRS/3G/4G网络、Zigbee中的一种或多种进行组合。
8.如权利要求7所述的一种微型无线风速风向仪，其特征在于：所述低功耗无线物联网传输模块采用LoRa或NB-IOT通信芯片。
9.如权利要求1所述的一种微型无线风速风向仪，其特征在于：所述MCU采用STM32L051C8芯片。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201820500975.4U CN208172033U (zh) | 2018-04-10 | 2018-04-10 | 一种微型无线风速风向仪 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108490211A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-09-04 | 中物联（天津）科技发展有限公司 | 一种微型无线风速风向仪 |
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2018
- 2018-04-10 CN CN201820500975.4U patent/CN208172033U/zh active Active
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