CN208507068U - 一种风板控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风板控制装置，包括底座、风板、单片机以及分别与所述单片机电连接的按键模块、显示模块和电源模块；所述风板上设有角度传感器，所述风板的一端可转动地连接在所述底座上，所述底座上设有第一风机和第二风机，且所述第一风机的出风口正对所述风板的一侧壁，所述第二风机的出风口正对所述风板的另一侧壁，在所述第一风机和所述第二风机工作时，所述显示模块显示所述风板在所述第一风机和所述第二风机之间转动的角度。本实用新型实施例能够有效地提高风板倾斜角度调节的准确率，并提高实验效率。

Description

一种风板控制装置

技术领域

本实用新型涉及风板实验技术领域，尤其是涉及一种风板控制装置。

背景技术

目前，风板控制装置用于教学活动中的风力测试实验，通过设置在其两侧的风扇调节调节风速，以实现风板倾斜角度的调节。

但是，市场上的风板控制装置结构简单，且制作成本较高，而且在实验过程中，一般通过人眼观察风板在角度指示计上的角度，以读出风板的倾斜角度，这样不仅容易导致实验数据误差大，而且实验效率低，不方便实验操作。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种风板控制装置，以解决现有的风板控制装置通过人眼观察读出风板的倾斜角度，实验数据误差大，实验效率低的技术问题，以有效地提高风板倾斜角度调节的准确率，并提高实验效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种风板控制装置，包括底座、风板、单片机以及分别与所述单片机电连接的按键模块、显示模块和电源模块；

所述风板上设有角度传感器，所述风板的一端可转动地连接在所述底座上，所述底座上设有分别与所述单片机电连接的第一风机和第二风机，且所述第一风机的出风口正对所述风板的一侧壁，所述第二风机的出风口正对所述风板的另一侧壁，在所述第一风机和所述第二风机工作时，所述显示模块显示所述风板在所述第一风机和所述第二风机之间转动的角度。

作为优选方案，所述按键模块包括按键控制板以及设于所述按键控制板上的用于调节所述第一风机的转速的第一按键、用于调节所述第二风机的转速的第二按键，所述按键控制板的输出端与所述单片机的控制端电连接，所述按键控制板的第一输入端与所述第一按键电连接，所述按键控制板的第二输入端与所述第二按键电连接。

作为优选方案，所述按键模块还包括用于粗调所述风板在所述第一风机和所述第二风机之间的角度的第三按键，用于微调所述风板在所述第一风机和所述第二风机之间的角度的第四按键，所述按键控制板的第三输入端与所述第三按键电连接，所述按键控制板的第四输入端与所述第四按键电连接。

作为优选方案，所述风板控制装置还包括声光报警模块，所述声光报警模块的输出端与所述单片机的报警控制端电连接。

作为优选方案，所述角度传感器为MPU6050六轴角度传感器。

作为优选方案，所述风板的材料为聚苯乙烯。

作为优选方案，所述风板控制装置还包括电机驱动模块，所述电机驱动模块的输入端与所述单片机的风机控制端电连接，所述电机驱动模块的第一输出端与所述第一风机的控制端电连接，所述电机驱动模块的第二输出端与所述第二风机的控制端电连接。

作为优选方案，所述风板的一端设有摆动轴，所述底座上设有第一支撑座和第二支撑座，所述摆动轴的一端可转动地连接在所述第一支撑座上，所述摆动轴的另一端可转动地连接在所述第二支撑座上。

作为优选方案，所述第一风机和所述第二风机关于所述风板的一端对称。

作为优选方案，所述底座上设有用于限定所述风板摆动角度阈值的第一限位支架和第二限位支架，在所述第一风机和所述第二风机停机时，所述风板的一侧壁抵靠在所述第一限位支架的端部上；或，所述风板的另一侧壁抵靠在所述第二限位支架的端部上

相比于现有技术，本实用新型实施例的有益效果在于，本实用新型提供了一种风板控制装置，包括底座、风板、单片机以及分别与所述单片机电连接的按键模块、显示模块和电源模块；所述风板上设有角度传感器，所述风板的一端可转动地连接在所述底座上，所述底座上设有第一风机和第二风机，且所述第一风机的出风口正对所述风板的一侧壁，所述第二风机的出风口正对所述风板的另一侧壁，在所述第一风机和所述第二风机工作时，所述显示模块显示所述风板在所述第一风机和所述第二风机之间转动的角度。通过所述单片机作为核心控制器，控制所述第一风机和所述第二风机的转速，以使所述风板在所述底座上摆动；所述角度传感器可实时监测所述风板的摆动角度，并将检测到的摆动角度信息传输到所述单片机，由所述单片机进行处理并控制所述显示模块显示摆动角度的数据信息，用户通过所述显示模块可清楚地读出所述风板在所述底座上的角度，以进行相应的角度调节，从而有效地提高风板倾斜角度调节的准确率，省去了通过人眼观察数据的反复过程和时间，进而提高了实验效率。同时，用户可通过控制所述按键模块调节所述第一风机和所述第二风机的转速，从而使得所述风板根据用户的需求摆动到一定的角度并保持固定，以达到实验目的。本实用新型还提供了一种风板控制方法。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的风板控制装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的风板控制装置的电路结构图；

图3是本实用新型实施例中的风板控制装置的程序流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1和图2，本实用新型优选实施例提供了一种风板控制装置，包括底座、20风板、单片机10以及分别与所述单片机10电连接的按键模块14、显示模块和电源模块19；所述风板23上设有角度传感器12，所述风板23的一端可转动地连接在所述底座20上，所述底座20上设有分别与所述单片机10电连接的第一风机15和第二风机16，且所述第一风机15的出风口正对所述风板16的一侧壁，所述第二风机16的出风口正对所述风板23的另一侧壁，在所述第一风机15和所述第二风机16工作时，所述显示模块13显示所述风板23在所述第一风机15和所述第二风机16之间转动的角度。

所述角度传感器12，用于检测所述风板23在所述第一风机15和所述第二风机16之间的摆动角度，并将检测到的摆动角度信号传输到所述单片机10；

所述单片机10，用于接收和处理所述角度传感器12检测到的摆动角度的信号，并将处理结果传输到所述显示模块13，以及控制所述第一风机15和所述第二风机16的转速；

所述按键模块14，用于触发所述单片机10调节所述第一风机15和所述第二风机16的转速；

所述显示模块13，用于显示所述风板23的摆动角度；

所述电源模块19，用于为所述单片机10提供电源。

在本实用新型实施例中，通过所述单片机10作为核心控制器，控制所述第一风机15和所述第二风机16的转速，以使所述风板23在所述底座20上摆动；所述角度传感器12可实时监测所述风板23的摆动角度，并将检测到的摆动角度信息传输到所述单片机10，由所述单片机10进行处理并控制所述显示模块13显示摆动角度的数据信息，用户通过所述显示模块13可清楚地读出所述风板23在所述底座20上的角度，以进行相应的角度调节，从而有效地提高风板23倾斜角度调节的准确率，省去了通过人眼观察数据的反复过程和时间，进而提高了实验效率。同时，用户可通过控制所述按键模块14调节所述第一风机15和所述第二风机16的转速，从而使得所述风板23根据用户的需求摆动到一定的角度并保持固定，以达到实验目的。

在本实施例中，应当说明的是，所述单片机10为STM32F1系列单片机，所述单片机10以PWM方式控制所述第一风机15和所述第二风机16的电机工作，从而控制所述第一风机15和所述第二风机16的转速，所述风板控制装置的程序流程图如图3所示。所述单片机10通过所述角度传感器12检测所述风板23的摆动角度信号并进行处理，输出输出相应的PWM信号，由PWM信号分别控制所述第一风机15、所述第二风机16进行转动，从而产生不同或者相同的风速，以使所述风板23往用户设定的方向进行摆动。另外，所述单片机10成本较低，操作简单，从而降低所述风板控制装置的成本，并提高了所述风板控制装置用于教学实验的可靠性和便捷性。

此外，STM32单片机代表ARM Cortex-M内核的32位微控制器，具有高性能，实时性强，低功耗，便于低电压操作等优点，同时还易于开发。其中增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是32位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。而所述显示模块13包括但不限于OLED液晶显示、LED显示模块13等。

在本实施例中，所述第一风机15和所述第二风机16均为直流轴流风扇，其结合L298N模块即可简单有效地通过所述单片机10的PWM方式进行控制，从而降低所述风板控制装置的成本，并且所述直流轴流风扇的转速控制较为准确，所述单片机10能够有效地控制直流轴流风扇的转从而达到控制所述风板23的摆动角度的目的。

请参见图1和图2，在本发明实施例中，所述按键模块14包括按键控制板以及设于所述按键控制板上的用于调节所述第一风机15的转速的第一按键、用于调节所述第二风机16的转速的第二按键，所述按键控制板的输出端与所述单片机10的控制端电连接，所述按键控制板的第一输入端与所述第一按键电连接，所述按键控制板的第二输入端与所述第二按键电连接。当需要调节所述风板23的摆动角度时，用户按下所述第一按键或按下第二按键，从而对应控制所述第一风机15的转速和所述第二风机16的转速，以达到调节所述风板23的摆动角度的目的。在本实施例中，采用键盘按键输入，有独立式和矩阵式可供选择。在由于所述单片机10的I/O口资源较富余，因此采用独立式按键，所要设置的具体按键数量，以及各按键的相应职能，可依据实际控制需求做出合适的选择。

在本实施例中，应当说明的是，当所述第一风机15的转速大于所述第二风机16的转速时，所述风板23两侧的风速不均，即所述第一风机15的出风口吹出的风速大于所述第二风机16的出风口吹出的风速，因此所述风板23往所述第二风机16的方向摆动。同理可得，当所述第一风机15的转速小于所述第二风机16的转速时，所述风板23往所述第一风机15的方向摆动。

请参见图1和图2，在本发明实施例中，所述按键模块14还包括用于粗调所述风板23在所述第一风机15和所述第二风机16之间的角度的第三按键，用于微调所述风板23在所述第一风机15和所述第二风机16之间的角度的第四按键，所述按键控制板的第三输入端与所述第三按键电连接，所述按键控制板的第四输入端与所述第四按键电连接。通过所述第三按键的粗调和所述第四按键的微调，使得所述风板23的摆动角度停留在设定的角度上，从而有效地提高所述风板23倾斜角度读数的准确率，并节省实验时间和提高实验效率。

在本实施例中，应当说明的是，采用了“粗调+微调”纠错调节的方式来完成所述风板23要求的角度设定功能。该方法调节效率高，绝对误差较小。根据预设的摆动角度范围，和所述风板23的预置角度，按照用户所需要的角度设定一个初始转速，通过所述第三按键使得所述风板23摆动到一个粗调范围内，然后在这个粗调范围内设定微调的最小步进并通过所述第四按键进行控制；所述第四按键通过改变PWM波高电平的占空比，微调转速，从而使风板23能够停留在规定的角度。

可以理解的，在本实用新型实施例中，也可通过所述第一按键和所述第二按键进行“粗调+微调”纠错调节的方式，通过所述第一按键和所述第二按键分别控制所述第一风机15和所述第二风机16，先按照用户所需要的角度设定一个初始转速，使得所述风板23摆动到一个粗调范围内，然后在这个粗调范围内设定微调的最小步进进行控制；所述第一按键和所述第二按键通过改变PWM波高电平的占空比，微调转速，从而使风板23能够停留在规定的角度。

请参见图1和图2，在本实用新型实施例中，所述风板控制装置还包括声光报警模块18，所述声光报警模块18的输出端与所述单片机10的报警控制端电连接。当所述角度传感器12检测到所述风板23的摆动角度和预设的角度一致并稳定时，所述声光报警模块18的蜂鸣器会发出报警提示，同时所述声光报警模块18的LED灯也会点亮，以提示所述风板23已达到用户的目标角度。

在本实用新型实施例中，所述电机驱动模块17工作电压为12V。所述单片机10及外围芯片电路的工作电压为5V，电流0.2A，电压相差较大，如果采用双电源6V和18-20V，可以满足需要，但需要分别整流、滤波、稳压。综上所述，本实用新型采用带有电源适配器电源供电，可以满足不同电压等级的工作需要。

请参见图1和图2，在本实用新型实施例中，所述角度传感器12为MPU6050六轴角度传感器12。所述角度传感器12的具体型号包括但不限于MPU6050，MPU-6000(6050)为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了大量的包装空间。MPU6000(6050)整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，并为应用开发提供架构化的API。

请参见图1，在本实用新型实施例中，所述风板23的材料为聚苯乙烯。由于所述风板23的材料是确定直流风机功率大小的最重要的条件，采用聚苯乙烯材料能够使得所述风板23的质量小，且不易产生变形，同时加工简单方便。所述风板23可采用聚苯乙烯材料的KT板。

请参见图1和图2，在本实用新型实施例中，所述风板控制装置还包括电机驱动模块17，所述电机驱动模块17的输入端与所述单片机10的风机控制端电连接，所述电机驱动模块17的第一输出端与所述第一风机15的控制端电连接，所述电机驱动模块17的第二输出端与所述第二风机16的控制端电连接。所述单片机10输出PWM到所述第一风机15和所述第二风机16，以调节所述第一风机15和所述第二风机16的转速，从而调节所述风板23两侧风速的大小。通过所述电机驱动模块17，能够提高所述单片机10控制所述第一风机15和所述第二风机16的稳定性，从而提高实验数据的准确率。

在本实用新型实施例中，应当说明的是，所述电机驱动模块17采用集成驱动电路芯片如L298N。由于L298N模块构成的所述电机驱动模块17具有操作方便，集成度高，响应频率快，而且稳定性好，性能优良等诸多优点，因此可以通过所述电机驱动模块17方便地实现风扇的动作。所述单片机10的IO口与所述电机驱动模块17电连接，且所述单片机10输出PWM实现风扇对风板23的控制。

请参见图1，在本实用新型实施例中，所述风板23的一端设有摆动轴26，所述底座20上设有第一支撑座24和第二支撑座25，所述摆动轴26的一端可转动地连接在所述第一支撑座24上，所述摆动轴26的另一端可转动地连接在所述第二支撑座25上，从而使得所述风板23的一端通过所述摆动轴26在所述第一支撑座24和所述第二支撑座25之间转动。且所述摆动轴26的灵活性较高，在所述第一风机15和所述第二风机16吹动所述风板23摆动时，所述摆动轴26能够减少摩擦阻力，从而减少实验误差。

请参见图1，在本实用新型实施例中，所述第一风机15和所述第二风机16关于所述风板23的一端对称。为了得到有效的实验数据，所述第一风机15和所述第二风机16关于所述风板23的一端对称，使得所述第一风机15和所述第二风机16吹出的风作用在所述风板23同一位置的正反两面，保证了所述风板23摆动的均匀性和稳定性，避免由于所述第一风机15和所述第二风机16由于位置不一致而造成实验数据的误差，从而便于获得可靠的数据并达到实验目的。

请参见图1，在本实用新型实施例中，所述底座20上设有用于限定所述风板23摆动角度阈值的第一限位支架和第二限位支架，在所述第一风机15和所述第二风机16停机时，所述风板23的一侧壁抵靠在所述第一限位支架的端部上；或，所述风板23的另一侧壁抵靠在所述第二限位支架的端部上。在本实施例中，所述第一限位支架和所述第二限位支架关于所述风板23的一端对称，具有角度限定的作用。且所述第一限位支架和所述第二限位支架的高度相同，当所述风板23抵靠在所述第一限位支架的端部上；或，所述风板23的另一侧壁抵靠在所述第二限位支架的端部上时，所述风板23与所述第一限位支架所构成的倾斜角度为45度，同样地，所述风板23与所述第一限位支架所构成的倾斜角度为45度，从而使得所述风板23在所述第一限位支架和所述第二限位支架之间的倾斜角范围为45度至135度。

在本实用新型实施例中，应当说明的是，由于所述显示模块13显示的角度范围是±90度，因此在采集的角度基础上增加90度。由于所述风板23的倾斜方向，通过所述角度传感器12采用Y轴加速度测得模拟量数据，安装角度是与风板23垂直。

此外，由于采集的数据存在误差，我们采用多次采集信号，去掉极大值与极小值，再取平均值数据算法，所应用的角度转化公式为：

4p＝(asin(((float)AD0809/256*5-2.5)/2)/3.14*180)+90

通过不断的实验，优化控制策略与控制参数，比较所述单片机10的PWM输出信号变化快慢对所述风板23转动效果的影响，从而使得所述风板23的摆动角度得到最优控制，进而使得所述风板23能在极短时间内转动到预定角度。

在本实用新型实施例中，所述风板控制装置进行所述风板的摆动角度调节步骤如下：

首先设定所述风板23的目标角度，并开启所述电源模块19；由所述第一按键触发所述单片机10调节所述第一风机15的转速，所述第二按键触发所述单片机10调节所述第二风机16的转速，以使所述风板23在所述第一风机15和所述第二风机16之间摆动；

当所述风板23在所述第一风机15和所述第二风机16之间摆动时，所述角度传感器12检测所述风板23的摆动角度，并将检测到的摆动角度信号传输到所述单片机10，所述单片机10接收和处理的摆动角度的信号，并将处理结果传输到所述显示模块13进行显示；

按下所述第三按键触发所述单片机10，以使所述单片机10粗调所述第一风机15和所述第二风机16的转速，从而使得所述风板23的摆动角度接近所述目标角度；

按下所述第四按键触发所述单片机10，以使所述单片机10微调所述第一风机15和所述第二风机16的转速，从而使得所述风板23的摆动角度等于所述目标角度。

综上，本实用新型提供了一种风板控制装置，包括底座、20风板、单片机10以及分别与所述单片机10电连接的按键模块14、显示模块和电源模块19；所述风板23上设有角度传感器12，所述风板23的一端可转动地连接在所述底座20上，所述底座20上设有第一风机15和第二风机16，且所述第一风机15的出风口正对所述风板16的一侧壁，所述第二风机16的出风口正对所述风板23的另一侧壁，在所述第一风机15和所述第二风机16工作时，所述显示模块13显示所述风板23在所述第一风机15和所述第二风机16之间转动的角度。通过所述单片机10作为核心控制器，控制所述第一风机15和所述第二风机16的转速，以使所述风板23在所述底座20上摆动；所述角度传感器12可实时监测所述风板23的摆动角度，并将检测到的摆动角度信息传输到所述单片机10，由所述单片机10进行处理并控制所述显示模块13显示摆动角度的数据信息，用户通过所述显示模块13可清楚地读出所述风板23在所述底座20上的角度，以进行相应的角度调节，从而有效地提高风板23倾斜角度调节的准确率，省去了通过人眼观察数据的反复过程和时间，进而提高了实验效率。同时，用户可通过控制所述按键模块14调节所述第一风机15和所述第二风机16的转速，从而使得所述风板23根据用户的需求摆动到一定的角度并保持固定，以达到实验目的。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种风板控制装置，其特征在于，包括底座、风板、单片机以及分别与所述单片机电连接的按键模块、显示模块和电源模块；

所述风板上设有角度传感器，所述风板的一端可转动地连接在所述底座上，所述底座上设有分别与所述单片机电连接的第一风机和第二风机，且所述第一风机的出风口正对所述风板的一侧壁，所述第二风机的出风口正对所述风板的另一侧壁，在所述第一风机和所述第二风机工作时，所述显示模块显示所述风板在所述第一风机和所述第二风机之间转动的角度。

2.如权利要求1所述的风板控制装置，其特征在于，所述按键模块包括按键控制板以及设于所述按键控制板上的用于调节所述第一风机的转速的第一按键、用于调节所述第二风机的转速的第二按键，所述按键控制板的输出端与所述单片机的控制端电连接，所述按键控制板的第一输入端与所述第一按键电连接，所述按键控制板的第二输入端与所述第二按键电连接。

3.如权利要求1或2所述的风板控制装置，其特征在于，所述按键模块还包括用于粗调所述风板在所述第一风机和所述第二风机之间的角度的第三按键，用于微调所述风板在所述第一风机和所述第二风机之间的角度的第四按键，所述按键控制板的第三输入端与所述第三按键电连接，所述按键控制板的第四输入端与所述第四按键电连接。

4.如权利要求1所述的风板控制装置，其特征在于，所述风板控制装置还包括声光报警模块，所述声光报警模块的输出端与所述单片机的报警控制端电连接。

5.如权利要求1所述的风板控制装置，其特征在于，所述角度传感器为MPU6050六轴角度传感器。

6.如权利要求1所述的风板控制装置，其特征在于，所述风板的材料为聚苯乙烯。

7.如权利要求1所述的风板控制装置，其特征在于，所述风板控制装置还包括电机驱动模块，所述电机驱动模块的输入端与所述单片机的风机控制端电连接，所述电机驱动模块的第一输出端与所述第一风机的控制端电连接，所述电机驱动模块的第二输出端与所述第二风机的控制端电连接。

8.如权利要求1所述的风板控制装置，其特征在于，所述风板的一端设有摆动轴，所述底座上设有第一支撑座和第二支撑座，所述摆动轴的一端可转动地连接在所述第一支撑座上，所述摆动轴的另一端可转动地连接在所述第二支撑座上。

9.如权利要求1或8所述的风板控制装置，其特征在于，所述第一风机和所述第二风机关于所述风板的一端对称。

10.如权利要求9所述的风板控制装置，其特征在于，所述底座上设有用于限定所述风板摆动角度阈值的第一限位支架和第二限位支架，在所述第一风机和所述第二风机停机时，所述风板的一侧壁抵靠在所述第一限位支架的端部上；或，所述风板的另一侧壁抵靠在所述第二限位支架的端部上。