CN220438373U - 用于微型气象站的小型化风向监测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种用于微型气象站的小型化风向监测仪，其风向标转轴上固定有与风向标同步转动的环形磁铁；所述环形磁铁旁侧设置有包括两个霍尔传感器的风向监测电路板，两个霍尔传感器与环形磁铁圆心的距离相同，分别连接单片机的电压采集接口；所述环形磁铁的N、S极为左右分布。其动作元件采用环形磁铁，极大压缩了风向传感器的体积，通过双霍尔传感器进行风向监测，则保证了低功耗和精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及风向计技术领域，尤其涉及一种用于微型气象站的小型化风向监测仪。
背景技术
微型气象站为了户外使用方便，一般包括气压、温度、湿度、风向风速、雨量检测等综合性的气象实时监测功能。
其具有体积小、易携带、低功耗等显著特色。
申请人设计了一款具有新型结构的微型气象站，可参阅已公开的中国专利：CN202220994884-微型气象站的快速调姿及固定装置，CN202230250833-气象站等。
鉴于微型气象站的以上特点，显然要求各测量组件不能有太大的体积、功耗和复杂度，比如对于风向监测而言，现有许多传统的设计方案并不合适，因此产生了设计一款小体积、低功耗、低成本的风向传感器的需求。
实用新型内容
针对微型气象站的实际需求，本实用新型以小体积、低功耗、低成本为目标，设计获得一款基于霍尔传感器的风向传感器，其动作元件采用环形磁铁，极大压缩了风向传感器的体积，通过双霍尔传感器进行风向监测，则保证了低功耗和精度。
其具体采用以下技术方案：
一种用于微型气象站的小型化风向监测仪，其特征在于：风向标转轴上固定有与风向标同步转动的环形磁铁；所述环形磁铁旁侧设置有包括两个霍尔传感器的风向监测电路板，两个霍尔传感器与环形磁铁圆心的距离相同，分别连接单片机的电压采集接口；所述环形磁铁的N、S极为左右分布。
进一步地，两个霍尔传感器与环形磁铁圆心的连线的夹角为60度或90度。
进一步地，两个霍尔传感器与环形磁铁位于同一平面。
进一步地，两个霍尔传感器为线性霍尔传感器。
相比于现有技术，本实用新型及其优选方案的动作元件采用环形磁铁，极大压缩了风向传感器的体积，通过双霍尔传感器进行风向监测，则保证了低功耗和精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：
图1是本实用新型实施例风向监测仪主要结构示意图；
图中：1-风向标；2-转轴；3-环形磁铁；4-第一霍尔传感器；5-第二霍尔传感器；6-电路板。
图2是磁场强度的特性曲线图；
图3是单霍尔传感器电压与角度的关系图；
图4是双霍尔传感器电压与角度的关系图；
图5是本实用新型实施例微型气象站电池供电电路示意图；
图6是本实用新型实施例复位电路示意图；
图7是本实用新型实施例风向传感器单独供电模块示意图；
图8是本实用新型实施例单片机外围电路示意图；
图9是本实用新型实施例霍尔传感器外围电路示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
如图1所示，本实用新型提供的用于微型气象站的小型化风向监测仪是完整的微型气象站的一部分，用于实现风向监测，其中，风向标1是风向监测仪的必要组件，本实施例仅将其小型化，没有特别调整；本方案的主要特色则是在于：风向标1的转轴2上（底部）固定有与风向标1同步转动的环形磁铁3；环形磁铁3旁侧则设置有包括第一霍尔传感器1和第二霍尔传感器的风向监测电路板6。
为了使本领域技术人员更好地理解本实施例方案，以下首先对本设计进行原理上的说明：
对于线性霍尔器件，其输出信号取决于施加在器件敏感面的磁场强度，随磁场强度成比例的变化，如图2所示。
按照如图1所示的结构，在环形磁铁的N、S极为左右分布的情况下，随着风向标的旋转，磁铁也随着风向标在旋转，当S极对准霍尔器件的时候，电压最高，而风向旋转的一周的时候，磁场S极逐步变为N极，然后N极再逐步的转为S极，这样就造成电压由高逐步变低，再由低逐步的变高，形成一整周的电压曲线，因此，可以通过试验，描绘出电压与角度的对应关系，如图3所示。
但由于磁场的对称性，从图3中可以很清楚看出，电压与角度并不是一一对应的关系，而使一个电压值，一般对应的是两个角度值，这样就不能通过读取霍尔传感器的电压从而确定出一个固定的角度。
因此，如果要进行准确的输出电压与风向角度的对应关系确定，还需要增加一个安装角度与第一个霍尔传感器不同的霍尔器件，从而实现如图4所示的关系曲线。
基于以上分析可以得知本实施例方案的两个要点，其一是环形磁铁的选择问题，本方案选用该种形状的磁铁是因为可以在不影响性能的前提下最大化减小风向仪的占用空间，但环形磁铁有两种类型，一种是NS极上下分布，一种是左右分布，如果采用前者，则对于两个霍尔传感器来说，磁场是均匀分布的，无法形成与角度的对应关系，而选用后者则可以实现发明目的。
其二是霍尔传感器的选用，可以看出，线性霍尔传感器是一种优选方案，其产生的电压-角度对应关系相对比较平滑，可以在此基础上进行合理的模拟实验取样形成两个电压值-角度的对应关系表，写入单片机中，只要实时读取霍尔传感器的电压数据，则直接就可以通过该表转换成风向值进行输出。
比如，对于第一条曲线，虽然某一时刻采集获得的电压对应的是A、B两个位置的角度值，只通过该值无法唯一确定风向，但通过第二条曲线，在另一个维度获得的电压值对应的是C、D两个位置的角度值，因此，与A、B其中之一相同的角度值就是实际上风向标指示的角度值。
经过实测，两个霍尔传感器的夹角为60度或90度时，精度相对较优，与环形磁铁位于同一平面的情况下，因为电压-角度较为稳定，因此也是优选的方案。
由以上装置结构的展示和原理分析，本领域技术人员实际上已经可以完成本实施方案的设计和具体的应用。但为了进一步展示本方案的设计供本领域技术人员参考，以下还提供了本实用新型对应的微型微型气象站有关于风向监测仪部分的电路设计，如图5-图9所示。
图5是整个微型气象站的电池供电模块，其中3*AA碱性电池经过LDO稳压（U3）到3.3V（VDD）供电给到主控单片机（图8当中的U1）以对各组件稳定供电，并外挂有低电量检测模块以对电池电量低的情况进行预警。
图6是复位电路，通过复位开关对电容的放电实现reset引脚高低电位的切换，以便在系统运行出现问题时能按复位键快速启动，在不裁开设备外壳的情况下使系统复位，恢复正常工作。
图7是对风向监测仪的单独供电模块：从整机供电部分单独引出一路给风向供电以保障霍尔传感器工作更稳定。
图8是主控单片机的相关电路（用于整个微型气象站的控制），与风向监测仪有关的部分是利用WIN_DIR和WIN_DIL引脚分别连接两个霍尔传感器，以实现实施电压的读取，对应图9，两个霍尔传感器及其外围电路部分可以设置在风向监测电路板6上。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的用于微型气象站的小型化风向监测仪，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种用于微型气象站的小型化风向监测仪，其特征在于：风向标转轴上固定有与风向标同步转动的环形磁铁；所述环形磁铁旁侧设置有包括两个霍尔传感器的风向监测电路板，两个霍尔传感器与环形磁铁圆心的距离相同，分别连接单片机的电压采集接口；所述环形磁铁的N、S极为左右分布。
2.根据权利要求1所述的用于微型气象站的小型化风向监测仪，其特征在于：两个霍尔传感器与环形磁铁圆心的连线的夹角为60度或90度。
3.根据权利要求1所述的用于微型气象站的小型化风向监测仪，其特征在于：两个霍尔传感器与环形磁铁位于同一平面。
4.根据权利要求1所述的用于微型气象站的小型化风向监测仪，其特征在于：两个霍尔传感器为线性霍尔传感器。
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