一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)，包含監(jiān)控終端、匯聚節(jié)點以及由多個用于檢測環(huán)境風速的傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網絡，所述無線傳感器網絡用于將采集的風速參數經過匯聚節(jié)點匯總進而上傳至監(jiān)控終端；所述傳感器節(jié)點包含鉑電阻，以及設置在鉑電阻上的數據處理模塊、電流檢測模塊、模數轉換電路、放大電路、無線通信模塊和電源模塊，所述無線通信模塊包含MCU模塊以及與其連接的天線，本發(fā)明通過將多個用于檢測環(huán)境風速的傳感器節(jié)點組成的傳感器網絡，實時完成對空氣風速測量的各項參數實時監(jiān)測。
【專利說明】
一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種空氣流速檢測裝置，尤其涉及一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān) 控預警系統(tǒng)，屬于風速檢測控制領域。
【背景技術】
[0002] 風速檢測在環(huán)保氣象、工業(yè)設備、采礦安全、衛(wèi)生保健等諸多領域都具有十分重要 的意義。隨著我國風力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展、檢測技術的進步以及人們對環(huán)境要求的提高，人們 對檢測儀器的測量精度和功能的要求越來越高。風速傳感器是用于測量空氣流動速度的傳 感器。風速傳感器可以用作空調系統(tǒng)的風量控制傳感器和汽車之類的空氣流量傳感器。除 此之外，它還作為流體力學與空氣動力學領域內風洞實驗不可缺少的傳感器而引起人們的 關注。
[0003] 在環(huán)保氣象、家用電器、工業(yè)設備、衛(wèi)生保健等諸多領域，空氣流速都是一項重要 的檢測參數，特別是在當今社會，各種風扇、空調等家用電器大量進入家庭、辦公室和公共 場所?；谝陨显颍景l(fā)明設計了一種測量風速的風速測量電路，它具有成本低、使用方 便、測量精度較高等特點，并且能夠與單片機等其他集成芯片配合使用而成為其他系統(tǒng)的 應用電路。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是針對【背景技術】的不足提供了一種基于無線傳感器 網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案：
[0006] -種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)，包含監(jiān)控終端、匯聚節(jié)點以及由 多個用于檢測環(huán)境風速的傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網絡，所述無線傳感器網絡用于將 采集的風速參數經過匯聚節(jié)點匯總進而上傳至監(jiān)控終端;所述傳感器節(jié)點包含鉑電阻，以 及設置在鉑電阻上的數據處理模塊、電流檢測模塊、模數轉換電路、放大電路、無線通信模 塊和電源模塊，所述無線通信模塊包含MCU模塊以及與其連接的天線，所述電流檢測模塊依 次經過模數轉換電路、放大電路連接數據處理模塊，所述數據處理模塊通過MCU模塊連接天 線，所述電源模塊分別與鉑電阻以及設置在鉑電阻上的數據處理模塊、電流檢測模塊、模數 轉換電路、放大電路、無線通信模塊連接，用于提供所需電能。
[0007] 作為本發(fā)明一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所 述監(jiān)控終端包含微控制器模塊以及與其連接的數據接收模塊、顯示模塊、報警模塊和存儲 器模塊。
[0008] 作為本發(fā)明一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所 述電源模塊包含依次連接的太陽能光板、升壓電路、蓄電池、穩(wěn)壓器。
[0009] 作為本發(fā)明一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所 述鉑電阻的芯片型號為PtlOO。
[0010] 作為本發(fā)明一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所 述電流檢測模塊采用霍爾電流傳感器。
[0011] 作為本發(fā)明一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所 述升壓電路包含變換器、電感、穩(wěn)壓管、第一電解電容、第二電解電容、第一電阻和第二電 阻，第一電解電容的正極分別連接電感的一端和電太陽能光板的輸出端，電感的另一端連 接第一電阻的一端，第一電阻的另一端分別連接穩(wěn)壓管的正極和變換器的輸入端，穩(wěn)壓管 的負極分別連接第二電解電容的正極、變換器的輸出端和開關的常閉端，開關的活動端與 第二電阻串聯后與蓄電池連接，第一電解電容的負極、第二電解電容的負極、變換器的接地 端與地連接。
[0012] 本發(fā)明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：
[0013] 1、本發(fā)明通過將多個用于檢測環(huán)境風速的傳感器節(jié)點組成的傳感器網絡，實時完 成對空氣風速測量的各項參數實時監(jiān)測；
[0014] 2、本發(fā)明采用霍爾電流傳感器實時檢測鉑電阻的電流以及鉑電阻周邊環(huán)境溫度 和自身溫度的溫度差，進而精確的獲取空氣流速即風速，有效地提升了檢測精度，進而完成 風速的檢測進而達到更好的安全預警；
[0015] 3、本發(fā)明采用太陽能進行供電，更好的節(jié)約了資源。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的結構原理圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明的傳感器節(jié)點的結構原理圖；
[0018] 圖3是本發(fā)明監(jiān)控終端的結構原理圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明傳感器節(jié)點電源模塊的升壓電路電路圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明：
[0021] 如圖1所示，一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)，包含監(jiān)控終端、匯聚 節(jié)點以及由多個用于檢測環(huán)境風速的傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網絡，所述無線傳感器 網絡用于將采集的風速參數經過匯聚節(jié)點匯總進而上傳至監(jiān)控終端；
[0022] 如圖2所示，所述傳感器節(jié)點包含鉑電阻，以及設置在鉑電阻上的數據處理模塊、 電流檢測模塊、模數轉換電路、放大電路、無線通信模塊和電源模塊，所述無線通信模塊包 含MCU模塊以及與其連接的天線，所述鉑電阻連接數據處理模塊，所述鉑電阻與電流檢測模 塊連接;所述電流檢測模塊依次經過模數轉換電路、放大電路連接數據處理模塊，所述數據 處理模塊通過MCU模塊連接天線，所述電源模塊分別與鉑電阻以及設置在鉑電阻上的數據 處理模塊、電流檢測模塊、模數轉換電路、放大電路、無線通信模塊連接，用于提供所需電 能。所述鉑電阻的芯片型號為PtlOO,所述電流檢測模塊采用霍爾電流傳感器。所述電源模 塊包含依次連接的太陽能光板、升壓電路、蓄電池、穩(wěn)壓器。
[0023] 如圖4所示，所述升壓電路包含變換器、電感、穩(wěn)壓管、第一電解電容、第二電解電 容、第一電阻和第二電阻，第一電解電容的正極分別連接電感的一端和電太陽能光板的輸 出端，電感的另一端連接第一電阻的一端，第一電阻的另一端分別連接穩(wěn)壓管的正極和變 換器的輸入端，穩(wěn)壓管的負極分別連接第二電解電容的正極、變換器的輸出端和開關的常 閉端，開關的活動端與第二電阻串聯后與蓄電池連接，第一電解電容的負極、第二電解電容 的負極、變換器的接地端與地連接。
[0024] 其中，所述電流檢測模塊用于實時檢測鉑電阻上流通的電流;所述鉑電阻用于實 時檢測鉑電阻周邊環(huán)境溫度及鉑電阻自身溫度;然后經過模數轉換電路、放大電路經過模 數轉換和放大處理;進而上傳至數據處理模塊所述數據處理模塊用于根據檢測的鉑電阻的 自身溫度、鉑電阻上流通的電流以及鉑電阻周邊環(huán)境溫度獲取風速;進而將獲取的周邊環(huán) 境的風速參數通過MCU模塊以及與其連接的天線將獲取的風速匯總到匯聚節(jié)點，進而上傳 至監(jiān)控終端。
[0025] 如圖3所示，所述監(jiān)控終端包含微控制器模塊以及與其連接的數據接收模塊、顯示 模塊、報警模塊和存儲器模塊，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機。所述數據接收模塊 用于接收匯聚節(jié)點的匯總的無線傳感器網絡采集的環(huán)境風速，所述顯示模塊用于實時顯示 環(huán)境風速，所述存儲器模塊用于實時存儲無線傳感器網絡的傳感器節(jié)點獲取的風速。
[0026]風速檢測在環(huán)保氣象、工業(yè)設備、采礦安全、衛(wèi)生保健等諸多領域都具有十分重要 的意義。隨著我國風力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展、檢測技術的進步以及人們對環(huán)境要求的提高，人們 對檢測儀器的測量精度和功能的要求越來越高。風速傳感器是用于測量空氣流動速度的傳 感器。風速傳感器可以用作空調系統(tǒng)的風量控制傳感器和汽車之類的空氣流量傳感器。除 此之外，它還作為流體力學與空氣動力學領域內風洞實驗不可缺少的傳感器而引起人們的 關注。
[0027] 當一個被加熱的物體置于流體中，該物體的熱量損失主要是熱輻射和熱對流。在 溫度較低，輻射散熱可以忽略不計的情況下，物體的熱量傳遞主要是熱對流。當流體的速度 增加時，物體的熱量損失亦增加。如果以電的方式給鉑熱電阻加熱，那么鉑熱電阻將達到一 個由流體流速所確定的平衡溫度。
[0028] 我們采用鉑熱電阻作為加熱對象。由于溫度的變化引起鉑熱電阻本身阻值的變 化，從而可以通過橋式電路建立流體速度和橋式電路輸出電壓的數學模型。利用此原理來 進行風速的測量。具體計算為:具體計算如下：
[0030] 其中，V為空氣流速，IH為電阻上流通的電流，Rh為鉑電阻的阻值，Th為鉑電阻自身 溫度，Tj為鉑電阻周邊環(huán)境溫度，C為對流換熱系數，A為鉑電阻的對流面積；
[0031] 由公式可以看出，當鉑電阻周邊環(huán)境溫度和自身溫度不存在溫度差時，可以輕松 的得出當熱阻溫度和環(huán)境溫度一定時，電流和風速的1/4次方成正比。
[0032] AVR單片機具有預取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時，預先把下一條指令取進來， 使得指令可以在一個時鐘周期內執(zhí)行；多累加器型，數據處理速度快;AVR單片機具有32個 通用工作寄存器，相當于有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應速度快。AVR單片機有多個 固定中斷向量入口地址，可快速響應中斷;AVR單片機耗能低。對于典型功耗情況，WDT關閉 時為100nA，更適用于電池供電的應用設備;有的器件最低1.8V即可工作;AVR單片機保密性 能好。
[0033]綜上所述，本發(fā)明通過將多個用于檢測環(huán)境風速的傳感器節(jié)點組成的傳感器網 絡，實時完成對空氣風速測量的各項參數實時監(jiān)測;本發(fā)明采用霍爾電流傳感器實時檢測 鉑電阻的電流以及鉑電阻周邊環(huán)境溫度和自身溫度的溫度差，進而精確的獲取空氣流速即 風速，有效地提升了檢測精度，進而完成風速的檢測進而達到更好的安全預警;本發(fā)明采用 太陽能進行供電，更好的節(jié)約了資源。
[0034]本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技 術術語和科學術語)具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還 應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中 的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。 [0035]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍 之內。上面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方 式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做 出各種變化。
【主權項】
1. 一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于:包含監(jiān)控終端、匯聚節(jié) 點以及由多個用于檢測環(huán)境風速的傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網絡，所述無線傳感器網 絡用于將采集的風速參數經過匯聚節(jié)點匯總進而上傳至監(jiān)控終端;所述傳感器節(jié)點包含鉑 電阻，以及設置在鉑電阻上的數據處理模塊、電流檢測模塊、模數轉換電路、放大電路、無線 通信模塊和電源模塊，所述無線通信模塊包含MCU模塊以及與其連接的天線，所述電流檢測 模塊依次經過模數轉換電路、放大電路連接數據處理模塊，所述數據處理模塊通過MCU模塊 連接天線，所述電源模塊分別與鉑電阻以及設置在鉑電阻上的數據處理模塊、電流檢測模 塊、模數轉換電路、放大電路、無線通信模塊連接，用于提供所需電能。2. 根據權利要求1所述的一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于： 所述監(jiān)控終端包含微控制器模塊以及與其連接的數據接收模塊、顯示模塊、報警模塊和存 儲器模塊。3. 根據權利要求1所述的一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于： 所述電源模塊包含依次連接的太陽能光板、升壓電路、蓄電池、穩(wěn)壓器。4. 根據權利要求1所述的一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于： 所述鉑電阻的芯片型號為PtlOO。5. 根據權利要求1所述的一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于： 所述電流檢測模塊采用霍爾電流傳感器。6. 根據權利要求3所述的一種基于無線傳感器網絡的風速監(jiān)控預警系統(tǒng)，其特征在于： 所述升壓電路包含變換器、電感、穩(wěn)壓管、第一電解電容、第二電解電容、第一電阻和第二電 阻，第一電解電容的正極分別連接電感的一端和電太陽能光板的輸出端，電感的另一端連 接第一電阻的一端，第一電阻的另一端分別連接穩(wěn)壓管的正極和變換器的輸入端，穩(wěn)壓管 的負極分別連接第二電解電容的正極、變換器的輸出端和開關的常閉端，開關的活動端與 第二電阻串聯后與蓄電池連接，第一電解電容的負極、第二電解電容的負極、變換器的接地 端與地連接。
【文檔編號】G01P5/12GK105911307SQ201610506748
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】何宜霖, 陳先軍, 胡亞, 何斌
【申請人】南京嘉瑞斯電力科技有限公司