一種新型風(fēng)速風(fēng)向測試儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型明涉及一種新型風(fēng)速風(fēng)向測試儀，屬于氣象測量科學(xué)和光伏應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)是由太陽輻射熱引起的一種普遍的自然現(xiàn)象，在地球表面不同地方的空氣冷熱不一樣，致使其發(fā)生流動(dòng)從而形成風(fēng)。從氣象學(xué)的角度講，風(fēng)主要是指空氣運(yùn)動(dòng)時(shí)的水平分量，因?yàn)轱L(fēng)是矢量，故有風(fēng)速和風(fēng)向之分，風(fēng)速即為空氣在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的水平距離，以米/秒國際單位為準(zhǔn);風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向，一般用十六方位法表示。風(fēng)速和風(fēng)向的測試在實(shí)驗(yàn)研究、天氣預(yù)報(bào)、電站監(jiān)測、航海、軍事等很多領(lǐng)域有廣泛而重要的應(yīng)用。
[0003]市面上風(fēng)速風(fēng)向儀主要有這樣三大類:第一類是機(jī)械旋轉(zhuǎn)式的風(fēng)杯和帶風(fēng)向箭頭的傳感器，第二類是基于超聲波原理的風(fēng)速風(fēng)向儀，第三類是用風(fēng)場對(duì)金屬片的局部散熱，判斷不同部位金屬片的溫度大小，進(jìn)而得知風(fēng)的大小和方向。這三類風(fēng)速風(fēng)向儀都存在一定的問題:有的精度低，使用壽命短;有的成本很高;有的很難適應(yīng)天氣變化。同時(shí)，因普通的風(fēng)向標(biāo)存在一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，要克服機(jī)械摩擦，需要有一定的啟動(dòng)風(fēng)速，這就導(dǎo)致在測量很小風(fēng)速時(shí)測不準(zhǔn)，以及無法判斷風(fēng)向的缺陷；另外當(dāng)風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槲惨碛兄亓?，其慣性不可避免，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)在同一個(gè)風(fēng)向上左右搖擺的情況，導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，風(fēng)向的測量誤差增大。
[0004]針對(duì)以上問題，本實(shí)用新型提出一種完全不同的解決方案，本實(shí)用新型使用的傳感器是市面上最常用的壓力傳感器，在支架的四個(gè)面上各安裝一個(gè)壓力傳感器，便可以感受到風(fēng)壓的大小。壓力傳感器均豎直安裝，所測風(fēng)速均為水平風(fēng)速，有一定傾斜角度的風(fēng)速和上下對(duì)流引起的風(fēng)速的垂直分量則被壓力傳感器的上下應(yīng)變片所抵消。風(fēng)向便是由不同面的壓力大小的比值而得出，整個(gè)過程沒有任何機(jī)械動(dòng)作，測試儀的壽命和傳感器的壽命相當(dāng)，一次安裝完成不需要再做校準(zhǔn)和調(diào)試，且成本低廉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有風(fēng)速風(fēng)向儀的不足，本實(shí)用新型提供了一種新的風(fēng)速風(fēng)向測試儀。該新型風(fēng)速風(fēng)向測試儀4個(gè)方向的壓力傳感器采集壓力數(shù)據(jù)，受到風(fēng)的壓力時(shí)，應(yīng)變片發(fā)生輕微電阻值的變化，致使輸出端的電壓值發(fā)生微小變化，此模擬信號(hào)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過I/O口送入到單片機(jī)內(nèi)部，經(jīng)過內(nèi)部算法處理，得出風(fēng)速值和風(fēng)向，溫濕度傳感器采集數(shù)據(jù)后對(duì)風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行校準(zhǔn)，液晶顯示模塊顯示風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等測量結(jié)果。該新型風(fēng)速風(fēng)向測試儀使用壽命長，成本低廉。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案完成:一種新型風(fēng)速風(fēng)向測試儀，包括框架結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，所述框架結(jié)構(gòu)有一支架，支架的四個(gè)面分別豎直連接一鋁型材微型形變基板的一端，鋁型材微型形變基板的另一端用螺絲豎直連接一圓形擋風(fēng)板，支架連接支架柱子，支架柱子底端與底座相連;所述控制系統(tǒng)的太陽能電池由導(dǎo)線連接至單片機(jī)控制模塊，溫度傳感器、濕度傳感器、電子羅盤指南針和SD存儲(chǔ)模塊分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)控制模塊相連，同時(shí)，單片機(jī)控制模塊通過導(dǎo)線連接至液晶顯示模塊，由鋁型材微型形變基板和粘貼在其上的應(yīng)變片組成的四組壓力傳感器通過導(dǎo)線接至AD轉(zhuǎn)換模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊通過導(dǎo)線接入單片機(jī)控制模塊。
[0007]工作原理:將各模塊的導(dǎo)線與單片機(jī)控制模塊連接好，系統(tǒng)上電之前用萬用表測量電源兩端是否短路，判斷非短路狀態(tài)后開始上電，在測量之前要確保系統(tǒng)的整個(gè)結(jié)構(gòu)框架豎直放置，通過觀察電子羅盤指南針的數(shù)值變化，調(diào)整到所需的角度和方位，確保四個(gè)擋風(fēng)板分別垂直于東西南北的方向。然后，在無風(fēng)的情況下初始化系統(tǒng)，4個(gè)方向的壓力傳感器便開始進(jìn)行壓力數(shù)據(jù)的采集。當(dāng)有風(fēng)時(shí)，感受到風(fēng)壓的應(yīng)變片的電阻值發(fā)生微小變化，使輸出端的電壓值相應(yīng)地產(chǎn)生輕微變化，此信號(hào)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過I/O口送入到單片機(jī)內(nèi)部，通過內(nèi)部算法的運(yùn)算，得出風(fēng)速值和風(fēng)向，溫濕度傳感器采集數(shù)據(jù)后對(duì)風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行校準(zhǔn)，液晶顯示模塊顯示出風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等測量結(jié)果。液晶顯示屏可以通過開關(guān)的循環(huán)按下，切換屏幕顯示內(nèi)容，初始化情況下屏幕顯示風(fēng)速、風(fēng)級(jí)、風(fēng)向和四個(gè)面的壓力，第一次按下第一個(gè)開關(guān)，顯示時(shí)間、空氣濕度和環(huán)境溫度，再次按下該開關(guān)，顯示磁場方位和水平面角度。采集和轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)將自動(dòng)保存到SD存儲(chǔ)卡中，供采集人員使用。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0009]1、使用壓力傳感器測量風(fēng)速和風(fēng)向，避免因機(jī)械運(yùn)動(dòng)造成的測量誤差，增加系統(tǒng)的精確度和靈敏度；
[0010]2、與傳統(tǒng)的風(fēng)杯式風(fēng)速風(fēng)向儀相比，壓力式風(fēng)速風(fēng)向測量系統(tǒng)的測量結(jié)果更接近風(fēng)速風(fēng)向的真實(shí)值，且反應(yīng)速度快，能測量極小的軟風(fēng)；
[0011]3、所選用的傳感器是市面上常用的傳感器且價(jià)格低，整個(gè)系統(tǒng)的成本低廉，使用壽命較長。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明的壓力傳感器示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明的控制系統(tǒng)整體框架示意圖。
[0015]1-支架;2-擋風(fēng)板;3-螺絲孔;4-支架柱子;5-底座;6_底座螺絲孔;7_應(yīng)變片;8_鋁型材微型形變基板;9-電子羅盤指南針；10-濕度傳感器；11-液晶顯示；12-單片機(jī)控制模塊；13- AD轉(zhuǎn)換模塊；14-四組壓力傳感器；15-太陽能電池；16- SD存儲(chǔ)模塊；17-溫度傳感器
【具體實(shí)施方式】
[0016]本新型風(fēng)速風(fēng)向測試儀包括一個(gè)支架(1)，支架(I)的四個(gè)面上均固定一個(gè)圓形擋風(fēng)板(2)和壓力傳感器(14)，擋風(fēng)板(2)受到風(fēng)的壓力，鋁型材微型形變基板(8)產(chǎn)生形變，應(yīng)變片(7)粘貼在鋁型材微型形變基板(8)上，也發(fā)生形變，致使其電阻值發(fā)生微小變化，同時(shí)輸出端的電壓值也改變，這個(gè)模擬量信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊(13)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機(jī)控制模塊(12)，經(jīng)運(yùn)算得出風(fēng)速值和風(fēng)向。整個(gè)控制系統(tǒng)由四組壓力傳感器(14)、電子羅盤指南針(9 )、AD轉(zhuǎn)換模塊(13 )、單片機(jī)控制模塊(12)、SD存儲(chǔ)模塊(16 )、濕度傳感器(1 )、溫度傳感器(17)、液晶顯示(11)和太陽能電池(15)組成。溫度傳感器(17)和濕度傳感器(10)采集溫濕度后，對(duì)風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)一步校準(zhǔn)，然后由液晶顯示模塊(11)顯示出風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等測量結(jié)果。
[0017]首先，用萬用表測量電源兩端是否短路，判斷非短路狀態(tài)后給系統(tǒng)上電，系統(tǒng)由一塊輸出電壓為12V、峰值電流為0.5A的太陽能電池(15)供電，開始測量前，將由支架(1)、支架柱子(4)和底座(5)組成的框架放置好，擋風(fēng)板(2)用螺絲在螺絲孔(3)處固定好，通過觀察液晶顯示屏(11)上電子羅盤指南針(9)的數(shù)值變化，使整個(gè)結(jié)構(gòu)豎直放置，并調(diào)整到所需的角度和方位，確保四個(gè)擋風(fēng)板(2)分別正對(duì)東西南北四個(gè)方位，然后在底座螺絲孔(6)處用螺絲固定好整個(gè)結(jié)構(gòu)框架。在無風(fēng)的情況下初始化系統(tǒng)，風(fēng)速風(fēng)向測試儀開始正常工作，4個(gè)方向的壓力傳感器(14)便進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。有風(fēng)時(shí)，擋風(fēng)板(2)受到壓力，鋁型材微型形變基板(8 )受力發(fā)生微小變形，應(yīng)變片(7 )同時(shí)產(chǎn)生很小的形變，應(yīng)變片(7 )的電阻值發(fā)生較小變化，導(dǎo)致輸出端的電壓值產(chǎn)生微小變化，此信號(hào)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊(13)，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過I/O□送入到單片機(jī)控制模塊(12)，經(jīng)過內(nèi)部算法的運(yùn)算，得出風(fēng)速值和風(fēng)向。濕度傳感器(10)、溫度傳感器(17)對(duì)數(shù)據(jù)采集完成后再對(duì)風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行校準(zhǔn)，液晶顯示屏
(11)顯示風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等內(nèi)容。此外，該新型風(fēng)速風(fēng)向測試儀還可以通過開關(guān)循環(huán)切換顯示不同的參數(shù)值，開始時(shí)液晶顯示屏(11)顯示風(fēng)速、風(fēng)級(jí)、風(fēng)向和四個(gè)面的壓力，第一次按下第一個(gè)開關(guān)，切換到時(shí)間、空氣濕度和環(huán)境溫度的顯示界面，再次按下該開關(guān)，切換到磁場方位和水平面角度的顯示界面。采集和轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)將自動(dòng)保存到SD存儲(chǔ)模塊(16)中，供采集人員使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型風(fēng)速風(fēng)向測試儀，其特征在于它由框架結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，所述框架結(jié)構(gòu)有一支架，支架的四個(gè)面分別豎直連接一個(gè)鋁型材微型形變基板的一端，鋁型材微型形變基板的另一端用螺絲豎直連接一個(gè)圓形擋風(fēng)板，支架連接支架柱子，支架柱子底端與底座相連;所述控制系統(tǒng)的太陽能電池由導(dǎo)線連接至單片機(jī)控制模塊，溫度傳感器、濕度傳感器、電子羅盤指南針和SD存儲(chǔ)模塊分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)控制模塊相連，同時(shí)，單片機(jī)控制模塊通過導(dǎo)線連接至液晶顯示模塊，由鋁型材微型形變基板和粘貼在其上的應(yīng)變片組成的四組壓力傳感器通過導(dǎo)線接至AD轉(zhuǎn)換模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊通過導(dǎo)線接入單片機(jī)控制模塊。
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種新型風(fēng)速風(fēng)向測試儀，包括四個(gè)圓形擋風(fēng)板，擋風(fēng)板受到風(fēng)的壓力，對(duì)應(yīng)的壓力傳感器輸出端的電壓值相應(yīng)地變化，這個(gè)信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊輸入單片機(jī)，經(jīng)程序內(nèi)部的算法運(yùn)算，得出風(fēng)速值和風(fēng)向。溫濕度傳感器采集溫濕度數(shù)據(jù)后，對(duì)風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)一步校準(zhǔn)，得出更精確的結(jié)果。測試儀在整個(gè)工作過程中沒有任何機(jī)械動(dòng)作，精確度高，靈敏度好，使用壽命長，且成本低廉。
【IPC分類】G01P5/08, G01P13/02, G01W1/02
【公開號(hào)】CN205210109
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520781335
【發(fā)明人】劉祖明, 景明明, 陳燕鵬, 李景天, 廖華, 殷俊傳, 李嘯宇
【申請(qǐng)人】云南師范大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年10月10日