一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)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(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，包含監(jiān)控終端、匯聚節(jié)點(diǎn)以及由多個(gè)用于檢測環(huán)境風(fēng)速的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于將采集的風(fēng)速參數(shù)經(jīng)過匯聚節(jié)點(diǎn)匯總進(jìn)而上傳至監(jiān)控終端；所述傳感器節(jié)點(diǎn)包含鉑電阻，以及設(shè)置在鉑電阻上的數(shù)據(jù)處理模塊、電流檢測模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)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(gè)用于檢測環(huán)境風(fēng)速的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)完成對(duì)空氣風(fēng)速測量的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【專利說明】
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)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(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān) 控預(yù)警系統(tǒng)，屬于風(fēng)速檢測控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)速檢測在環(huán)保氣象、工業(yè)設(shè)備、采礦安全、衛(wèi)生保健等諸多領(lǐng)域都具有十分重要 的意義。隨著我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展、檢測技術(shù)的進(jìn)步以及人們對(duì)環(huán)境要求的提高，人們 對(duì)檢測儀器的測量精度和功能的要求越來越高。風(fēng)速傳感器是用于測量空氣流動(dòng)速度的傳 感器。風(fēng)速傳感器可以用作空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)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(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)不可缺少的傳感器而引起人們的 關(guān)注。
[0003] 在環(huán)保氣象、家用電器、工業(yè)設(shè)備、衛(wèi)生保健等諸多領(lǐng)域，空氣流速都是一項(xiàng)重要 的檢測參數(shù)，特別是在當(dāng)今社會(huì)，各種風(fēng)扇、空調(diào)等家用電器大量進(jìn)入家庭、辦公室和公共 場所。基于以上原因，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種測量風(fēng)速的風(fēng)速測量電路，它具有成本低、使用方 便、測量精度較高等特點(diǎn)，并且能夠與單片機(jī)等其他集成芯片配合使用而成為其他系統(tǒng)的 應(yīng)用電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種基于無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，包含監(jiān)控終端、匯聚節(jié)點(diǎn)以及由 多個(gè)用于檢測環(huán)境風(fēng)速的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于將 采集的風(fēng)速參數(shù)經(jīng)過匯聚節(jié)點(diǎn)匯總進(jìn)而上傳至監(jiān)控終端;所述傳感器節(jié)點(diǎn)包含鉑電阻，以 及設(shè)置在鉑電阻上的數(shù)據(jù)處理模塊、電流檢測模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)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(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)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(shè)置在鉑電阻上的數(shù)據(jù)處理模塊、電流檢測模塊、模數(shù) 轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的進(jìn)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(shù)據(jù)接收模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊和存儲(chǔ) 器模塊。
[0008] 作為本發(fā)明一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的進(jìn)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(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所 述鉑電阻的芯片型號(hào)為PtlOO。
[0010] 作為本發(fā)明一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的進(jìn)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(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的進(jìn)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(fù)極分別連接第二電解電容的正極、變換器的輸出端和開關(guān)的常閉端，開關(guān)的活動(dòng)端與 第二電阻串聯(lián)后與蓄電池連接，第一電解電容的負(fù)極、第二電解電容的負(fù)極、變換器的接地 端與地連接。
[0012] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0013] 1、本發(fā)明通過將多個(gè)用于檢測環(huán)境風(fēng)速的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)完 成對(duì)空氣風(fēng)速測量的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測；
[0014] 2、本發(fā)明采用霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)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(jìn)而精確的獲取空氣流速即風(fēng)速，有效地提升了檢測精度，進(jìn)而完成 風(fēng)速的檢測進(jìn)而達(dá)到更好的安全預(yù)警；
[0015] 3、本發(fā)明采用太陽能進(jìn)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(jié)構(gòu)原理圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明的傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0018] 圖3是本發(fā)明監(jiān)控終端的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)電源模塊的升壓電路電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0021] 如圖1所示，一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，包含監(jiān)控終端、匯聚 節(jié)點(diǎn)以及由多個(gè)用于檢測環(huán)境風(fēng)速的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)用于將采集的風(fēng)速參數(shù)經(jīng)過匯聚節(jié)點(diǎn)匯總進(jìn)而上傳至監(jiān)控終端；
[0022] 如圖2所示，所述傳感器節(jié)點(diǎn)包含鉑電阻，以及設(shè)置在鉑電阻上的數(shù)據(jù)處理模塊、 電流檢測模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù) 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(shè)置在鉑電阻上的數(shù)據(jù) 處理模塊、電流檢測模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)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(hào)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(fù)極分別連接第二電解電容的正極、變換器的輸出端和開關(guān)的常 閉端，開關(guān)的活動(dòng)端與第二電阻串聯(lián)后與蓄電池連接，第一電解電容的負(fù)極、第二電解電容 的負(fù)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(shí)時(shí)檢測鉑電阻上流通的電流;所述鉑電阻用于實(shí) 時(shí)檢測鉑電阻周邊環(huán)境溫度及鉑電阻自身溫度;然后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路經(jīng)過模 數(shù)轉(zhuǎn)換和放大處理;進(jìn)而上傳至數(shù)據(jù)處理模塊所述數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)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(fēng)速;進(jìn)而將獲取的周邊環(huán) 境的風(fēng)速參數(shù)通過MCU模塊以及與其連接的天線將獲取的風(fēng)速匯總到匯聚節(jié)點(diǎn)，進(jìn)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(shù)據(jù)接收模塊、顯示 模塊、報(bào)警模塊和存儲(chǔ)器模塊，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機(jī)。所述數(shù)據(jù)接收模塊 用于接收匯聚節(jié)點(diǎn)的匯總的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的環(huán)境風(fēng)速，所述顯示模塊用于實(shí)時(shí)顯示 環(huán)境風(fēng)速，所述存儲(chǔ)器模塊用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)獲取的風(fēng)速。
[0026]風(fēng)速檢測在環(huán)保氣象、工業(yè)設(shè)備、采礦安全、衛(wèi)生保健等諸多領(lǐng)域都具有十分重要 的意義。隨著我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展、檢測技術(shù)的進(jìn)步以及人們對(duì)環(huán)境要求的提高，人們 對(duì)檢測儀器的測量精度和功能的要求越來越高。風(fēng)速傳感器是用于測量空氣流動(dòng)速度的傳 感器。風(fēng)速傳感器可以用作空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)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(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)不可缺少的傳感器而引起人們的 關(guān)注。
[0027] 當(dāng)一個(gè)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(duì)流。在 溫度較低，輻射散熱可以忽略不計(jì)的情況下，物體的熱量傳遞主要是熱對(duì)流。當(dāng)流體的速度 增加時(shí)，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(dá)到一 個(gè)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(duì)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(shù)學(xué)模型。利用此原理來 進(jìn)行風(fēng)速的測量。具體計(jì)算為:具體計(jì)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(duì)流換熱系數(shù)，A為鉑電阻的對(duì)流面積；
[0031] 由公式可以看出，當(dāng)鉑電阻周邊環(huán)境溫度和自身溫度不存在溫度差時(shí)，可以輕松 的得出當(dāng)熱阻溫度和環(huán)境溫度一定時(shí)，電流和風(fēng)速的1/4次方成正比。
[0032] AVR單片機(jī)具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時(shí)，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來， 使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行；多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快;AVR單片機(jī)具有32個(gè) 通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應(yīng)速度快。AVR單片機(jī)有多個(gè) 固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷;AVR單片機(jī)耗能低。對(duì)于典型功耗情況，WDT關(guān)閉 時(shí)為100nA，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備;有的器件最低1.8V即可工作;AVR單片機(jī)保密性 能好。
[0033]綜上所述，本發(fā)明通過將多個(gè)用于檢測環(huán)境風(fēng)速的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的傳感器網(wǎng) 絡(luò)，實(shí)時(shí)完成對(duì)空氣風(fēng)速測量的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測;本發(fā)明采用霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)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(jìn)而精確的獲取空氣流速即 風(fēng)速，有效地提升了檢測精度，進(jìn)而完成風(fēng)速的檢測進(jìn)而達(dá)到更好的安全預(yù)警;本發(fā)明采用 太陽能進(jìn)行供電，更好的節(jié)約了資源。
[0034]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技 術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還 應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)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(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。 [0035]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方 式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，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(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包含監(jiān)控終端、匯聚節(jié) 點(diǎn)以及由多個(gè)用于檢測環(huán)境風(fēng)速的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)用于將采集的風(fēng)速參數(shù)經(jīng)過匯聚節(jié)點(diǎn)匯總進(jìn)而上傳至監(jiān)控終端;所述傳感器節(jié)點(diǎn)包含鉑 電阻，以及設(shè)置在鉑電阻上的數(shù)據(jù)處理模塊、電流檢測模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)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(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)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(shè)置在鉑電阻上的數(shù)據(jù)處理模塊、電流檢測模 塊、模數(shù)轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)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(shù)據(jù)接收模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊和存 儲(chǔ)器模塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于： 所述鉑電阻的芯片型號(hào)為PtlOO。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)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(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速監(jiān)控預(yù)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(fù)極分別連接第二電解電容的正極、變換器的輸出端和開關(guān)的常閉端，開關(guān)的活動(dòng)端與 第二電阻串聯(lián)后與蓄電池連接，第一電解電容的負(fù)極、第二電解電容的負(fù)極、變換器的接地 端與地連接。
【文檔編號(hào)】G01P5/12GK105911307SQ201610506748
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】何宜霖, 陳先軍, 胡亞, 何斌
【申請(qǐng)人】南京嘉瑞斯電力科技有限公司