基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)采集終端以及與其連接的遠程監(jiān)控終端，所述數(shù)據(jù)采集終端包含鉑電阻，以及設(shè)置在鉑電阻上的電流檢測模塊、三級放大電路、濾波電路、微控制器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源管理器和電源模塊；本發(fā)明通過采用霍爾電流傳感器實時檢測鉑電阻的電流以及計算出鉑電阻周邊環(huán)境溫度和自身溫度的溫度差，進而精確的獲取空氣流速。
【專利說明】
基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種空氣流速檢測裝置，尤其設(shè)及基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境 風(fēng)速監(jiān)控系統(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)的進步W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(fēng)速傳感器是用于測量空氣流動速度的傳 感器。風(fēng)速傳感器可W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)與空氣動力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)風(fēng)桐實驗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，空氣流速都是一項重要 的檢測參數(shù)，特別是在當(dāng)今社會，各種風(fēng)扇、空調(diào)等家用電器大量進入家庭、辦公室和公共 場所?；赪上原因，本發(fā)明設(shè)計了一種測量風(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，并且能夠與單片機等其他集成忍片配合使用而成為其他系統(tǒng)的 應(yīng)用電路。
[0004] 例如申請?zhí)枮?201210492818.0"的一種風(fēng)速測量傳感器，包括中空設(shè)置的底座、 設(shè)置在所述底座頂端的蓋板和套裝在所述底座上的風(fēng)杯罩，所述底座內(nèi)部設(shè)置有與所述風(fēng) 杯罩的幾何中屯、位置固定連接的傳動軸，所述底座內(nèi)部安裝有用于支撐所述傳動軸的上軸 承和下軸承，所述上軸承與下軸承之間設(shè)置有套裝在所述傳動軸上的定位套，所述傳動軸 的下部外壁上安裝有磁鐵塊，所述底座的內(nèi)壁上安裝有磁性傳感器，所述磁性傳感器與所 述磁鐵塊位于同一水平線上，所述風(fēng)杯罩的兩端對稱設(shè)置有兩個風(fēng)杯。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè) 計合理，加工制作方便，使用操作便捷，靈敏度高，實現(xiàn)成本低，使用壽命長，實用性強，使用 效果好，便于推廣使用，但是測量技術(shù)有待進一步提升。
[0005] 又如申請?zhí)枮?201310108380.護的銷熱柵式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，包括銷絲、隔熱基 底層、過渡層、覆膜層和金屬片引線，其中隔熱基底層與過渡層粘接連接，銷絲繞成四個獨 立的柵絲結(jié)構(gòu)a、b、c、d并粘接在過渡層上，四個獨立的柵絲結(jié)構(gòu)中的兩個柵絲結(jié)構(gòu)a、b水平 排列，另外兩個柵絲結(jié)構(gòu)c、d豎直排列，且柵絲結(jié)構(gòu)a、b的連線與柵絲結(jié)構(gòu)c、d的連線互相垂 直，銷絲引線與金屬片引線焊接連接，覆膜層粘接在過渡層上，該發(fā)明傳感器用于風(fēng)速風(fēng)向 的測量，具有體積小、質(zhì)量輕、精度高、長壽命、結(jié)構(gòu)簡單可靠的特點。但是測量精度有待進 一步提局。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】的不足提供了一種成本低、使用方 便、測量精度較高的基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案：
[0008] 基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)采集終端W及與其連 接的遠程監(jiān)控終端，所述數(shù)據(jù)采集終端包含銷電阻，W及設(shè)置在銷電阻上的電流檢測模塊、 =級放大電路、濾波電路、微控制器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源管理器和電源模塊;所述電流 檢測模塊依次通過放大電路、濾波電路連接微控制器模塊，所述微控制器模塊連接數(shù)據(jù)傳 輸模塊，所述電源模塊通過電源管理器連接微控制器模塊;其中，所述銷電阻用于實時檢測 銷電阻周邊環(huán)境溫度及銷電阻自身溫度;所述電流檢測模塊用于實時檢測銷電阻上流通的 電流;所述微控制器模塊根據(jù)檢測的銷電阻的自身溫度、銷電阻上流通的電流W及銷電阻 周邊環(huán)境溫度計算出風(fēng)速;所述數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將計算出的風(fēng)速傳輸至遠程監(jiān)控終端；
[0009] 所述濾波電路包含第一電阻、第二電阻、第=電阻、第四電阻、第五電阻、第六電 阻、第屯電阻、第一電容、第二電容、第=電容、第四電容、第五電容、運算放大器、電源忍片， 所述第一電阻的一端與=級放大電路的輸出端相連，所述第一電阻的另一端連接第一電容 的一端和第二電容的一端后與第二電阻的一端相連，所述第一電容的另一端連接第=電阻 的一端后與運算放大器的負輸入端相連，所述第二電容的另一端連接第=電阻的另一端后 與運算放大器的輸出端相連，所述第二電阻的另一端接地;所述運算放大器的正輸入端依 次連接第四電阻和第五電阻后接地，運算放大器的正電源端并接第=電容的一端后與第六 電阻的一端相連，所述第六電阻的另一端與電源的正極相連，所述第=電容的另一端接地， 運算放大器的負電源端并接第屯電阻的一端后與第四電容的一端相連，所述第屯電阻的另 一端與電源忍片的負極相連，所述第四電容的另一端接地;所述運算放大器的輸出端串接 第五電容后與微控制器模塊的輸入端連接；
[0010] 所述電源管理器包含采樣濾波電路、磁偏檢測電路、DSP模塊、CPLD模塊、隔離驅(qū)動 電路、功率放大電路、控制器、接口模塊和遠程通訊模塊;所述采樣濾波電路、磁偏檢測電 路、功率放大電路和接口模塊分別連接在DSP模塊的相應(yīng)端口上，所述DSP模塊通過CPLD模 塊連接隔離驅(qū)動電路，所述DSP模塊通過控制器連接遠程通訊模塊。
[0011] 作為本發(fā)明基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案， 所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包含單片機和射頻發(fā)射器，所述微控制器模塊通過單片機與射頻發(fā)射器 連接。
[0012] 作為本發(fā)明基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案， 所述遠程監(jiān)控終端包含控制器模塊W及分別與其連接的數(shù)據(jù)接收模塊、顯示模塊和數(shù)據(jù)存 儲模塊。
[0013] 作為本發(fā)明基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案， 所述銷電阻的忍片型號為PtlOO。
[0014] 作為本發(fā)明基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(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。
[0015] 本發(fā)明采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：
[0016] 1、本發(fā)明通過采用霍爾電流傳感器實時檢測銷電阻的電流W及計算出銷電阻周 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(fēng)速；
[0017] 2、本發(fā)明能夠精確檢測大氣風(fēng)速進而達到更好的安全預(yù)警。
【附圖說明】
[0018] 圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集終端的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集終端濾波電路電路圖；
[0021] 圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集終端的電路圖的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：
[0023] 如圖1所示，基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)采集終端 W及與其連接的遠程監(jiān)控終端。所述數(shù)據(jù)采集終端實時采集大氣環(huán)境的風(fēng)速參數(shù)，進而將 采集的風(fēng)速參數(shù)傳輸至遠程監(jiān)控終端。
[0024] 如圖2所示，所述數(shù)據(jù)采集終端包含銷電阻，W及設(shè)置在銷電阻上的電流檢測模 塊、=級放大電路、濾波電路、微控制器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源管理器和電源模塊;所述 電流檢測模塊依次通過=級放大電路、濾波電路連接微控制器模塊，所述微控制器模塊連 接數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述電源模塊通過電源管理器連接微控制器模塊;其中，所述銷電阻用于 實時檢測銷電阻周邊環(huán)境溫度及銷電阻自身溫度;所述電流檢測模塊用于實時檢測銷電阻 上流通的電流;所述微控制器模塊根據(jù)檢測的銷電阻的自身溫度、銷電阻上流通的電流W 及銷電阻周邊環(huán)境溫度計算出風(fēng)速，具體計算如下：
其中，V為空氣流 速，Ih為電阻上流通的電流，Rh為銷電阻的阻值，扣為銷電阻自身溫度，!'J為銷電阻周邊環(huán)境 溫度，C為對流換熱系數(shù)，A為銷電阻的對流面積;所述數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將計算出的風(fēng)速傳 輸至遠程監(jiān)控終端；
[002引其中，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機，所述顯示模塊為LCD顯示屏，所述銷 電阻的型號為PtlOO,所述電流檢測模塊采用霍爾電流傳感器，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包含單片 機W及與與其連接的射頻發(fā)射器。
[0026] 如圖3所示，所述濾波電路包含第一電阻、第二電阻、第=電阻、第四電阻、第五電 阻、第六電阻、第屯電阻、第一電容、第二電容、第=電容、第四電容、第五電容、運算放大器、 電源忍片，所述第一電阻的一端與=級放大電路的輸出端相連，所述第一電阻的另一端連 接第一電容的一端和第二電容的一端后與第二電阻的一端相連，所述第一電容的另一端連 接第=電阻的一端后與運算放大器的負輸入端相連，所述第二電容的另一端連接第=電阻 的另一端后與運算放大器的輸出端相連，所述第二電阻的另一端接地;所述運算放大器的 正輸入端依次連接第四電阻和第五電阻后接地，運算放大器的正電源端并接第=電容的一 端后與第六電阻的一端相連，所述第六電阻的另一端與電源的正極相連，所述第=電容的 另一端接地，運算放大器的負電源端并接第屯電阻的一端后與第四電容的一端相連，所述 第屯電阻的另一端與電源忍片的負極相連，所述第四電容的另一端接地;所述運算放大器 的輸出端串接第五電容后與微控制器模塊的輸入端連接；
[0027] 如圖4所示，所述電源管理器包含采樣濾波電路、磁偏檢測電路、DSP模塊、C化D模 塊、隔離驅(qū)動電路、功率放大電路、控制器、接口模塊和遠程通訊模塊;所述采樣濾波電路、 磁偏檢測電路、功率放大電路和接口模塊分別連接在DSP模塊的相應(yīng)端口上，所述DSP模塊 通過CPLD模塊連接隔離驅(qū)動電路，所述DSP模塊通過控制器連接遠程通訊模塊。
[0028] 所述遠程監(jiān)控終端包含控制器模塊W及分別與其連接的數(shù)據(jù)接收模塊、顯示模塊 和數(shù)據(jù)存儲模塊;所述數(shù)據(jù)接收模塊用于接收數(shù)據(jù)采集終端通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)奈⒖?制器模塊計算出的風(fēng)速參數(shù)，所述顯示模塊用于實時顯示微控制器模塊計算出的風(fēng)速。
[0029] 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)的進步W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(fēng)速傳感器是用于測量空氣流動速度的傳 感器。風(fēng)速傳感器可W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)與空氣動力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)風(fēng)桐實驗不可缺少的傳感器而引起人們的 關(guān)注。
[0030] 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，空氣流速都是一項重要 的檢測參數(shù)，特別是在當(dāng)今社會，各種風(fēng)扇、空調(diào)等家用電器大量進入家庭、辦公室和公共 場所。基于W上原因，本發(fā)明設(shè)計了一種測量風(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，并且能夠與單片機等其他集成忍片配合使用而成為其他系統(tǒng)的 應(yīng)用電路。
[0031] 當(dāng)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福射和熱對流。在 溫度較低，福射散熱可W忽略不計的情況下，物體的熱量傳遞主要是熱對流。當(dāng)流體的速度 增加時，物體的熱量損失亦增加。如果W電的方式給銷熱電阻加熱，那么銷熱電阻將達到一 個由流體流速所確定的平衡溫度。
[0032] 我們采用銷熱電阻作為加熱對象。由于溫度的變化引起銷熱電阻本身阻值的變 化，從而可W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 進行風(fēng)速的測量。
[0033] AVR單片機具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時，預(yù)先把下一條指令取進來， 使得指令可W在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行；多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快;AVR單片機具有32個 通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可W快速通行；中斷響應(yīng)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(yīng)中斷;AVR單片機耗能低。對于典型功耗情況，WDT關(guān)閉 時為l(K)nA，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單片機保密性 能好。
[0034] 本發(fā)明微控制器模塊，用于根據(jù)檢測的銷電阻的自身溫度、銷電阻上流通的電流 W及銷電阻周邊環(huán)境溫度計算出空氣流速，具體計算如下：
[0035] 由公式可W看出，當(dāng)銷電阻周邊環(huán)境溫度和自身溫度不存 J 在溫度差時，可W輕松的得出當(dāng)熱阻溫度和環(huán)境溫度一定時，電流和風(fēng)速的1/4次方成正 比。
[0036] 綜上所述，本發(fā)明通過采用霍爾電流傳感器實時檢測銷電阻的電流W及計算出銷 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(fēng)速;本發(fā)明能夠精 確檢測大氣風(fēng)速進而達到更好的安全預(yù)警。
[0037] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解的是，除非另外定義，運里使用的所有術(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，并且除非像運里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0038] W上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能W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(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍 之內(nèi)。上面結(jié)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(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可W再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做 出各種變化。
【主權(quán)項】
1. 基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包含數(shù)據(jù)采集終端 以及與其連接的遠程監(jiān)控終端，所述數(shù)據(jù)采集終端包含鉑電阻，以及設(shè)置在鉑電阻上的電 流檢測模塊、三級放大電路、濾波電路、微控制器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源管理器和電源模 塊;所述電流檢測模塊依次通過放大電路、濾波電路連接微控制器模塊，所述微控制器模塊 連接數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述電源模塊通過電源管理器連接微控制器模塊;其中，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;所述電流檢測模塊用于實時檢測鉑電 阻上流通的電流;所述微控制器模塊根據(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)境溫度計算出風(fēng)速;所述數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將計算出的風(fēng)速傳輸至遠程 監(jiān)控終端； 所述濾波電路包含第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第 七電阻、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容、運算放大器、電源芯片，所述 第一電阻的一端與三級放大電路的輸出端相連，所述第一電阻的另一端連接第一電容的一 端和第二電容的一端后與第二電阻的一端相連，所述第一電容的另一端連接第三電阻的一 端后與運算放大器的負輸入端相連，所述第二電容的另一端連接第三電阻的另一端后與運 算放大器的輸出端相連，所述第二電阻的另一端接地;所述運算放大器的正輸入端依次連 接第四電阻和第五電阻后接地，運算放大器的正電源端并接第三電容的一端后與第六電阻 的一端相連，所述第六電阻的另一端與電源的正極相連，所述第三電容的另一端接地，運算 放大器的負電源端并接第七電阻的一端后與第四電容的一端相連，所述第七電阻的另一端 與電源芯片的負極相連，所述第四電容的另一端接地;所述運算放大器的輸出端串接第五 電容后與微控制器模塊的輸入端連接； 所述電源管理器包含采樣濾波電路、磁偏檢測電路、DSP模塊、CPLD模塊、隔離驅(qū)動電 路、功率放大電路、控制器、接口模塊和遠程通訊模塊;所述采樣濾波電路、磁偏檢測電路、 功率放大電路和接口模塊分別連接在DSP模塊的相應(yīng)端口上，所述DSP模塊通過CPLD模塊連 接隔離驅(qū)動電路，所述DSP模塊通過控制器連接遠程通訊模塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在 于:所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包含單片機和射頻發(fā)射器，所述微控制器模塊通過單片機與射頻發(fā) 射器連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在 于:所述遠程監(jiān)控終端包含控制器模塊以及分別與其連接的數(shù)據(jù)接收模塊、顯示模塊和數(shù) 據(jù)存儲模塊。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在 于:所述鉑電阻的芯片型號為PtlOO。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于濾波電路及電源控制器的環(huán)境風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在 于:所述電流檢測模塊采用霍爾電流傳感器。
【文檔編號】G01P5/12GK106018874SQ201610587096
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月22日
【發(fā)明人】禹勝林
【申請人】無錫信大氣象傳感網(wǎng)科技有限公司