基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型電子電路領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)速儀在我們正常的生產(chǎn)生活中有著不可或缺的重要地位，在一些場(chǎng)合中把握風(fēng)的流速與方向能夠更好地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，提高效率，減少不必要的損失。風(fēng)速儀也被廣泛運(yùn)用于各種氣流監(jiān)測(cè)的方向上，從而有效控制生產(chǎn)成本。所以說(shuō)，風(fēng)速儀的研究使用價(jià)值巨大，是有現(xiàn)實(shí)意義的。
[0003]傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)從系統(tǒng)上來(lái)說(shuō)不管在測(cè)量方法還是統(tǒng)計(jì)結(jié)論上都比較簡(jiǎn)陋，大多數(shù)情況下就是在簡(jiǎn)單儀表測(cè)量的基礎(chǔ)上加以概括統(tǒng)計(jì)，完全由人工來(lái)進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量，整個(gè)系統(tǒng)的人力成本昂貴，而且可靠性不高。隨著社會(huì)的發(fā)展，老式的風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)越來(lái)越不能滿(mǎn)足要求，新式風(fēng)速儀應(yīng)運(yùn)而生。這里簡(jiǎn)單介紹幾種隨著現(xiàn)代科技水平提高產(chǎn)生的新型風(fēng)速測(cè)量?jī)x器。
[0004]風(fēng)杯式風(fēng)速儀是最早出現(xiàn)并投入生產(chǎn)生活中的現(xiàn)代化風(fēng)速儀，即使在風(fēng)速儀高度發(fā)展的今天也是頗為常見(jiàn)。它由三到四個(gè)互為犄角的風(fēng)杯拼湊而成，安裝在一個(gè)可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的架子上。一旦受到風(fēng)的壓力，它會(huì)產(chǎn)生正比于風(fēng)力大小的轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過(guò)光電效應(yīng)或者電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，通過(guò)計(jì)算電信號(hào)的頻率來(lái)得出風(fēng)力大小，再通過(guò)一些修正優(yōu)化得出實(shí)際風(fēng)速。它的優(yōu)點(diǎn)在于原理簡(jiǎn)易，成本低下，測(cè)量結(jié)果也是較為準(zhǔn)確的。
[0005]熱敏式風(fēng)速儀是最近興起的高精度風(fēng)速測(cè)量?jī)x器之一，其基本原理在于氣流的運(yùn)動(dòng)帶走預(yù)先加熱過(guò)的熱敏材料上的熱量。在熱補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中計(jì)算出此材料的重新回到對(duì)應(yīng)溫度所消耗掉的熱量。消耗掉的熱量與風(fēng)速的大小有一定的函數(shù)關(guān)系，從而能夠計(jì)算出風(fēng)速的大小。熱敏式風(fēng)速儀對(duì)于小風(fēng)速情況下的溫度變化較為敏感，適用于小風(fēng)速的測(cè)量環(huán)境，本身對(duì)于環(huán)境溫度的要求也比較高。
[0006]皮托管式風(fēng)速儀顧名思義是一種通過(guò)皮托管來(lái)測(cè)量風(fēng)速的儀器。皮托管由一根直角彎折的金屬管作為主體，包括感測(cè)頭，內(nèi)外管，管柱與導(dǎo)管。主要通過(guò)氣體流經(jīng)皮托管外時(shí)產(chǎn)生的壓力與皮托管內(nèi)部的壓力經(jīng)過(guò)函數(shù)計(jì)算得出動(dòng)壓，也就是風(fēng)壓大小，再根據(jù)伯努利公式推導(dǎo)出風(fēng)速大小。這種風(fēng)速儀由于受到風(fēng)壓大小的限制，適用面較前兩種風(fēng)速儀更小。主要適用于復(fù)雜環(huán)境的小風(fēng)速測(cè)量，對(duì)于大風(fēng)速，不定向風(fēng)速，這種裝置的效果就相對(duì)較差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]1、本實(shí)用新型的目的。
[0008]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)試精度不夠，適應(yīng)性差的問(wèn)題而提出了一種基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀。
[0009]2、本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案。
[0010]基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀，包括力學(xué)傳感器，A/D轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)、顯示器、復(fù)位與晶振電路、電源；顯示器安裝在單片機(jī)母座上方；力學(xué)傳感器為全橋式應(yīng)變片式傳感器，由四組黏貼在彈性元件上的力敏電阻感應(yīng)元件組成；復(fù)位與晶振電路與單片機(jī)相連，提供穩(wěn)定的周期性信號(hào)源；力學(xué)傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后將風(fēng)速等級(jí)輸出到顯示器。
[0011]全橋式應(yīng)變片式傳感器所接入的四片應(yīng)變片，使相鄰橋臂應(yīng)變片應(yīng)變狀態(tài)相反，相對(duì)橋臂應(yīng)變片應(yīng)變狀態(tài)相同。這樣產(chǎn)生的電量變化是單臂應(yīng)變片的四倍，其靈敏度也為單片工作時(shí)的4倍，同時(shí)由于使用了四片應(yīng)變片，橋式電路本身還具有一定的溫度補(bǔ)償功會(huì)K。
[0012]雖然全橋式應(yīng)變片式傳感器內(nèi)部已經(jīng)集成了一個(gè)運(yùn)算放大器，但是本身橋式電路產(chǎn)生的電流信號(hào)比較微弱，增加一個(gè)運(yùn)算放大器，將壓力傳感器的信號(hào)進(jìn)行放大后輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片，使它的測(cè)量結(jié)果趨于精確穩(wěn)定。
[0013]所述的單片機(jī)為MSC-51單片機(jī)
[0014]所述的復(fù)位與晶振電路為12MHZ的石英晶體振蕩器，所述的石英晶體振蕩器連上單片機(jī)的輸入和輸出引腳，再并聯(lián)兩個(gè)電容，生成一個(gè)穩(wěn)定的自激勵(lì)振蕩電路。
[0015]所述的A/D轉(zhuǎn)換芯片為HX711-BF芯片。
[0016]1、本實(shí)用新型的有益效果。
[0017]本實(shí)用新型通過(guò)單片機(jī)來(lái)測(cè)定計(jì)算風(fēng)速大小的測(cè)量裝置，它屬于皮托管式風(fēng)速儀的一個(gè)基礎(chǔ)變種，根據(jù)空氣流動(dòng)產(chǎn)生的推力對(duì)壓力傳感器產(chǎn)生壓迫。利用這個(gè)壓迫力，壓力傳感器會(huì)生成相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，根據(jù)電信號(hào)的大小來(lái)求出風(fēng)速的大小，這種風(fēng)速計(jì)成本較低適合一般情況下的民用大范圍測(cè)量。本風(fēng)速儀的實(shí)現(xiàn)在一般環(huán)境風(fēng)速條件(一到十三級(jí)，干燥平原地區(qū))下實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量，精度在0.lm/s，誤差不大于0.2m/So
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2本實(shí)用新型力學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使專(zhuān)利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人將在下面以實(shí)施例的方式作詳細(xì)說(shuō)明，但是對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本實(shí)用新型方案的限制，任何依據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的等效變換都應(yīng)視為本實(shí)用新型的技術(shù)方案范疇。
實(shí)施例
[0021]選用了精度為lg，量程為20000g的HL8力學(xué)傳感器。使用了 1.5v的四節(jié)干電池為整個(gè)電路供電，使整個(gè)電路處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。A/D轉(zhuǎn)換芯片采用HX711-BF(24位)芯片實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。LCD液晶屏需要人們的直觀認(rèn)識(shí)，可以放在單片機(jī)母座的上方，排線(xiàn)與排母安裝在焊接電路下方，由于通過(guò)較大電流的原因，容易發(fā)熱發(fā)燙，排線(xiàn)部分需要單獨(dú)放置一排，能和三極管，力學(xué)傳感器或者晶振焊接到一起，否則可能會(huì)引起測(cè)試偏差，或者直接導(dǎo)致晶振毀壞。傳感器部分需要外接，因?yàn)閷?duì)應(yīng)的亞克力擋板占面積很大，如果將傳感器焊接在PCB板上，其他零部件將無(wú)法焊接，而一個(gè)靈活的受力面也有益于風(fēng)速儀正對(duì)風(fēng)壓方向，使我們更好地測(cè)量風(fēng)速。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)包括力學(xué)傳感器，運(yùn)算放大器，A/D轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)、顯示器、復(fù)位與晶振電路、電源；顯示器安裝在單片機(jī)母座上方；力學(xué)傳感器為全橋式應(yīng)變片式傳感器，由四組黏貼在彈性元件上的力敏電阻感應(yīng)元件組成；復(fù)位與晶振電路與單片機(jī)相連，提供穩(wěn)定的周期性信號(hào)源；力學(xué)傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)輸入到運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器將放大的信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后將風(fēng)速等級(jí)輸出到顯示器。
[0023]如圖2所示，其中力學(xué)傳感器采用全橋式應(yīng)變片式傳感器所接入的四片應(yīng)變片，使相鄰橋臂應(yīng)變片應(yīng)變狀態(tài)相反，相對(duì)橋臂應(yīng)變片應(yīng)變狀態(tài)相同。這樣產(chǎn)生的電量變化是單臂應(yīng)變片的四倍，其靈敏度也為單片工作時(shí)的4倍，同時(shí)由于使用了四片應(yīng)變片，橋式電路本身還具有一定的溫度補(bǔ)償功能。
[0024]本風(fēng)速儀的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在一般環(huán)境風(fēng)速條件(一到十三級(jí)，干燥平原地區(qū))下實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量，精度在0.lm/s,誤差不大于0.2m/sο同時(shí)在LCD顯示屏上顯示出所受力的大小(單位g)，風(fēng)速大小(單位m/s)，與風(fēng)級(jí)的數(shù)字標(biāo)注。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀，其特征在于:包括力學(xué)傳感器，A/D轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)、顯示器、復(fù)位與晶振電路、電源；顯示器安裝在單片機(jī)母座上方；力學(xué)傳感器為全橋式應(yīng)變片式傳感器，由四組黏貼在彈性元件上的力敏電阻感應(yīng)元件組成；復(fù)位與晶振電路與單片機(jī)相連，提供穩(wěn)定的周期性信號(hào)源；力學(xué)傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后將風(fēng)速等級(jí)輸出到顯示器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀，其特征在于:還包括運(yùn)算放大器，將壓力傳感器的信號(hào)進(jìn)行放大后輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀，其特征在于:所述的單片機(jī)為MSC-51單片機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀，其特征在于:所述的復(fù)位與晶振電路為12MHZ的石英晶體振蕩器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀，其特征在于:所述的石英晶體振蕩器連上單片機(jī)的輸入和輸出引腳，并聯(lián)兩個(gè)電容，生成一個(gè)穩(wěn)定的自激勵(lì)振蕩電路。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀，其特征在于:所述的A/D轉(zhuǎn)換芯片為HX711-BF芯片。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于單片機(jī)的風(fēng)速測(cè)試儀，包括力學(xué)傳感器，A/D轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)、顯示器、復(fù)位與晶振電路、電源；顯示器安裝在單片機(jī)母座上方；力學(xué)傳感器為全橋式應(yīng)變片式傳感器，由四組黏貼在彈性元件上的力敏電阻感應(yīng)元件組成；復(fù)位與晶振電路與單片機(jī)相連，提供穩(wěn)定的周期性信號(hào)源；力學(xué)傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后將風(fēng)速等級(jí)輸出到顯示器。本實(shí)用新型通過(guò)單片機(jī)來(lái)測(cè)定計(jì)算風(fēng)速大小的測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)在一般環(huán)境風(fēng)速條件下實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量，精度在0.1m/s，誤差不大于0.2m/s，成本較低，適合大范圍推廣應(yīng)用。
【IPC分類(lèi)】G01P5/02
【公開(kāi)號(hào)】CN204882605
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520383027
【發(fā)明人】呂崗, 季凱旋
【申請(qǐng)人】常熟理工學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月4日