一种风洞天平智能采集无线传输装置的制作方法

本实用新型涉及一种风洞天平智能采集无线传输装置，属于无线传感采集领域。

背景技术：

飞行器研制前期通常要进行风洞试验，来模拟飞行器在大气层中飞行时所受到的气动力，风洞天平就是常用的测量气动力的装置。

风洞试验采用相似原理，将待试验飞行器按一定比例缩小，加工成飞行器模型固定在风洞中，然后依据相对运动原理，控制气流速度来模拟飞行器的速度，借助风洞天平就可以测试飞行器所受到的气动力。

风洞天平可以测量飞行器受到的阻力、升力、侧向力、俯仰力矩、滚转力矩以及偏航力矩这六个单元的气动载荷，常用的测量方式为有线测量，而有线测量不仅增加了布线结构、增大了机构尺寸，而且增加了由于线缆\航插\焊接头等部件损坏带来的可靠性降低的风险。因此，需要设计一套新的天平采集装置，采用无线传感器网络技术，来替代传统天平有线传输方式。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：是克服现有风洞天平数据采集系统的不足，提供一种风洞天平智能采集无线传输装置。

本实用新型解决技术的方案是：风洞天平智能采集无线传输装置，包括信号采集模块、能源管理模块、传感器模块、处理器以及无线通信模块；

所述的能源管理模块为整个装置进行供电；用于采集风洞内温度信号以及风洞试验模型支撑机构的振动信号的传感器模块的输出连接处理器；信号采集模块包含六个模拟量采集通道，采集风洞天平六分量信号，并通过adc模数转换器转变成天平数字信号输出，输出连接处理器；处理器根据温度信号对天平数字信号进行温度补偿，并将振动信号和天平数据按时间戳打包，通过无线通信模块发给地面计算机。

优选的，所述的处理器和无线通信模块选用cc2430芯片，传感器模块的输出、adc模数转换器的输出均与cc2430处理器芯片相应的信号输入端相连。

优选的，所述的无线通信模块包含天线。

优选的，所述天线为微带天线，所述微带天线设计在pcb板上，与所述cc2430处理器芯片相应引脚相连。

优选的，所述的信号采集模块包含独立的20位adc模数转换器。

优选的，所述的六个采集通道相互电气隔离。

优选的，所述能源管理模块包含jtag接口供电模块和蓄电池供电模块，当进行地面调试时采用jtag接口直接供电，当进行风洞试验时采用蓄电池供电。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

它能够智能采集风洞天平数据，并且采集包括模型支撑机构振动信号和风洞内部温度信号等多种风洞试验信号数据，实现快捷的风洞试验数据获取，同时防止有线测量增加布线结构，增大了机构尺寸，以及由于增加的线缆\航插\焊接头等部件损坏带来的可靠性降低的风险。

1)、利用温度传感器模块采集的风洞内温度数据，对天平数据进行温度补偿修正，从而降低风洞内温度对天平数据的影响；

2)、将振动加速度传感器采集的振动信号跟天平数据按时间戳打包，为风洞试验提供额外更加丰富的试验数据，为后期的天平数据分析提供更加详细的信息；

3)、通过无线传输装置实现无线数据传输，减少了繁琐的布线，并且避免了因布线而采用的结构对风洞试验产生的不利因素，降低了不必要的干扰，提高了装置的可靠性；且无线数据传输采用微带天线设计在pcb板上的结构，与cc2430处理器芯片相应引脚相连，增强信号强度，增强无线传输能力。

附图说明

图1是本实用新型的风洞天平智能采集无线传输装置原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步阐述。

一种风洞天平智能采集无线传输装置，实现智能采集并处理风洞天平六分量数据，并通过无线方式传输给地面计算机，所述风洞天平智能采集无线传输装置包括处理器模块、无线通信模块、传感器模块、信号采集模块、能源管理模块，

所述处理器模块和无线通信模块选用支持zigbee协议的soc处理器芯片cc2430，所述cc2430芯片是一款片上系统(soc)芯片，具有增强的8051内核以及128kb的闪存，集成了符合ieee802.15.4标准的2.4ghz的rf无线电收发机，最高可达250kb/s的传输速率以及150～200m的传输距离，集成了模数转换的adc以及许多其他强大的功能，可以完成处理器模块以及无线通信模块的功能；

所述传感器模块包含振动加速度传感器和温度传感器，所述振动加速度传感器和温度传感器分别与cc2430处理器芯片相应的信号输入端相连；

所述信号采集模块拥有六个带电器隔离的独立采集通道，相互不产生干扰，外接天平某一通道发生故障时，不会影响其他通道的采集。信号采集模块包含独立的高精度20位adc模数转换模块，而非cc2430处理器芯片内置的14位adc模数转换模块，增强了数据采样精度，所述六个模拟量采集通道相互独立，相互电气隔离；

为了增强风洞天平智能采集无线传输装置的无线通信能力，所述无线通信模块还包含天线；优选的，天线为微带天线，用于降低风洞天平智能采集无线传输装置的体积；所述微带天线设计在pcb板上，与所述cc2430处理器芯片相应引脚相连，增强信号强度，增强无线传输能力。

所述温度传感器可以采集风洞内温度信号，并将采集到的温度信号传递给cc2430处理器芯片，cc2430处理器通过内置程序实现天平数据的温度补偿，从而降低温度对天平数据的影响。

所述振动加速度传感器用于采集风洞试验模型支撑机构的振动信号，并将采集到的振动信号传递给cc2430处理器芯片，cc2430处理器通过内置程序，将振动信号和天平数据按时间戳打包，为后期的天平数据分析提供更加详细的信息。

所述能源管理模块给整套风洞天平智能采集无线传输装置供电。所述能源管理模块包含jtag接口和蓄电池两种供电方式，当进行cc2430处理器芯片内部程序开发或地面调试时，可以直接选用jtag供电；当进行风洞试验时采用蓄电池供电，从而提高风洞天平智能采集无线传输装置的实用性。

如图1所示，所述加速度传感器可以采集风洞试验模型支撑机构的振动信号，并将采集到的振动信号传递给cc2430处理器芯片，cc2430处理器将振动信号和天平数据按时间戳打包，为后期的天平数据分析提供更加详细的信息。

所述温度传感器采集风洞内温度信号，并将采集到的温度信号传递给cc2430处理器芯片，cc2430处理器实现天平数据的温度补偿。此处的温度补偿采用现有方法，在施加相同的负载，不同温度环境下理论上天平数据应该是相同的，但是实际温度会影响采集的天平数据，通过将不同温度下采集的天平数据进行拟合处理，进而实现对天平数据的温度补偿。cc2430处理器将振动加速度传感器测量的支杆振动信号按时间戳同修正后的天平数据一起打包；最终将打包好的数据通过无线的方式发送给地面计算机，完成风洞天平数据无线智能获取。

本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。

技术特征：

1.风洞天平智能采集无线传输装置，其特征在于：包括信号采集模块、能源管理模块、传感器模块、处理器以及无线通信模块；

所述的能源管理模块为整个装置进行供电；用于采集风洞内温度信号以及风洞试验模型支撑机构的振动信号的传感器模块的输出连接处理器；信号采集模块包含六个模拟量采集通道，采集风洞天平六分量信号，并通过adc模数转换器转变成天平数字信号输出，输出连接处理器；处理器根据温度信号对天平数字信号进行温度补偿，并将振动信号和天平数据按时间戳打包，通过无线通信模块发给地面计算机。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的处理器和无线通信模块选用cc2430芯片，传感器模块的输出、adc模数转换器的输出均与cc2430处理器芯片相应的信号输入端相连。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的无线通信模块包含天线。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述天线为微带天线，所述微带天线设计在pcb板上，与所述cc2430处理器芯片相应引脚相连。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的信号采集模块包含独立的20位adc模数转换器。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的六个采集通道相互电气隔离。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述能源管理模块包含jtag接口供电模块和蓄电池供电模块，当进行地面调试时采用jtag接口直接供电，当进行风洞试验时采用蓄电池供电。

技术总结
本实用新型涉及一种风洞天平智能采集无线传输装置，包括信号采集模块、能源管理模块、传感器模块、处理器以及无线通信模块；所述的能源管理模块为整个装置进行供电；用于采集风洞内温度信号以及风洞试验模型支撑机构的振动信号的传感器模块的输出连接处理器；信号采集模块包含六个模拟量采集通道，采集风洞天平六分量信号，并通过ADC模数转换器转变成天平数字信号输出，输出连接处理器；处理器根据温度信号对天平数字信号进行温度补偿，并将振动信号和天平数据按时间戳打包，通过无线通信模块发给地面计算机。

技术研发人员：尼文斌;魏巍;赵永胜
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：2019.11.29
技术公布日：2020.09.18