一种便携式空气密度测量装置的制作方法

本实用新型属于测量技术领域，具体涉及一种便携式空气密度测量装置。

背景技术：

空气密度是一个重要的物理量，其测量在物理化学研究、质量与密度计量、气象学研究，风力发电中的风速估计中有重要应用；空气密度测量最常用的方法有浮力法、声学法和温湿压法；浮力法是通过精确测量比较质量相等但体积相差较大的两物体的浮力差确定空气密度，利用浮力法测量空气密度具有装置成本高，过程复杂的特点，常用于测量精度要求较高的测试环境中；声学法是利用声场的改变引起空气压力的改变从而测定空气密度的方法，该方法测量精度低；温、湿、压法是通过测量空气的成分和温度、湿度、压力，通过查表或计算得出空气密度的方法.对高精度的测试系统温、湿、压法几乎具有和浮力法相同的测量精度.选择合适的传感器，温、湿、压法将具有体积小，测量精度高，使用便捷的特点。

目前，我国尚无高精度、能直接测量空气密度的计量仪器，对空气密度的测量还只能采用对温、湿、压参数分散测量、人工计算的方法；这种方法不仅测量过程十分烦琐，也难以保证高精度测量；急需研制一种便携式空气密度测量装置，以达到简化空气密度的测量过程，实现数据处理自动化和测量高精度的目的。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种便携式空气密度测量装置，以达到简化空气密度的测量过程，实现数据处理自动化和测量高精度的目的。

一种便携式空气密度测量装置，该装置包括壳体、外置探头、用于测量空气温度的温度采集模块、用于检测空气湿度的湿度采集模块、用于检测大气压强的压强采集模块、用于检测空气中二氧化碳含量的二氧化碳采集模块、数字信号处理模块、设置有空气密度计算函数的微处理器模块、Wi-Fi模块、显示屏和电源模块，其中，外置探头设置于壳体的侧面，温度采集模块、湿度采集模块、压强采集模块、二氧化碳采集模块、数字信号处理模块、微处理器模块、Wi-Fi模块和电源模块设置于壳体内部，显示屏设置于壳体上端的面板；外置探头的输出端连接温度采集模块的输入端、湿度采集模块的输入端、压强采集模块的输入端和二氧化碳采集模块的输入端，温度采集模块的输出端、湿度采集模块的输出端、压强采集模块的输出端和二氧化碳采集模块的输出端连接数字信号处理模块的输入端，数字信号处理模块的输出端连接微处理器模块的输入端，微处理器模块的输出端连接显示屏的输入端，且微处理器模块与Wi-Fi模块和电源模块相连接。

所述的温度采集模块包括温度传感器和信号转换器，所述的湿度采集模块，包括湿度传感器和信号转换器，所述的压强采集模块包括大气压强传感器和信号转换器，所述的二氧化碳采集模块包括二氧化碳含量传感器和信号转换器。

所述的数字信号处理模块，包括多路数字选择芯片、数字信号缓冲器和电平转换电路。

所述的壳体一端设置有把手和锁。

所述的壳体上端的面板设置有指示灯。

本实用新型优点：

本实用新型提出一种便携式空气密度测量装置，该装置考虑了空气密度测量公式中的多种物理量影响因素，温度、湿度、大气压强、二氧化碳含量传感器均采用进口高精度模块；在采样过程中涉及的数字信号处理模块可以对各传感器发送过来的数字信号进行高效管理，提高了采样信号的传输速率和完整性；单片机中加入的分段线性插值法可以对传感器的采样误差进行修正，不仅解决了系统的自校准问题，还有效减小了传感器非线性特性对采样精度造成的影响；综上，本实用新型实施例提高了现有空气密度测量装置及其方法的实时性和准确性。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的壳体结构示意图，其中，1表示壳体，2表示面板，3表示显示屏，4表示指示灯，5表示外置探头，6表示把手，7表示锁；

图2为本实用新型一种实施方式的便携式空气密度测量装置的结构框图；

图3为本实用新型一种实施方式的数字信号处理模块原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。

本实用新型实施例中，如图1和图2所示，便携式空气密度测量装置包括壳体、外置探头、用于测量空气温度的温度采集模块、用于检测空气湿度的湿度采集模块、用于检测大气压强的压强采集模块、用于检测空气中二氧化碳含量的二氧化碳采集模块、数字信号处理模块、设置有空气密度计算函数的微处理器模块、Wi-Fi模块、显示屏和电源模块；所述的温度采集模块包括温度传感器和信号转换器，所述的湿度采集模块，包括湿度传感器和信号转换器，所述的压强采集模块包括大气压强传感器和信号转换器，所述的二氧化碳采集模块包括二氧化碳含量传感器和信号转换器；所述的数字信号处理模块，包括多路数字选择芯片、数字信号缓冲器和电平转换电路。

本实用新型实施例中，温度传感器采用DS18B20型号，湿度传感器采用SHT11型号，大气 压强传感器采用BMP085型号，二氧化碳含量传感器采用COZIR-Ambient型号，多路数字选择芯片采用PIC16F1824信号，数字信号缓冲器采用74LVC1G17GV型号，电平信号转换器采用TLP181型号，16位微处理器采用PIC32MX230F064D型号，Wi-Fi模块采用RN171型号。

本实用新型实施例中，如图1所示，外置探头5设置于壳体1的侧面，温度采集模块、湿度采集模块、压强采集模块、二氧化碳采集模块、数字信号处理模块、微处理器模块、Wi-Fi模块和电源模块设置于壳体1内部，显示屏3设置于壳体上端的面板2；所述的壳体一端设置有把手6和锁7，壳体上端的面板设置有指示灯4；

本实用新型实施例中，外置探头的输出端连接温度采集模块的输入端、湿度采集模块的输入端、压强采集模块的输入端和二氧化碳采集模块的输入端，温度采集模块的输出端、湿度采集模块的输出端、压强采集模块的输出端和二氧化碳采集模块的输出端连接数字信号处理模块的输入端，数字信号处理模块的输出端连接微处理器模块的输入端，微处理器模块的输出端连接显示屏的输入端，且微处理器模块与Wi-Fi模块和电源模块相连接；

本实用新型实施例中，当前环境下的温度、湿度、大气压强和二氧化碳含量的采样值经过每个模块内部的信号转换器转换为数字信号后，发送给下一级的数字信号处理模块，各物理量按照控制器设定的顺序和周期依次通过，输出的信号是经过排序和缓冲后的数字信号；经过数字信号处理后的采样信号最终发送到微处理器模块，微处理器模块中的控制器对各采样信号进行分段线性化修正，修正后的数据根据空气密度公式获得空气密度，并发送至显示屏进行显示，最后发送给Wi-Fi模块，由Wi-Fi模块通过无线信号发送到终端路由器，再由路由器通过以太网传输给上位机。

本实用新型实施例中，如图3所示，数字信号处理模块主要由多路信号选择芯片，数字信号缓冲器和电平转换电路组成；多路数字选择芯片输入端分别接收温度传感器、湿度传感器、大气压强传感器和二氧化碳含量传感器的采样信号，多路数字选择芯片的9、10、11三个引脚分别连接微处理器的PA0、PA1、PA2三个引脚，三个引脚从000至111共七个状态，可以选择从Y0至Y7的七个通道；其中温度信号连接Y0通道，对应状态000；湿度信号连接Y1通道，对应状态001；大气压强信号连接Y2，对应状态010；二氧化碳含量信号连接011，对应状态011；Y4至Y7通道为备用信号通道。多路数字选择芯片的使能端6引脚连接微处理器的PA3引脚，用来控制采样的使能状态，当设备处于待机状态时，系统停止采样，关闭各采样通道。多路数字选择芯片的输出端连接数字信号缓冲芯片的输入端，数字信号缓冲芯片的输出端连接电平信号转换器的输入端；在数字信号系统中，矩形脉冲数字信号在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，经过数字信号缓冲芯片整形后，获得较理想的矩形脉冲，消除采样信号在传输过程中因为波形畸变造成的影响；电平转换芯片的输出端连接微处理器 的PB0采样引脚，电平转换芯片的作用是将5V数字电平信号转换为控制器可接受的3.3V数字电平信号。

本实用新型实施例中，在微处理器实现空气密度测量过程的控制，主要任务是将各传感器采集到的信号带入空气密度计算公式中，得出空气密度值，并将其显示并发送到终端路由器；

装置工作过程如下：

装置上电，控制器对A/D口、I/O口等进行初始化；装置自检，判断各传感器工作是否正常，若否，装置工作异常指示灯红灯亮起；自检正常后，采集空气温度、湿度、大气压强和二氧化碳含量的信号并存储；将空气温度、湿度、大气压强和二氧化碳含量的采样值进行修正结果；将空气温度、湿度大气压强和二氧化碳含量的修正值输入空气密度计算函数，计算出空气密度值，并发送给显示屏和WiFi模块；WiFi模块成功发送空气密度信号，装置正常工作指示灯绿灯亮起，WiFi模块未成功发送空气密度信号，装置通信异常指示灯黄灯亮起。