电路的输出端连接于储能电路，储能电路的输出端连接于A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端与51单片机的一部分I/O端口相连，储能电路包括两个电容(如电容C1_1、C2_1);其中一个电容(如电容Cl_l)的正极连接于所述整流电路的输出端，负极接地；另一个电容(如电容C2_l)的正极连接于所述保护电路的输出端，负极接地。
[0026]如图3所示，共有独立的16个电路共同组成测量电路，其中每个独立电路的电路结构均相同，即每个独立电路均包括:整流电路、储能电路和保护电路。现以第一个独立电路为例说明各分支电路的结构:所述整流电路，由整流桥Dl_l构成；所述储能电路，由两个电容Cl_l、C2_l构成；所述保护电路，由两个肖特基二极管D2_1、D3_1组成。
[0027]如图4所示，所述A/D转换电路包括4块PCF8951P转换集成芯片，其分辨率为8位，其作用均为采集电压。所述A/D转换电路为模拟信号和数字信号之间的转换，还可以采用ADC0809芯片代替PCF8951P芯片实现A/D转换功能。4个A/D转换芯片PCF8951P、STC89S51芯片、晶振、复位电路、IXD12864共同组成显示电路。晶振的作用是给芯片提供外部时钟信号，由于有16路电压需要采集，而每个A/D转换芯片PCF8951P只能采集到4路，故使用4块A/D转换芯片PCF8951P来实现。每块PCF8951P芯片功能相同，现以图4中的第一个A/D转换芯片PCF8951P为例说明功能。芯片中AINO、AINl、AIN2、AIN3的作用为电压输入端，每个端口所连线上均有标注，与测量电路中输出端连线上标注相同，即相同标注的连线是连到一起的。芯片中A0、A1、A2起到选择芯片的作用，也就是给芯片编号，图中Ul为A0、A1、A2均接地，S卩AO = Al = A2 = 0，代表O号芯片，U2为AO接VCC，A1、A2接地，即Al = A2 = 0，AO = 1，代表I号芯片，以此类推。而PCF8951P芯片实现功能为将采集到的16路电压转换成二进制数来表示其大小和正负。
[0028]STC89S51芯片和晶振、复位电路组成51单片机的最小系统，即要让51单片机工作，晶振和复位电路是必须的。晶振U6和两个电容C1、C2给STC89S51芯片提供外部时钟信号，也可将这部分视为51单片机的时钟电路。复位电路由开关S0、电阻R2和电容C5组成，复位电路的作用为当单片机工作异常时，将单片机内信号置回初始状态，重新运行程序。
[0029]所述IXD12864是一块液晶显示屏，通过与STC89S51芯片相连，以及编程就可以显示出想要的内容，比如本实施方式中所需要的风速和风向。其与STC89S51芯片连接方式也为与端口连线的标注相同的导线连到一起。当然，还可以采用IXD1602显示屏代替IXD12864显示屏，但与51单片机连接的液晶显示屏中可以显示汉字的一般为IXD12864。
[0030]如图4所示的显示电路中，Ul的AIN0、AIN1、AIN2、AIN3端口输入电压，所述Ul是A/D转换电路4块PCF8951P芯片之一。Ul芯片的AOUT和OSC分别为D/A转换端口和外部时钟输入端口，A0、Al、A2端口为4块相同芯片的选择通道，其分别接VCC或接GND代表I或0，从而这三个通道构成3位二进制数，起到选择通道的作用，VCC接+5V电压和GND接地实现芯片的供电，VREF接+5V电压和AGND、TXT接地屏蔽D/A转换功能，SCL为时钟信号输出连接到51单片机的P2.0端口，SDA端将采集到的电压转换为二进制输入到51单片机的P2.1端口。显示系统中的51单片机连接最小系统，包括晶振和复位电路，51单片机的晶振分别连接于XTALl和XTAL2端口，并且连接两个电容C1、C2再接地，51单片机的复位电路，复位开关SO的I端连接+5V电压，2端连接到RST端口，并在复位开关两端并联一个电容C5，复位开关的I端通过电阻R2接地，显示系统的IXD12864显示屏上I/O接口分别与51单片机的I/O端口连接，VCC和GND分别连接+5V电压和接地，左侧的VCC、NC和右侧的NC端之间连接滑动变阻器R3用于调节IXD屏显亮度。
[0031]使用时，将本发明安装于建筑物顶部，让接收风装置4随风摆动，带动竖直杆上的16个压电陶瓷片5发生形变，产生电荷通过测量电路输出电压，再将输出电压输入到显示电路的A/D转换模块进而连接到51单片机，通过对51单片机的编程比较采集电压的大小，将会有个最大的正电压和负电压，该最大电压大小对应某一风速，并根据电压的正、负来确定风向，然后将风速、风向显示到IXD12864显示屏中。
[0032]上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
【主权项】
1.一种风速风向检测装置，其特征在于:包括感应系统和测量系统，所述感应系统包括能随风摆动的竖直杆、压电陶瓷片、旋转装置和接收风装置，所述压电陶瓷片共设置有多块并均匀布设在竖直杆下半部分任一段高度的外壁，所述旋转装置设置在竖直杆的上半部分并能随风绕竖直杆旋转，在所述旋转装置的圆周一侧连接有接收风装置，所述每一块压电陶瓷片的两端均与测量系统电连接，所述压电陶瓷片共设置了 16块，所述16块压电陶瓷片布设在竖直杆的同一水平高度，并均匀对称贴合于竖直杆外壁，所述压电陶瓷片布设在竖直杆从底端向上的三分之一高处，所述旋转装置设置在竖直杆的顶端，所述接收风装置通过尼龙绳与旋转装置连接。
2.根据权利要求1所述的风速风向检测装置，其特征在于:所述每块压电陶瓷片外侧均设置有一层防风化薄膜，所述每块压电陶瓷片之间填充有绝缘物。
3.根据权利要求1所述的风速风向检测装置，其特征在于:还包括固定装置，所述固定装置安装在竖直杆的底部。
4.根据权利要求1所述的风速风向检测装置，其特征在于:所述测量系统包括测量电路、整流电路、储能电路、保护电路和显示电路，所述测量电路包括16路输入，所述16路输入互相独立且功能相同，所述显示电路包括A/D转换电路、单片机以及显示屏，所述测量电路的每一路输入端均与相应的每块陶瓷片的两端相连，所述测量电路的每一路输出端均与A/D转换电路相连，所述整流电路的输入端连接于测量电路的输入接口，所述整流电路的输出端分别并联于保护电路的输入端，所述保护电路的输出端连接于储能电路，储能电路的输出端连接于A/D转换电路的输入端，所述A/D转换电路的输出端与单片机的一部分I/O端口相连，所述单片机的的一部分I/O端口与显示屏相连。
5.根据权利要求4所述的风速风向检测装置，其特征在于:所述储能电路包括两个电容(C1_1、C2_1);其中一个电容(Cl_l)的正极连接于所述整流电路的输出端，负极接地；另一个电容(C2_l)的正极连接于所述保护电路的输出端，负极接地。
6.根据权利要求5所述的风速风向检测装置，其特征在于:所述整流电路包括整流桥(Dl_l);所述保护电路包括两个肖特基二极管(D2_1、D3_1)，所述A/D转换电路包括4块PCF8951P 芯片。
【专利摘要】本发明公开了一种风速风向检测装置，尤其是一种基于压电效应的风速风向检测装置，它包括感应系统、测量系统，所述感应系统包括橡胶材料制成的竖直杆、压电陶瓷片、旋转装置和接收风装置，所述压电陶瓷片为16块，在同一水平高度上对称均匀贴合于橡胶竖直杆顶端与底端之间的外壁上，所述旋转装置位于橡胶竖直杆顶端，所述接收风装置通过尼龙绳连接旋转装置，所述压电陶瓷片的两端与测量系统相连。本发明安装于建筑物顶部，让接受风装置随风摆动，带动竖直杆上的压电陶瓷片产生输出电压，再将输出电压输入到显示电路显示出来，可同时测出风向和风速，并具有较高的精度。
【IPC分类】G01P5-02, G01P13-02
【公开号】CN104535790
【申请号】CN201410799290
【发明人】杨振坤, 常相辉, 樊代和, 李琰, 张镭
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月19日