基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统，包含数据采集终端以及与其连接的远程监控终端，所述数据采集终端包含铂电阻，以及设置在铂电阻上的电流检测模块、三级放大电路、滤波电路、微控制器模块、数据传输模块、电源管理器和电源模块；本发明通过采用霍尔电流传感器实时检测铂电阻的电流以及计算出铂电阻周边环境温度和自身温度的温度差，进而精确的获取空气流速。
【专利说明】
基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统
技术领域
[0001] 本发明设及一种空气流速检测装置，尤其设及基于滤波电路及电源控制器的环境 风速监控系统，属于风速检测控制领域。
【背景技术】
[0002] 风速检测在环保气象、工业设备、采矿安全、卫生保健等诸多领域都具有十分重要 的意义。随着我国风力发电事业的发展、检测技术的进步W及人们对环境要求的提高，人们 对检测仪器的测量精度和功能的要求越来越高。风速传感器是用于测量空气流动速度的传 感器。风速传感器可W用作空调系统的风量控制传感器和汽车之类的空气流量传感器。除 此之外，它还作为流体力学与空气动力学领域内风桐实验不可缺少的传感器而引起人们的 关注。
[0003] 在环保气象、家用电器、工业设备、卫生保健等诸多领域，空气流速都是一项重要 的检测参数，特别是在当今社会，各种风扇、空调等家用电器大量进入家庭、办公室和公共 场所。基于W上原因，本发明设计了一种测量风速的风速测量电路，它具有成本低、使用方 便、测量精度较高等特点，并且能够与单片机等其他集成忍片配合使用而成为其他系统的 应用电路。
[0004] 例如申请号为"201210492818.0"的一种风速测量传感器，包括中空设置的底座、 设置在所述底座顶端的盖板和套装在所述底座上的风杯罩，所述底座内部设置有与所述风 杯罩的几何中屯、位置固定连接的传动轴，所述底座内部安装有用于支撑所述传动轴的上轴 承和下轴承，所述上轴承与下轴承之间设置有套装在所述传动轴上的定位套，所述传动轴 的下部外壁上安装有磁铁块，所述底座的内壁上安装有磁性传感器，所述磁性传感器与所 述磁铁块位于同一水平线上，所述风杯罩的两端对称设置有两个风杯。该发明结构简单，设 计合理，加工制作方便，使用操作便捷，灵敏度高，实现成本低，使用寿命长，实用性强，使用 效果好，便于推广使用，但是测量技术有待进一步提升。
[0005] 又如申请号为"201310108380.护的销热栅式风速风向传感器，包括销丝、隔热基 底层、过渡层、覆膜层和金属片引线，其中隔热基底层与过渡层粘接连接，销丝绕成四个独 立的栅丝结构a、b、c、d并粘接在过渡层上，四个独立的栅丝结构中的两个栅丝结构a、b水平 排列，另外两个栅丝结构c、d竖直排列，且栅丝结构a、b的连线与栅丝结构c、d的连线互相垂 直，销丝引线与金属片引线焊接连接，覆膜层粘接在过渡层上，该发明传感器用于风速风向 的测量，具有体积小、质量轻、精度高、长寿命、结构简单可靠的特点。但是测量精度有待进 一步提局。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】的不足提供了一种成本低、使用方 便、测量精度较高的基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统。
[0007] 本发明为解决上述技术问题采用W下技术方案：
[0008] 基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统，包含数据采集终端W及与其连 接的远程监控终端，所述数据采集终端包含销电阻，W及设置在销电阻上的电流检测模块、 =级放大电路、滤波电路、微控制器模块、数据传输模块、电源管理器和电源模块;所述电流 检测模块依次通过放大电路、滤波电路连接微控制器模块，所述微控制器模块连接数据传 输模块，所述电源模块通过电源管理器连接微控制器模块;其中，所述销电阻用于实时检测 销电阻周边环境溫度及销电阻自身溫度;所述电流检测模块用于实时检测销电阻上流通的 电流;所述微控制器模块根据检测的销电阻的自身溫度、销电阻上流通的电流W及销电阻 周边环境溫度计算出风速;所述数据传输模块用于将计算出的风速传输至远程监控终端；
[0009] 所述滤波电路包含第一电阻、第二电阻、第=电阻、第四电阻、第五电阻、第六电 阻、第屯电阻、第一电容、第二电容、第=电容、第四电容、第五电容、运算放大器、电源忍片， 所述第一电阻的一端与=级放大电路的输出端相连，所述第一电阻的另一端连接第一电容 的一端和第二电容的一端后与第二电阻的一端相连，所述第一电容的另一端连接第=电阻 的一端后与运算放大器的负输入端相连，所述第二电容的另一端连接第=电阻的另一端后 与运算放大器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地;所述运算放大器的正输入端依 次连接第四电阻和第五电阻后接地，运算放大器的正电源端并接第=电容的一端后与第六 电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与电源的正极相连，所述第=电容的另一端接地， 运算放大器的负电源端并接第屯电阻的一端后与第四电容的一端相连，所述第屯电阻的另 一端与电源忍片的负极相连，所述第四电容的另一端接地;所述运算放大器的输出端串接 第五电容后与微控制器模块的输入端连接；
[0010] 所述电源管理器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动 电路、功率放大电路、控制器、接口模块和远程通讯模块;所述采样滤波电路、磁偏检测电 路、功率放大电路和接口模块分别连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模 块连接隔离驱动电路，所述DSP模块通过控制器连接远程通讯模块。
[0011] 作为本发明基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统的进一步优选方案， 所述数据传输模块包含单片机和射频发射器，所述微控制器模块通过单片机与射频发射器 连接。
[0012] 作为本发明基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统的进一步优选方案， 所述远程监控终端包含控制器模块W及分别与其连接的数据接收模块、显示模块和数据存 储模块。
[0013] 作为本发明基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统的进一步优选方案， 所述销电阻的忍片型号为PtlOO。
[0014] 作为本发明基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统的进一步优选方案， 所述电流检测模块采用霍尔电流传感器。
[0015] 本发明采用W上技术方案与现有技术相比，具有W下技术效果：
[0016] 1、本发明通过采用霍尔电流传感器实时检测销电阻的电流W及计算出销电阻周 边环境溫度和自身溫度的溫度差，进而精确的获取空气流速即风速；
[0017] 2、本发明能够精确检测大气风速进而达到更好的安全预警。
【附图说明】
[0018] 图I是本发明的系统结构原理图；
[0019] 图2是本发明数据采集终端的结构原理图；
[0020] 图3是本发明数据采集终端滤波电路电路图；
[0021] 图4是本发明数据采集终端的电路图的结构原理图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0023] 如图1所示，基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统，包含数据采集终端 W及与其连接的远程监控终端。所述数据采集终端实时采集大气环境的风速参数，进而将 采集的风速参数传输至远程监控终端。
[0024] 如图2所示，所述数据采集终端包含销电阻，W及设置在销电阻上的电流检测模 块、=级放大电路、滤波电路、微控制器模块、数据传输模块、电源管理器和电源模块;所述 电流检测模块依次通过=级放大电路、滤波电路连接微控制器模块，所述微控制器模块连 接数据传输模块，所述电源模块通过电源管理器连接微控制器模块;其中，所述销电阻用于 实时检测销电阻周边环境溫度及销电阻自身溫度;所述电流检测模块用于实时检测销电阻 上流通的电流;所述微控制器模块根据检测的销电阻的自身溫度、销电阻上流通的电流W 及销电阻周边环境溫度计算出风速，具体计算如下：
其中，V为空气流 速，Ih为电阻上流通的电流，Rh为销电阻的阻值，扣为销电阻自身溫度，!'J为销电阻周边环境 溫度，C为对流换热系数，A为销电阻的对流面积;所述数据传输模块用于将计算出的风速传 输至远程监控终端；
[002引其中，所述微控制器模块采用AVR系列单片机，所述显示模块为LCD显示屏，所述销 电阻的型号为PtlOO,所述电流检测模块采用霍尔电流传感器，所述数据传输模块包含单片 机W及与与其连接的射频发射器。
[0026] 如图3所示，所述滤波电路包含第一电阻、第二电阻、第=电阻、第四电阻、第五电 阻、第六电阻、第屯电阻、第一电容、第二电容、第=电容、第四电容、第五电容、运算放大器、 电源忍片，所述第一电阻的一端与=级放大电路的输出端相连，所述第一电阻的另一端连 接第一电容的一端和第二电容的一端后与第二电阻的一端相连，所述第一电容的另一端连 接第=电阻的一端后与运算放大器的负输入端相连，所述第二电容的另一端连接第=电阻 的另一端后与运算放大器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地;所述运算放大器的 正输入端依次连接第四电阻和第五电阻后接地，运算放大器的正电源端并接第=电容的一 端后与第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与电源的正极相连，所述第=电容的 另一端接地，运算放大器的负电源端并接第屯电阻的一端后与第四电容的一端相连，所述 第屯电阻的另一端与电源忍片的负极相连，所述第四电容的另一端接地;所述运算放大器 的输出端串接第五电容后与微控制器模块的输入端连接；
[0027] 如图4所示，所述电源管理器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、C化D模 块、隔离驱动电路、功率放大电路、控制器、接口模块和远程通讯模块;所述采样滤波电路、 磁偏检测电路、功率放大电路和接口模块分别连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块 通过CPLD模块连接隔离驱动电路，所述DSP模块通过控制器连接远程通讯模块。
[0028] 所述远程监控终端包含控制器模块W及分别与其连接的数据接收模块、显示模块 和数据存储模块;所述数据接收模块用于接收数据采集终端通过数据传输模块传输的微控 制器模块计算出的风速参数，所述显示模块用于实时显示微控制器模块计算出的风速。
[0029] 风速检测在环保气象、工业设备、采矿安全、卫生保健等诸多领域都具有十分重要 的意义。随着我国风力发电事业的发展、检测技术的进步W及人们对环境要求的提高，人们 对检测仪器的测量精度和功能的要求越来越高。风速传感器是用于测量空气流动速度的传 感器。风速传感器可W用作空调系统的风量控制传感器和汽车之类的空气流量传感器。除 此之外，它还作为流体力学与空气动力学领域内风桐实验不可缺少的传感器而引起人们的 关注。
[0030] 在环保气象、家用电器、工业设备、卫生保健等诸多领域，空气流速都是一项重要 的检测参数，特别是在当今社会，各种风扇、空调等家用电器大量进入家庭、办公室和公共 场所。基于W上原因，本发明设计了一种测量风速的风速测量电路，它具有成本低、使用方 便、测量精度较高等特点，并且能够与单片机等其他集成忍片配合使用而成为其他系统的 应用电路。
[0031] 当一个被加热的物体置于流体中，该物体的热量损失主要是热福射和热对流。在 溫度较低，福射散热可W忽略不计的情况下，物体的热量传递主要是热对流。当流体的速度 增加时，物体的热量损失亦增加。如果W电的方式给销热电阻加热，那么销热电阻将达到一 个由流体流速所确定的平衡溫度。
[0032] 我们采用销热电阻作为加热对象。由于溫度的变化引起销热电阻本身阻值的变 化，从而可W通过桥式电路建立流体速度和桥式电路输出电压的数学模型。利用此原理来 进行风速的测量。
[0033] AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来， 使得指令可W在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快;AVR单片机具有32个 通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可W快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个 固定中断向量入口地址，可快速响应中断;AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭 时为l(K)nA，更适用于电池供电的应用设备;有的器件最低1.8V即可工作;AVR单片机保密性 能好。
[0034] 本发明微控制器模块，用于根据检测的销电阻的自身溫度、销电阻上流通的电流 W及销电阻周边环境溫度计算出空气流速，具体计算如下：
[0035] 由公式可W看出，当销电阻周边环境溫度和自身溫度不存 J 在溫度差时，可W轻松的得出当热阻溫度和环境溫度一定时，电流和风速的1/4次方成正 比。
[0036] 综上所述，本发明通过采用霍尔电流传感器实时检测销电阻的电流W及计算出销 电阻周边环境溫度和自身溫度的溫度差，进而精确的获取空气流速即风速;本发明能够精 确检测大气风速进而达到更好的安全预警。
[0037] 本技术领域技术人员可W理解的是，除非另外定义，运里使用的所有术语(包括技 术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还 应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中 的意义一致的意义，并且除非像运里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0038] W上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能W此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方 式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可W再不脱离本发明宗旨的前提下做 出各种变化。
【主权项】
1. 基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统，其特征在于:包含数据采集终端 以及与其连接的远程监控终端，所述数据采集终端包含铂电阻，以及设置在铂电阻上的电 流检测模块、三级放大电路、滤波电路、微控制器模块、数据传输模块、电源管理器和电源模 块;所述电流检测模块依次通过放大电路、滤波电路连接微控制器模块，所述微控制器模块 连接数据传输模块，所述电源模块通过电源管理器连接微控制器模块;其中，所述铂电阻用 于实时检测铂电阻周边环境温度及铂电阻自身温度;所述电流检测模块用于实时检测铂电 阻上流通的电流;所述微控制器模块根据检测的铂电阻的自身温度、铂电阻上流通的电流 以及铂电阻周边环境温度计算出风速;所述数据传输模块用于将计算出的风速传输至远程 监控终端； 所述滤波电路包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第 七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、运算放大器、电源芯片，所述 第一电阻的一端与三级放大电路的输出端相连，所述第一电阻的另一端连接第一电容的一 端和第二电容的一端后与第二电阻的一端相连，所述第一电容的另一端连接第三电阻的一 端后与运算放大器的负输入端相连，所述第二电容的另一端连接第三电阻的另一端后与运 算放大器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地;所述运算放大器的正输入端依次连 接第四电阻和第五电阻后接地，运算放大器的正电源端并接第三电容的一端后与第六电阻 的一端相连，所述第六电阻的另一端与电源的正极相连，所述第三电容的另一端接地，运算 放大器的负电源端并接第七电阻的一端后与第四电容的一端相连，所述第七电阻的另一端 与电源芯片的负极相连，所述第四电容的另一端接地;所述运算放大器的输出端串接第五 电容后与微控制器模块的输入端连接； 所述电源管理器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电 路、功率放大电路、控制器、接口模块和远程通讯模块;所述采样滤波电路、磁偏检测电路、 功率放大电路和接口模块分别连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连 接隔离驱动电路，所述DSP模块通过控制器连接远程通讯模块。2. 根据权利要求1所述的基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统，其特征在 于:所述数据传输模块包含单片机和射频发射器，所述微控制器模块通过单片机与射频发 射器连接。3. 根据权利要求1所述的基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统，其特征在 于:所述远程监控终端包含控制器模块以及分别与其连接的数据接收模块、显示模块和数 据存储模块。4. 根据权利要求1所述的基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统，其特征在 于:所述铂电阻的芯片型号为PtlOO。5. 根据权利要求1所述的基于滤波电路及电源控制器的环境风速监控系统，其特征在 于:所述电流检测模块采用霍尔电流传感器。
【文档编号】G01P5/12GK106018874SQ201610587096
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】禹胜林
【申请人】无锡信大气象传感网科技有限公司