基于單片機的風速測試儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型電子電路領域，更具體地涉及一種基于單片機的風速測試儀。
【背景技術】
[0002]風速儀在我們正常的生產生活中有著不可或缺的重要地位，在一些場合中把握風的流速與方向能夠更好地規避風險，提高效率，減少不必要的損失。風速儀也被廣泛運用于各種氣流監測的方向上，從而有效控制生產成本。所以說，風速儀的研究使用價值巨大，是有現實意義的。
[0003]傳統的測量技術從系統上來說不管在測量方法還是統計結論上都比較簡陋，大多數情況下就是在簡單儀表測量的基礎上加以概括統計，完全由人工來進行風速測量，整個系統的人力成本昂貴，而且可靠性不高。隨著社會的發展，老式的風速測量系統越來越不能滿足要求，新式風速儀應運而生。這里簡單介紹幾種隨著現代科技水平提高產生的新型風速測量儀器。
[0004]風杯式風速儀是最早出現并投入生產生活中的現代化風速儀，即使在風速儀高度發展的今天也是頗為常見。它由三到四個互為犄角的風杯拼湊而成，安裝在一個可以靈活轉動的架子上。一旦受到風的壓力，它會產生正比于風力大小的轉動。這個轉動可以通過光電效應或者電磁感應轉化為相應的電信號，通過計算電信號的頻率來得出風力大小，再通過一些修正優化得出實際風速。它的優點在于原理簡易，成本低下，測量結果也是較為準確的。
[0005]熱敏式風速儀是最近興起的高精度風速測量儀器之一，其基本原理在于氣流的運動帶走預先加熱過的熱敏材料上的熱量。在熱補償的過程中計算出此材料的重新回到對應溫度所消耗掉的熱量。消耗掉的熱量與風速的大小有一定的函數關系，從而能夠計算出風速的大小。熱敏式風速儀對于小風速情況下的溫度變化較為敏感，適用于小風速的測量環境，本身對于環境溫度的要求也比較高。
[0006]皮托管式風速儀顧名思義是一種通過皮托管來測量風速的儀器。皮托管由一根直角彎折的金屬管作為主體，包括感測頭，內外管，管柱與導管。主要通過氣體流經皮托管外時產生的壓力與皮托管內部的壓力經過函數計算得出動壓，也就是風壓大小，再根據伯努利公式推導出風速大小。這種風速儀由于受到風壓大小的限制，適用面較前兩種風速儀更小。主要適用于復雜環境的小風速測量，對于大風速，不定向風速，這種裝置的效果就相對較差。
【實用新型內容】
[0007]1、本實用新型的目的。
[0008]本實用新型為了解決現有技術中測試精度不夠，適應性差的問題而提出了一種基于單片機的風速測試儀。
[0009]2、本實用新型所采用的技術方案。
[0010]基于單片機的風速測試儀，包括力學傳感器，A/D轉換芯片，單片機、顯示器、復位與晶振電路、電源；顯示器安裝在單片機母座上方；力學傳感器為全橋式應變片式傳感器，由四組黏貼在彈性元件上的力敏電阻感應元件組成；復位與晶振電路與單片機相連，提供穩定的周期性信號源；力學傳感器將檢測到的信號輸入到A/D轉換芯片，經過單片機處理后將風速等級輸出到顯示器。
[0011]全橋式應變片式傳感器所接入的四片應變片，使相鄰橋臂應變片應變狀態相反，相對橋臂應變片應變狀態相同。這樣產生的電量變化是單臂應變片的四倍，其靈敏度也為單片工作時的4倍，同時由于使用了四片應變片，橋式電路本身還具有一定的溫度補償功會K。
[0012]雖然全橋式應變片式傳感器內部已經集成了一個運算放大器，但是本身橋式電路產生的電流信號比較微弱，增加一個運算放大器，將壓力傳感器的信號進行放大后輸入到A/D轉換芯片，使它的測量結果趨于精確穩定。
[0013]所述的單片機為MSC-51單片機
[0014]所述的復位與晶振電路為12MHZ的石英晶體振蕩器，所述的石英晶體振蕩器連上單片機的輸入和輸出引腳，再并聯兩個電容，生成一個穩定的自激勵振蕩電路。
[0015]所述的A/D轉換芯片為HX711-BF芯片。
[0016]1、本實用新型的有益效果。
[0017]本實用新型通過單片機來測定計算風速大小的測量裝置，它屬于皮托管式風速儀的一個基礎變種，根據空氣流動產生的推力對壓力傳感器產生壓迫。利用這個壓迫力，壓力傳感器會生成相對應的電信號，根據電信號的大小來求出風速的大小，這種風速計成本較低適合一般情況下的民用大范圍測量。本風速儀的實現在一般環境風速條件(一到十三級，干燥平原地區)下實現風速的測量，精度在0.lm/s，誤差不大于0.2m/So
【附圖說明】
[0018]圖1本實用新型的結構圖。
[0019]圖2本實用新型力學傳感器的結構圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本實用新型的技術實質和有益效果，申請人將在下面以實施例的方式作詳細說明，但是對實施例的描述均不是對本實用新型方案的限制，任何依據本實用新型構思所作出的僅僅為形式上的而非實質性的等效變換都應視為本實用新型的技術方案范疇。
實施例
[0021]選用了精度為lg，量程為20000g的HL8力學傳感器。使用了 1.5v的四節干電池為整個電路供電，使整個電路處于穩定工作狀態。A/D轉換芯片采用HX711-BF(24位)芯片實現模擬信號到數字信號的轉換。LCD液晶屏需要人們的直觀認識，可以放在單片機母座的上方，排線與排母安裝在焊接電路下方，由于通過較大電流的原因，容易發熱發燙，排線部分需要單獨放置一排，能和三極管，力學傳感器或者晶振焊接到一起，否則可能會引起測試偏差，或者直接導致晶振毀壞。傳感器部分需要外接，因為對應的亞克力擋板占面積很大，如果將傳感器焊接在PCB板上，其他零部件將無法焊接，而一個靈活的受力面也有益于風速儀正對風壓方向，使我們更好地測量風速。
[0022]如圖1所示，本發明的具體結構包括力學傳感器，運算放大器，A/D轉換芯片，單片機、顯示器、復位與晶振電路、電源；顯示器安裝在單片機母座上方；力學傳感器為全橋式應變片式傳感器，由四組黏貼在彈性元件上的力敏電阻感應元件組成；復位與晶振電路與單片機相連，提供穩定的周期性信號源；力學傳感器將檢測到的信號輸入到運算放大器，運算放大器將放大的信號輸入到A/D轉換芯片，經過單片機處理后將風速等級輸出到顯示器。
[0023]如圖2所示，其中力學傳感器采用全橋式應變片式傳感器所接入的四片應變片，使相鄰橋臂應變片應變狀態相反，相對橋臂應變片應變狀態相同。這樣產生的電量變化是單臂應變片的四倍，其靈敏度也為單片工作時的4倍，同時由于使用了四片應變片，橋式電路本身還具有一定的溫度補償功能。
[0024]本風速儀的設計目標是實現在一般環境風速條件(一到十三級，干燥平原地區)下實現風速的測量，精度在0.lm/s,誤差不大于0.2m/sο同時在LCD顯示屏上顯示出所受力的大小(單位g)，風速大小(單位m/s)，與風級的數字標注。
【主權項】
1.一種基于單片機的風速測試儀，其特征在于:包括力學傳感器，A/D轉換芯片，單片機、顯示器、復位與晶振電路、電源；顯示器安裝在單片機母座上方；力學傳感器為全橋式應變片式傳感器，由四組黏貼在彈性元件上的力敏電阻感應元件組成；復位與晶振電路與單片機相連，提供穩定的周期性信號源；力學傳感器將檢測到的信號輸入到A/D轉換芯片，經過單片機處理后將風速等級輸出到顯示器。2.根據權利要求1所述的基于單片機的風速測試儀，其特征在于:還包括運算放大器，將壓力傳感器的信號進行放大后輸入到A/D轉換芯片。3.根據權利要求1所述的基于單片機的風速測試儀，其特征在于:所述的單片機為MSC-51單片機。4.根據權利要求1所述的基于單片機的風速測試儀，其特征在于:所述的復位與晶振電路為12MHZ的石英晶體振蕩器。5.根據權利要求4所述的基于單片機的風速測試儀，其特征在于:所述的石英晶體振蕩器連上單片機的輸入和輸出引腳，并聯兩個電容，生成一個穩定的自激勵振蕩電路。6.根據權利要求1所述的基于單片機的風速測試儀，其特征在于:所述的A/D轉換芯片為HX711-BF芯片。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于單片機的風速測試儀，包括力學傳感器，A/D轉換芯片，單片機、顯示器、復位與晶振電路、電源；顯示器安裝在單片機母座上方；力學傳感器為全橋式應變片式傳感器，由四組黏貼在彈性元件上的力敏電阻感應元件組成；復位與晶振電路與單片機相連，提供穩定的周期性信號源；力學傳感器將檢測到的信號輸入到A/D轉換芯片，經過單片機處理后將風速等級輸出到顯示器。本實用新型通過單片機來測定計算風速大小的測量裝置實現在一般環境風速條件下實現風速的測量，精度在0.1m/s，誤差不大于0.2m/s，成本較低，適合大范圍推廣應用。
【IPC分類】G01P5/02
【公開號】CN204882605
【申請號】CN201520383027
【發明人】呂崗, 季凱旋
【申請人】常熟理工學院
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年6月4日