一種實時測量風速傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種實時測量風速傳感器，屬于傳感器技術領域。
【背景技術】
[0002]目前風速的測量不僅是氣象檢測的重要部分，而且與采礦行業也密切相關。目前有關風速檢測的儀器結構復雜，成本高昂，且比較笨重，不方便攜帶。本專利提出一種便攜式的實時測量風速傳感器，能有效的測量礦洞中的風速。
【發明內容】
[0003]本實用新型提供了一種實時測量風速傳感器，以用于解決測試裝置結構復雜，成本高昂，精度低，不便于攜帶的問題。
[0004]本實用新型的技術方案是:一種實時測量風速傳感器，包括風速檢測模塊17、信號放大模塊18、信息存儲模塊19、遙控接收模塊20、單片機21、LED驅動模塊22、頻率信號輸出模塊23以及穩壓模塊24 ;其中風速檢測模塊17、信號放大模塊18、信息存儲模塊19、遙控接收模塊20、LED驅動模塊22、頻率信號輸出模塊23分別與單片機21相連，電源通過穩壓模塊24跟單片機21相連。
[0005]所述風速檢測模塊17包括風輪1、勻狀葉片2、齒輪I 3、轉軸I 4、傳動齒輪5、齒輪II 6、轉軸II 7、電容固定器8、電容器動片9、電容器定片10、絕緣板11、隔板12、復位鍵13、導線14、固定線圈15、防塵罩16 ;其中風輪I與勺狀葉片2被固定在轉軸I 4上，齒輪
I3套在轉軸I 4上與其一起轉動，齒輪I 3與傳動齒輪5咬合，固定在穿過隔板12的轉軸II 7上的齒輪II 6與傳動齒輪5咬合，電容器動片9用電容固定器8固定在轉軸II 7上并隨其一起轉動，電容器定片10固定在隔板12上，其與隔板12間填充絕緣板11，導線14一端與電容器定片10連接，導線14另一端穿過位于傳感器外部的固定線圈15，復位鍵13位于傳感器外部并固定在轉軸II 7上，防塵罩16安裝在傳感器內部并與勻狀葉片2之間存在間距。
[0006]所述單片機21-AT89S52的端口 POl與遙控接收模塊20的信號輸入端Kll連接；端口 P02與頻率信號輸出模塊23中的信號輸出端KOl連接；端口 P03與信號放大模塊18中的對外接口 U3連接；端口 P04與信息存儲模塊19的對外接口連接；端口 P05與LED驅動模塊22對外接口連接；端口 P06與穩壓模塊24對外接口連接；端口 P07與風速檢測模塊17的導線14連接。
[0007]所述信號放大模塊18包括滑動電阻R14，可變電阻R15，等量電阻R13和R12，電阻R6、R7、R8、R9、R10、R11，運算放大器0P1、0P2、0P3 ;所述滑動電阻R15 —端接電源VCC，一端接地；等量電阻R13 —端和R12相連，電阻R13另一端與滑動電阻R15的滑動端相連，R12的一端與運算放大器0P3連接，可變電阻R14 —端為信號放大模塊18中的對外接口 UO，一端連接在運算放大器0P3的極，運算放大器0P3的“ + ”級接地，運算放大器0P3與滑動電阻R14連線的中部與R13和R12連線的中部相連接；R10 —端與運算放大器0P3的輸出端連接，另一端連接運算放大器0P2的極；電阻Rll —端接地，另一端接運算放大器0P2的“ + ”極；R9 —端接在RlO與OP2的連線上，另一端接電阻R7，電阻R7的另一端接運算放大器OPl的極；運算放大器0P2的輸出端接在電阻R9與電阻R7的連線上；電阻R8 一端接地，另一端接運算放大器OPl的“+”極；電阻R6 —端接在電阻R7與運算放大器OPl 極的連線上，另一端接在運算放大器OPl的輸出端上。
[0008]所述信息存儲模塊19包括A/D轉換器、電阻R16、三極管Q1、電容C2、二極管D2和滑動電阻R17，存儲端；其中A/D轉換器的輸出端X2接地，輸出端Xl與電阻R16 —端連接，電阻R16的另一端與三極管Ql的基極相連，三極管Ql的發射極與電容C2相連，電容C2另一端接地，而三極管Ql的集電極與二極管D2的負極連接，二極管D2的正極連接滑動電阻R17，滑動電阻R17的另一端連接存儲端中的鐵芯線圈的一端。
[0009]所述遙控接收模塊20包括包括電阻Rl、R2、R3，光耦合組件TLP521 ;其中電阻R3一端接電源VCC，另一端接光耦合組件TLP521的4號端口，信號輸入端KIl接在R3與4號端口的連線上；光耦合組件TLP521的3號端口接地；電阻Rl —端接輸出信號口 K12，另一端連接光耦合組件TLP521的I號端口，電阻R2 —端連接在電阻Rl與光耦合組件TLP521的I號端口的連線上，另一端連接2號端口，并與2號端口一起接地。
[0010]所述LED驅動模塊22包括2線_4線譯碼器、三片8bit并行輸出口、位移時鐘SCK、數據鎖存時鐘RCK、數據輸入端SER ;其中2線-4線譯碼器通過MOSFET連接并行輸出口，并行輸出口連接LED顯示器，位移時鐘SCK、數據鎖存時鐘RCK以及數據輸入端SER通過并行輸出口與2線-4線譯碼器連接。
[0011]所述頻率信號輸出模塊23包括定值電阻R4、R5，三極管放大器VT1，電容Cl，二極管Dl，繼電器JDl，開關端口 K01A、KOlB ;其中電阻R5 —端接信號輸出端KOl，一端接三極管放大器VTl的基極，電容Cl 一端與R5和三極管放大器VTl的基極的連線相連，另一端與VTl的發射極連接并接地；電阻R4 —端與電阻R5和三極管放大器VTl的基極的連線相連，另一端接在電容Cl與VTl發射極的連線上；VT1的集電極接12V電壓；二極管Dl的正極連接電源VCC，二極管Dl的負極接在VTl的集電極上；繼電器JDl —端接電源VCC，另一端接12V電壓；開關端口 K01A，KOlB也與繼電器JDl連接。
[0012]所述穩壓模塊24的電路包括穩壓器LM78H03-500、電容C3 ;其中穩壓器LM78H03-500的c腳與電容C3相連，電容C3與單片機21-AT89S52的P06端口相連，穩壓器LM78H03-500的a端、b端與直流相連。
[0013]本實用新型的工作原理是:
[0014]使用本裝置時，首先將風速檢測模塊17朝著風口，然后將裝置接上電源。
[0015]當風通過風速檢測模塊17最前端的防塵罩16后，勺狀葉片2開始轉動，此時風輪I帶動轉軸I 4和齒輪I 3轉動，與齒輪I 3咬合的傳動齒輪5隨之轉動，此時與傳動齒輪5相連接的齒輪II 6也被帶動轉動，轉軸II 7轉動時將帶動被電容固定器8固定的電容器動片9 一起旋轉。此時電容器動片9和電容器定片10之間的面積由于轉動產生變化，該變化量轉化為電壓信號。當風速檢測模塊停止工作時，旋轉復位鍵13，電容器動片9和電容器定片10回到最初靠近轉軸II 7的位置。由于轉動產生變化量轉化為的電壓信號，其值與風速的大小成一種函數關系，此時信號通過頻率信號輸出模塊23中的信號輸出端KOl輸出電壓。
[0016]單片機AT89S52的端口 POl與遙控接收模塊20的信號輸入端Kll連接，當風速檢測模塊17檢測到信息數據時，信息經過P07端口將信息傳導到單片機AT89S52，并通過信號輸入端KIl使信號傳輸進入光耦合組件TLP521，電阻R3 —端接入電壓，通過電阻R3流向光耦合組件TLP521，使光耦合組件TLP521接通電壓進行工作，光耦合組件TLP521的一端接地，當信息數據進入光耦合組件TLP521后，通過二極管進行信號轉換，使信號從光耦合組件TLP521另一端輸出，通過電阻Rl后接輸出信號口 K12進行信息的輸出.傳送到信號放大模塊18的接口 U0，通過調節R15，給從輸出信息口 K12的信號加一個偏差，用來校準零位，也可以改變R14來調節線路的增益，從而輸出電壓Ul。Ul進入電路后利用放大器0P2放大為U2，公式為U2= _(R2/R1)U1，為一反相電壓，0P1、R6，R7組成反相器，其中R6=R7，將反相電壓U2變為正向電壓U3。OPl的輸出端連接單片機AT89S52，利用A/D轉換器將其轉換為數字信號輸入到單片機21中。而數字信號通過單片機與信息存儲模塊的接口將信息輸入到信息存儲模塊19中。
[0017]單片機AT89S52的P04端口連接信息存儲模塊19，當數字信號輸入到信息存儲模塊19的A/D轉換器時，通過A/D轉換器的Xl輸出端進行信號輸出，使數字信號通過電阻R16流向三極管Ql的基極，至三極管Ql導通，而使信號量通過三極管Ql的集電極流向二極管D2，使二極管D2有工作電壓，并通過滑動電阻R17的調節，控制信號量的大小，最終開啟信息存儲模塊19，存儲端口可以連接數字存儲卡、存儲硬盤等存儲設備，對采集來的數字信息進行存儲。
[0018]已經發表的(封維忠等，《基于差動電容傳感器和89C51單片機的電子水平儀》，物理實驗，2009.12)論文，文中提到“將傳感器電容的變化轉換為信號頻率的變化，用89C51單片機對信號進行處理和顯示”。可見利用單片機進行電容變化量的計算和處理是現有技術中的常見使用方法。
[0019]單片機AT89S52的端口 P02與頻率信號輸出模塊23中的信號輸出端KOl連接，當電壓流電阻R5后，使三極管VTl導通，三極管VTl的發射極與電阻R4、電容Cl接地，三極管VTl的集電極與二極管Dl的負極相連，使信號量從三極管VTl流向二極管D1，然后通過繼電器JD1，并通過開關K01A、KOlB的閉合控制頻率信號是否正常輸出。
[0020]單片機AT89S52的P05端口連接LED驅動模塊22，當電壓流向LED驅動模塊22時，位移時鐘SCK、數據鎖存時鐘RCK以及數據輸入端SER對時間數據、信息數據進行傳輸，并使2線-4線譯碼器通過MOSFET連接并行輸出口，而輸出口連接LED顯示器，使數字信息傳輸至LED顯示器上進行顯示。
[0021 ] 單片機AT89S52的P06端口連接穩壓模塊24，其中穩壓模塊24中穩壓器LM78H03-500的a端與b端外加直流相連，c端與電容連接，當數字信號輸入到單片機21中時，通過穩壓模塊24當輸入電路中的電壓或負載變化時，穩壓模塊24的穩壓器進行取樣、比較、放大，然后驅動伺服電機轉動，使調壓器碳刷的位置改變，通過自動調整線圈匝數比，從而保持輸出電壓的穩定達到電壓穩壓的目的。
[0022]單片機21的數據輸出口，顯示器采用共陰極8段LED，顯示位數為3位，顯示接口有一片MC14499和單片機21連接。數據輸出端口用來向MC14499發送數據，單片機中的另一個輸出端口用來向MC14499發送時鐘脈沖。LED的限流電阻和上拉電阻，使單片機21輸出電平與MC14499輸入電平相兼容。此處利用單片機進行電容變化量的計算和處理是現有技術中的常見使用方法。
[0023]本實用新型的有益效果是:結構簡單、成本低廉，操作便捷，精確度高，可以根據傳感器探頭來檢測風速，并對風速進行有效的測量，便于工作中的操作，降低了人力成本，提高了整體工作效率。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型的結構框圖；
[0025]圖2為本實用新型的整體結構圖；
[0026]圖3為本實用新型的信號放大模塊電路原理圖；
[0027]圖4為本實用新型單片機與信息存儲模塊，穩壓模塊，LED驅動模塊連接原理圖；
[0028]圖5為本實用新型的遙控接收模塊電路原理圖；
[0029]圖6為本實用新型的頻率信號輸出模塊電路原理圖；
[0030]圖中各標號為:1-風輪，2-勾狀葉片，3-齒輪I，4_轉軸I，5_傳動齒輪，6_齒輪
II，7-轉軸II，8-電容固定器，9-電容器動片，10-電容器定片，11-絕緣板，12-隔板，13-復位鍵，14-導線，15-固定線圈，16-防塵罩，17-風速檢測模塊，18-信號放大模塊，19-信息存儲模塊，20-遙控接收模塊，21-單片機，22-LED驅動模塊，23-頻率信號輸出模塊，24-穩壓模塊。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和實施例，對本實用新型作進一步說明，但本實用新型的內容并不限于所述范圍。
[0032]實施例1:如圖1-6所示，一種實時測量風速傳感器，包括風速檢測模塊17、信號放大模塊18、信息存儲模塊19、遙控接收模塊20、單片機21、LED驅動模塊22、頻率信號輸出模塊23以及穩壓模塊24 ;其中風速檢測模塊17、信號放大模塊18、信息存儲模塊19、遙控接收模塊20、LED驅動模塊22、頻率信號輸出模塊23分別與單片機21相連，電源通過穩壓模塊24跟單片機21相連。
[0033]所述風速檢測模塊17包括風輪1、勻狀葉片2、齒輪I 3、轉軸I 4、傳動齒輪5、齒輪II 6、轉軸II 7、電容固定器8、電容器動片9、電容器定片10、絕緣板11、隔板12、復位鍵13、導線14、固定線圈15、防塵罩16 ;其中風輪I與勺狀葉片2被固定在轉軸I 4上，齒輪I 3套在轉軸I 4上與其一起轉動，齒輪I