测风速风向传感器设计

风速风向测试仪

报告书

姓 名 任文净 学 号 20086536 院、系、部 电气系

专 业

电气工程及其自动化

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2008级 传感器课程设计

目录

1 课程设计任务书 (2)

2 概述 (3)

2.1 风速风向仪简介 (3)

2.2风速风向仪原理及特性 (3)

3光电传感器 (5)

3.1 光电传感器简介 (5)

3.2 光电传感器原理及特性 (6)

3.3 光电式传感器的选型 (7)

3.4 信号处理模块分析 (7)

4 基于光电传感器的硬件电路设计 (8)

4.1电路的设计 (8)

5风速风向测试仪的软件设计 (8)

5.1 风速测量程序设计 (8)

5.2 风向测量程序设计 (9)

5.3 C语言程序 (11)

总结与展望 (17)

参考文献 (17)

1 课程设计任务书

风速风向测量是气象监测的重要组成部分, 测量风速风向对人类更好地研究及利用风能和改善生活生产有积极的影响。

一、主要内容

设计制作风速风向测试仪：

1．风速传感器的感应元件是三杯风速组件，由三个碳纤维风杯和杯架组成。转换器为多齿转杯和狭缝光耦。当风杯受水平风力作用而旋转时，通过轴转杯在狭缝光耦中的转动，输出频率的信号。

2．风向传感器的变换器为码盘和光电组件。当风标随风向变化而转动时，通过轴带动码盘在光电组件缝隙中的转动。产生的光电信号对应当时风向的格雷码输出。

二、基本要求

1. 实现基本功能

2．完成3000字设计报告

3. 发挥部分，设计信号采集显示部分，完成信号传输。

三、主要技术指标（或研究方法）

测量范围 0～70m/s 0～360°

精度±（0.3+0.03V）m/s ±6°（± 3°）

最大回转半径 90 m m 365 m m

分辨率0.1 m/s 5.6°（ 2.8°）

起动风速≤0.5m/s ≤0.5m/s

输出形式方波 6位（7位）码（或电压）

工作电压 5V～12V 5V～12V

工作电流 10mA 20mA （或2～3mA）

工作环境温度-60℃～50℃湿度≤100％RH 温度-60℃～50℃湿度≤100％RH

2 概述

2.1 风速风向仪简介

风向、风速仪用于测量瞬时风速风向，具有自动显示功能。主要由支杆，风标，风杯，风速风向感应器组成，风标的指向即为来风方向，根据风杯的转速来计算出风速。内置或外接各种进口原装传感器，采用微功耗单片机对外部数据进行采样，并将采集的数据保存在系统不易失存储器内。风向风速仪由微处理器和高动态特性的测风传感器组成。它适用于气象、能源、环保、农林以及军工等场所测量风向风速。

本仪器体积小，重量轻，功能全，可广泛用于农林、环保、海洋、科学考察等领域测量大气的风参数。风速风向仪由风速传感器和风向传感器组成。 1、风向部分：由风向标、风向度盘（磁罗盘）等组成，风向示值由风向指针在风向度盘上的位置来确定。2、风速部分：采用传统的三环旋转架结构，仪器内的单片机对风速传感器的输出频率进行采样、计算，最后仪器输出瞬时风速、一分钟平均风速、瞬时风级、一分钟平均风级、平均风速及对应的浪高。测得的参数在液晶显示器上用数字直接显示出来。传感器结构图如图2-1。

风速传感器风向传感器

图2-1传感器结构图

2.2 风速风向仪原理及特性

风速风向仪的工作原理：

风速传感器的感应元件是三杯风组件，由三个碳纤维风杯和杯架组成。转换器为多齿转杯和狭缝光耦。当风杯受水平风力作用而旋转时，通过活轴转杯在狭缝光耦中的转动，输出频率的信号。

风向传感器的变换器采用精密导电塑料电位器，当风向发生变化，尾翼转动通过轴杆带动电位器轴芯转动，从而在电位器的活动端产生变化的电阻信号输出。风向传感器的变换器为码盘和光电组件。当风标随风向变化而转动时，通过轴带动码盘在光电组件缝隙中的转动。产生的光电信号对应当时风向的格雷码输

出。

风速风向仪的特性：

1.数据记录仪全程跟踪记录数据，数据准确、记录时间长。

2.记录风速风向的参数的变化，可以随时记录数据。

3.记录时间间隔可以在记录仪应用软件上进行设置，2秒至24小时任意可调，风速风向的变化随着时间的变化而变化，监测过程中风俗风向的变化值实时保存在电脑的硬盘中，十分方便。

3 光电传感器

3.1 光电传感器的简介

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。

光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置

和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。实物图如3-1。

图3-1光电传感器实物图

3.2 光电传感器的原理及特性

光电传感器原理：由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换

成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.

光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小，称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。

光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流很小，比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。

光电传感器的特性：

①检测距离长如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等）无法离检测。

②对检测物体的限制少由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。

③响应时间短光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以

不包含机械性工作时间，响应时间非常短。

④分辨率高能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。

⑤可实现非接触的检测可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。

⑥可实现颜色判别通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光

的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。

⑦便于调整在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。

3.3光电式传感器选型及介绍

本设计选用的是反射式光电传感器，反射式光电传感器广泛应用于点钞机、限位开关、计数器、电机测速、打印机、复印机、液位开关、金融设备、娱乐设备（自动麻将机）、舞台灯光控制、监控云台控制、运动方向判别、计数、电动绕线机计数、电能表转数计量

反射式光电传感器的工作原理：自带一个光源和一个光接收装置，光源发出的光经过待测物体的反射被光敏元件接收，再经过相关电路的处理得到所需要的信息。可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。其特点为，1、安装接线简便；2、安装使用时便于光路对齐；3、不受被检物的形状、颜色和材质影响；4、相对于对射式光电传感器，节省安装使用空间。

3.4 信号处理模块分析

在该信号处理是光电传感器收集到的光信号转化为电信号，再由放大电路把采集到的信号放大输入单片机进行计数。该放大电路是将采集到的2.2V电压信号放大为5V的电压信号输入即可。

4 基于光电传感器的硬件电路设计

4.1电路的设计

本次设计系统的原理图如图4-1所示，通过电路与单片机的通信即可从数码管读出要检测的脉冲数，电路简单，精度高，容易实现，大大简化了硬件的设计。

图4-1系统电路图

5风速风向测试仪软件设计

5.1 风速测量程序设计

由测风传感器资料可知,Ｖ＝ 0.1 Ｆ,其中Ｆ为传感器输入到单片机的脉冲频率。将Ｔ１做为定时器, 将Ｔ０作为计数器。Ｔ１与Ｔ０同时工作, 如果Ｔ１

定时１秒, 则Ｔ０计数值即为此刻风速的１０倍。由此可知最终的风速测量精度为0.1 ｍ /s。LPC921 的两个定时计数器共有5 种工作模式,本系统选择模式1,即T0,T1 均为16 位定时器/ 计数器,THn 和TLn 级联,无预分频器。

系统选用7.373MHz 外部晶振, 在不预分频情况下, 定时计数器工作频率为:7.373/2MHz。16 位的定时器在初值为0 的情况下, 溢出一次共计时次数为6 5 5 3 5(0xFFFFH),共计时时间为17.777ms,所以在定时器中断56 次之后共计延时约1 秒。风速测量子程序流程图如图5-1 所示。

、

图5-1 风速测量子程序流程图

5.2 风向测量程序设计

风向测量先测得4 位格雷码的输入, 通过4 位输入值计算出格雷码, 再通过格雷码换算成二进制码, 最后通过查表法得出风向角度。

格雷码(Gray code),又叫循环二进制码或反射二进制码。格雷码属于可靠性编码, 是一种错误最小化的编码方式, 因为, 自然二进制码可以直接由数/ 模转换器转换成模拟信号, 但某些情况, 例如从十进制的3 转换成4 时二进制码的每一位都要变, 使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲。而格雷码则没有这一缺点, 它是一种数字排序系统, 其中的所有相邻整数在它们的数字表示中只有一个数字不同。它在任意两个相邻的数之间转换时, 只有一个数位发生变化。它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。

表1 方位- 角度- 格雷码- 二进制码对照表

Wind_Tbl 数组里面依次存储的是二进制码对应的角度值, 该值来源于方位- 角度- 格雷码- 二进制码对照表, 该表由传感器资料提供。如表1 所示。5.3 C语言程序

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int //宏定义

sbit lcdrs= P1^0;

sbit lcden=P1^1;

#define Da P2 //液晶1602数据口

uint temp; //保存检测到的电平数据以便比较

uint count; //用于计数

uint aa,bb; //用于计数

uint speed; //用来计算转速

void delay(uchar z);

void time_init(); //定时器的初始化

void write_com(uchar com); //液晶写指令

void write_data(uchar date); //液晶写数据

void lcd_init(); //液晶初始化

void display(uint rate); //显赫速度

void int0_init(); //定时器0初始化

void main()

{

time_init(); //定时器的初始化

lcd_init(); //液晶初始化

int0_init(); //外部中断初始化

while(1)

{

}

}

void time_init()

{

TMOD=0x11; //两个定时器都设定为工作方式1 十六位定时计数器 EA=1; //开启总中断

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256; //定时初值

ET0=1;

TR0=1; //开中断

}

void int0_init() //加个防伪

{

EX0=1; //外部中断源可以申请中断

IT0=1; //外部中断源下降沿触发

}

void timer0() interrupt 1 using 0

{

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256; //装载初值 50ms

aa++;

if(aa==20) //1s 时间内统计脉冲个数

{

aa=0;

temp=count*10/16; //计算风速，每米转多少圈,每圈设定多少个脉冲进行计算

//（若设定风速为1m/s时，叶片每秒转2圈，每圈给传感器8个脉冲，屏幕显示的值为count/16）

count=0; //重新开始计数脉冲数

display(temp); //把计算得的结果显示出来

}

}

/*******外部中断*******************/

void service_int0() i nterrupt 0

{

count++; //来一个下降沿沿就计一个脉冲数

}

/*******显示函数***********/

void display(uint rate)

{

uchar wan,qian, bai,shi,ge; wan=rate/10000; //万转

qian=rate/1000%10; //

bai=rate/100%10;

shi=rate/10%10;

ge=rate%10;

write_com(0x80);

write_data('0'+wan);

write_data('0'+qian);

write_data('0'+bai);

write_data('0'+shi);

write_data('.');

write_data('0'+ge);

write_data('m'); //单位

write_data('/');

write_data('s');

}

/******延时函数********/

void delay(uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--) ;

/************写指令************/ void write_com(uchar com)

{

lcdrs=0;

Da=com;

delay(1);

lcden=1;

delay(1);

lcden=0;

}

/************写数据**********/

void write_data(uchar date)

{

lcdrs=1;

Da=date;

delay(1);

lcden=1;

delay(1);

lcden=0;

}

/************液晶初始化**********/ void lcd_init()

lcden=0;

write_com(0x38) ; //初始化

write_com(0x0c) ; //打开光标 0x0c不显示光标 0x0e光标不闪，0x0f光标闪

write_com(0x01) ; //清显示

write_com(0x80+0x40);

}

总结与展望

本次的小学期让我们在短短的一周中掌握了光电传感器的使用方法，大大加强了我们对其的认识，利用光电变换原理，把光电元件（如光敏晶体管、光敏电阻等）因周期性地受光强弱，而产生与被测轴的转速成比例的电脉冲信号，再经数字显示仪直接显示出转速值来，当被测轴转动时，投射到转轴上的光点遇到轴上的反光记号而产生的反射光线经聚光镜3、半透镜4及聚光镜5后投射到光敏管上，使光敏管感光，从而产生电脉冲信号，进而得出转速的数值。这种传感器的特点是能实现非接触测量，测量精度高，但当信号脉冲频率较高时，信号有被减弱的弊病。其测速范围为30~50000转/分。

这次小学期大大提高了我们对传感器这门课程兴趣，让我们认识到了传感器这门课程的重要性，总之，受益匪浅。

参考文献

[1] 河道清，张禾，谌海云，传感器与传感器技术.科学出版社.2008年6月

[2] 李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,1993,29-33.

[3] 李建忠，单片机原理及应用，西安电子科技大学出版社，2007.11

[4] 何希才，传感器及其应用实例，机械工业出版社，2003.8

矿用风速传感器设计方案

矿用风速传感器设计方案 第1章矿用风速传感器概述 1.1矿用风速传感器的作用 矿用风速传感器用于检测煤矿井下各坑道、风口、主风扇等处的风速。在煤炭开采的过程中，总有瓦斯涌出。为稀释矿井空气中的瓦斯，需不断地向井下输送新鲜空气。风量是通风系统的重要参数之一。因此，对矿井风速的监测是矿井监控的主要内容之一。 1.2矿用风速传感器的安装位置 安装：风速传感器可安装在主要测风站和进回风巷等地。安装地应在距顶板较好无明显淋水，不妨碍运输和行人安全的地方，传感头指向应与风流方向一致。安装前应首先测量通道平均风速，任选一点安装，遥控器对准传感器按动上、下键，使就地显示为平均风速即可。注意：传感器安装一定要牢固，不得摆动，传感器测风面一定要垂直风流方向。 1.3矿用风速传感器的技术指标 测量范围：0.4 ～15m/s 测量误差：≤±0.3m/s 输出信号：频率型200Hz~1000Hz或电流型1mA~5mA 工作电压：12V～21V(DC) 工作电流：≤90 mA 传输距离：≤2Km 1.4矿用风速传感器的分类 （1）按传感器用途可分为环境参数传感器与生产参数传感器。 （2）按供电方式可分为自带电源式传感器与外接电源式传感器两种。 （3）按其输出信号形式可分为模拟量、开关量、累计脉冲量等。模拟信号应符合 下列信号制式：电流模拟信号为1～5mA或4～20mA，频率模拟信号为200～1000Hz 或5～15Hz。 （4）按作用原理不同可分为：机械翼式风速传感器、电子翼式风速传感器、热效应式风速传感器超声波风速传感器。 （5）按风速的测量范围可分为高速风速传感器（V>10m/s）、中速风速传感器

风速传感器介绍

日常生活生产中，很多地方都需要对风速值大小进行测量，如海上作业、环保、飞行作业，各类风扇制造业、通风空调系统等领域。对于不同的测量地点，进行不同的风速测量，可选择用不同方式的测风传感器进行测量，选型正确，对于测量的方便性和准确性都有很大的帮助。 风速传感器可分为： 1、G75B叶轮式风速传感器 叶轮式风速传感器可广泛应用在管道测风、建筑节能、环保监测等领域，避免了风杯式风速传感器体积较大，安装不方便的缺点。适用于有微小颗粒粉尘的设备管道中的微风测量 技术参数： 安装直径最小40mm； 启动风速：G75B：0.5m/s 最小显示分辨率0.01m/s； 温度范围：-20~80℃； 测量范围0-50m/s； 输出接口：1、脉冲；2、电流；3、电压；4、继电器接口（1c）；5、RS232/RS485；6、显示接口（用户定制或现有的标准显示仪表）；7、开关量输出接口NPN/PNP。 2、FS01型风速传感器 FS01型风速传感器采用高塑合金铝经严格的氧化、喷塑工艺加工而成，用于实现对环境风速的测量，输出标准的脉冲信号或电流信号，方便使用。可广泛用于智能温室、气象站、船舶、工程机械、风力发电等环境的风速测量。 技术参数： 量程：0-30m 输出：脉冲/4-20mA信号（FS01/S） 供电电压：DC12-24v 精度：5% 功耗：＜0.5W 环境温度：-20~85℃ 传输距离：＞300m 响应时间：＜1s 重量：0.32Kg 安装方式：法兰盘安装或螺纹安装 3、FS02摆锤式风速传感器 FS02摆锤式风风速传感器专为各种大型起重、悬臂机械设备而研制开发,具有自调节竖直角度的智能风速传感设备，风杯采用优质合金铝制成，机械强度高、抗风能力强，且采用树脂喷涂技术，室外安装不生锈。主要适用于履带式起重机、汽车吊及抖动颠簸、起伏变化较大的露天设备。用它可以实时采集外界环境的实际风速并输出相应的信号。 技术参数： 量程：0-30m 输出： 4-20mA 供电电压：DC24V 精度：＜5% 环境温度：-40~120℃ 启动风速：＜0.5m/s 杯体摆动角度：120°

风速传感器和风向传感器的应用及原理解析

风速传感器和风向传感器的应用及原理解析 如何测量风速和风向，其实在古代很早就已经出现，著名的诸葛亮借东风火烧壁，就是因为有效的掌握了风向和风速方面的知识，从而取得了军事的重大胜利。 作为一种对天气测量的设备，用来测量风的方向在大小的的风速传感器和风向传感器在各行各业也得到了广泛的应用，下面我们就看看这两种设备。 风向传感器风向传感器是以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息，并将其传递给同轴码盘，同时输出对应风向相关数值的一种物理装置。 通常风向传感器主体都采用风向标的机械结构，当风吹向风向标的尾部的尾翼的时候，风向标的箭头就会指风吹过来的方向。为了保持对于方向的敏感性，同时还采用不同的内部机构来给风速传感器辨别方向。通常有以下三类： 电磁式风向传感器：利用电磁原理设计，由于原理种类较多，所以结构与有所不同，目前部分此类传感器已经开始利用陀螺仪芯片或者电子罗盘作为基本元件，其测量精度得到了进一步的提高。 光电式风向传感器：这种风向传感器采用绝对式格雷码盘作为基本元件，并且使用了特殊定制的编码编码，以光电信号转换原理，可以准确的输出相对应的风向信息。 电阻式风向传感器：这种风向传感器采用类似滑动变阻器的结构，将产生的电阻值的最大值与最小值分别标成360°与0°，当风向标产生转动的时候，滑动变阻器的滑杆会随着顶部的风向标一起转动，而产生的不同的电压变化就可以计算出风向的角度或者方向了。风速传感器风速传感器是一种可以连续测量风速和风量（风量=风速x横截面积）大小的常见传感器。 风速传感器大体上分为机械式（主要有螺旋桨式、风杯式）风速传感器、热风式风速传感器、皮托管风速传感器和基于声学原理的超声波风速传感器。 螺旋桨式风速传感器工作原理我们知道电扇由电动机带动风扇叶片旋转，在叶片前后产生一个压力差，推动气流流动。螺旋浆式风速计的工作原理恰好与此相反，对准气流的叶片系统受到风压的作用，产生一定的扭力矩使叶片系统旋转。通常螺旋桨式速传感器通过一

风向风速仪的简单介绍

风向风速仪的简单介绍 一．概述 本仪器为便携式设计的三杯式风向风速仪，仪器测量部分采用了单片技术，可以同时测量瞬时风速，平均风速，瞬时风级，平均风级和对应浪高等5个参数。该仪器所采用的液晶显示屏为专业定制，国内独创，其中测量参数和测量单位直接用汉字显示在液晶屏上，而测量数据显示的数字高达18mm，便于教学演示时较远距离观察。 本仪器采用低功耗设计并采用液晶（LCD）显示，大大减少了仪器的功耗。而且带有数据锁存功能，便于读数，在风向部分采用了自动定北装置，测量时无需人工对北，简化测量操作。仪器具有体积小，重量轻，功能全，耗电省，字符大，显示直观，方便携带等的优点，可广泛用于农林，环境，海洋，科学考察等领域测量大气的风参数。 二．主要技术指标： 1. 风速指标 1）风速测量范围：0～30米/秒， 2）风速测量精度：误差不大于±（0.3+0.03×V）米/秒(V—实际风速) 3）风速传感器启动风速：不大于0.8米/秒 4）可显示的风速参数： 瞬时风速、平均风速、瞬时风级、平均风级、对应浪高 5）显示分辨率：0.1 米/秒（风速） 1 级（风级） 0.1米（浪高） 6）功能及单位直接用显示汉字 显示数字高度：18mm 2. 风向指标 1）风向测量范围：0～360° 16个方位

2）风向测量精度：误差不大于±1/2方位 3）风向传感器启动风速：不大于1.0米/秒 4）风向定北：自动 3. 环境要求 1）工作环境温度：0～45°C 2）工作环境湿度：≤90%RH （无凝结） 4. 供电电源： 1）电源电压：4.5V 5#干电池3节 2）平均耗电流量: ≤5mA(电源为4.5V) 5.尺寸用重量： 1）外形尺寸：400×100×100mm 2）重量：0.5Kg 三. 工作原理：

风速传感器说明书

风速传感器说明书文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）

一、产品概述 该三杯式风速传感器是我公司自主研发、生产的一款风速测量仪器，本品由壳体、风杯和电路模块组成，内部集成光电转换机构、工业微电脑处理器、标准电流发生器、电流驱动器等。 传感器壳体和风杯采用铝合金材料，使用特种模具精密压铸工艺，尺寸公差甚小表面精度甚高，内部电路均经过防护处理，整个传感器具有很高的强度、耐候性、防腐蚀和防水性。电缆接插件为军工插头，具有良好的防腐、防侵蚀性能，能够保证仪器长期使用，同时配合使用风速传感器内部进口轴承系统说明书，确保了风速采集的精确性。 电路PCB采用军工级A级材料，确保了参数的稳定和电气性能的品质；电子元件均采用进口工业级芯片，使得整体具有极可靠的抗电磁干扰能力，能保证主机在－20℃～＋50℃,湿度35％～85％（不结露）范围内均能正常工作。 二、应用范围 本产品可广泛运用于工程机械（起重机、履带吊、门吊、塔吊等）领域，铁路、港口、码头、电厂、气象、索道、环境、温室、养殖、空气调节、节能监控、农业、医疗、洁净空间等领域风速的测量，并输出相应的信号。

三、技术参数 □脉冲输出型：□ NPN输出□ PNP输出 □ NPN输出带内部上拉（Ω） □RS485通讯型 □电压输出型:□ 0-2VDC □ 0-5VDC □ 0-10VDC □电流输出型: 4-20mA 电源：根据输出类型不同所需的电压源范围不同电流输出型: 12~24V 电压输出型：输出0-2VDC：6~24V 输出0-5VDC：6~24V 输出0-10VDC：12~24V 脉冲输出型：5~24V 量程：□0-30m/s □0-60m/s 负载能力: □其他□<500Ω□＞2kΩ 最大功耗（DC24V）: 脉冲型MAX≤200mW； 电压型MAX≤300mW； 电流型MAX≤700mW； 启动风力：~s 重量:≤

超声波风速风向仪设计

超声波风速风向仪设计 1.研究背景及意义 风速测量在工业生产和科学实验中都有广泛的应用，尤其在气象领域，风速测量更有着重要的价值。风速测量，常用的仪表有杯状风速计、翼状风速计、热敏风速计和超声波风速计。杯状风速计和翼状风速计使用方便，但其惰性和机械摩擦阻力较大，只适合于测定较大的风速。热敏风速计利用热敏探头，其工作原理是基于冷冲击气体带走热元件上的热量，借助一个调节开元器件保持温度恒定，此时调节电流和流速成正比。这种测量方法需要人为的干预，而且此仪表在湍流中使用时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，会影响到测量结果的准确性。现阶段常采用基于超声波传播速度受风速影响因而增减原理制成的超声波风速仪表，与其它各类仪表相比较，其优势在于：安装简单，维护方便；不需要考虑机械磨损，精度较高；不需要人为的参与，可完全智能化。 2.国内外研究历史及发展状况 超声波可用于测量，是因为在超声波在传播过程中，会加载流体的流速信息，这些信息经过分离处理，便可以得到流体的流速。７０年代中后期，大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能的、动作非常稳定的ＰＬＬ（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步的保证。同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法、锁相频差法等。该类方法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响。８０年代，超声波测量出现了新的方法，比如射束位移法、多普勒法和相关噪声法等等。９０年代才真正实现了高精度超声波气体流量计。 从国内、外超声波气体测量发展来看，国外机构开展这项工作的时间较早，到现在为止已经形成较为成熟的产品。当今世界，超声波流量计用于气体流量计的研究与开发方面，荷兰的工nstromet公司、英国的Dnaiel公司以及美国的Cnotrolotmo公司均做出了大量的工作并取得了较好的应用效果，其销售份额也排在前几位。日本在超声波气体流量计的设计方面也具有很大的优势，在消除管外传播时间、提高仪器精度和缩短响应时间方面有独到之处。我国的超声波流量

风向风速仪的组成及作用分析

风向风速仪的组成及作用分析 在农业种植生产中，风既有利也有弊。适度的风可以帮助作物传播花粉、种子，帮助作物繁殖，有效地改善农田的环境条件。同时风也是有害的，主要体现在强大的风速则会造成土壤风蚀沙化，并在一定程度上影响着农事活动和破坏农业生产设施。因此在农业种植生产中测量风向和风速是非常重要的，测量风向风速的方法有很多，目前市场上应用比较广的方法是使用风向风速仪。 TPJ-30-G风向风速仪也叫风向风速记录仪，是由托普云农研发生产的，该仪器主要由支杆，风标，风杯，风速风向感应器组成，风标的指向即为来风方向，根据风杯的转速来计算出风速。仪器自带无线传输功能，通过GPRS上传，所测量数据可通过一键发送或设置数据发送间隔，实时发送至服务器，上网页查看数据，无论身在何处只要能上网，均可查看下载数据。含手机APP，支持安卓系统和苹果系统，可保证用户随时随地的查看监测的实时数据。仪器还带有语音报警功能，可对超限信息及时播报。 以上便是风向风速仪产品本身的功能，利用风向风速仪监测风向风速，是对异常风防范的第一步，也是非常重要的一步。是避免风对产能影响的重要措施，只有通过监测，才能了解该地区的风向风速变化的规律。如果是经常发生异常风的地区，可选用矮化、抗倒伏、耐摩擦的抗风品种进行种植，减少风对作物生长的影响，同时还可建造防风林、设置风障等手段进行有效防风。 正确的使用仪器是保证测量结果准确性的重要一步，大家在使用风向风速仪时应该详细的按照使用说明书进行操作，除此之外，在日常使用维护中还需要注意以下几点：一是不要将仪器放置在高温高湿的环境以及多尘和阳光直射的地方，否则，易导致内部器件的损坏或者性能方面的变化。二是在使用仪器时，严防碰撞和震动，不可在含尘量过多或有腐蚀性的场所使用。三是仪器长期不使用时，请取出内部的电池，否则电池可能漏液或者导致仪器损坏。

风速传感器 说明书

一、产品概述 (2) 二、应用范围 (2) 三、技术参数 (3) 四、功能特点 (4) 五、结构尺寸图 (4) 六、固定方式 (5) 七、信号输出定义 (5) 八、线色定义 (6) 九、脉冲型风速输出电路图 (7) 十、脉冲输出型计算 (8) 十一、RS485/232通讯协议 (8) 十二、风力等级划分表 (11) 十三、风速与输出信号对应表 (12)

一、产品概述 该三杯式风速传感器是我公 司自主研发、生产的一款风速测量 仪器，本品由壳体、风杯和电路模 块组成，内部集成光电转换机构、 工业微电脑处理器、标准电流发生 器、电流驱动器等。 传感器壳体和风杯采用铝合金材料，使用特种模具精密压铸工艺，尺寸公差甚小表面精度甚高，内部电路均经过防护处理，整个传感器具有很高的强度、耐候性、防腐蚀和防水性。电缆接插件为军工插头，具有良好的防腐、防侵蚀性能，能够保证仪器长期使用，同时配合使用风速传感器内部进口轴承系统说明书，确保了风速采集的精确性。 电路PCB采用军工级A级材料，确保了参数的稳定和电气性能的品质；电子元件均采用进口工业级芯片，使得整体具有极可靠的抗电磁干扰能力，能保证主机在－20℃～＋50℃,湿度35％～85％（不结露）范围内均能正常工作。 二、应用范围 本产品可广泛运用于工程机械（起重机、履带吊、门吊、塔吊等）领域，铁路、港口、码头、电厂、气象、索道、环境、温室、

养殖、空气调节、节能监控、农业、医疗、洁净空间等领域风速的测量，并输出相应的信号。 三、技术参数 □脉冲输出型：□NPN输出□PNP输出 □NPN输出带内部上拉（4.7KΩ） □RS485通讯型 □电压输出型:□0-2VDC □0-5VDC □0-10VDC □电流输出型: 4-20mA 电源：根据输出类型不同所需的电压源范围不同 电流输出型: 12~24V 电压输出型：输出0-2VDC：6~24V 输出0-5VDC：6~24V 输出0-10VDC：12~24V 脉冲输出型：5~24V 量程：□0-30m/s □0-60m/s 负载能力: □其他□<500Ω□＞2kΩ 最大功耗（DC24V）: 脉冲型MAX≤200mW； 电压型MAX≤300mW； 电流型MAX≤700mW； 启动风力：0.4~0.8m/s 重量:≤0.5Kg

超声波风速风向仪设计说明

& 超声波风速风向仪设计 1.研究背景及意义 风速测量在工业生产和科学实验中都有广泛的应用，尤其在气象领域，风速测量更有着重要的价值。风速测量，常用的仪表有杯状风速计、翼状风速计、热敏风速计和超声波风速计。杯状风速计和翼状风速计使用方便，但其惰性和机械摩擦阻力较大，只适合于测定较大的风速。热敏风速计利用热敏探头，其工作原理是基于冷冲击气体带走热元件上的热量，借助一个调节开元器件保持温度恒定，此时调节电流和流速成正比。这种测量方法需要人为的干预，而且此仪表在湍流中使用时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，会影响到测量结果的准确性。现阶段常采用基于超声波传播速度受风速影响因而增减原理制成的超声波风速仪表，与其它各类仪表相比较，其优势在于：安装简单，维护方便；不需要考虑机械磨损，精度较高；不需要人为的参与，可完全智能化。 2.国外研究历史及发展状况 超声波可用于测量，是因为在超声波在传播过程中，会加载流体的流速信息，这些信息经过分离处理，便可以得到流体的流速。７０年代中后期，大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能的、动作非常稳定的ＰＬＬ（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步的保证。同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法、锁相频差法等。该类方法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响。８０年代，超声波测量出现了新的方法，比如射束位移法、多普勒法和相关噪声法等等。９０年代才真正实现了高精度超声波气体流量计。 从国、外超声波气体测量发展来看，国外机构开展这项工作的时间较早，到现在为止已经形成较为成熟的产品。当今世界，超声波流量计用于气体流量计的研究与开发方面，荷兰的工nstromet公司、英国的Dnaiel公司以及美国的Cnotrolotmo公司均做出了大量的工作并取得了较好的应用效果，其销售份额也排在前几位。日本在超声波气体流量计的设计方面也具有很大的优势，在消除管

风向风速仪传感器的故障原因分析

风向风速仪传感器的故障原因分析 风向风速记录仪是使用风向风速传感器而研发的，在运用过程中传感器可能会出现一些故障，以下是对风向风速仪传感器的故障原因分析： (1)风速传感器：转动不灵活、有卡滞；风速示值为0m/s；风速示值与电接风风速指示值比较有明显的偏差；起动风速明显偏高；低风速时正常，风速大时不正常或明显偏低。遇到以上情况的时候可以进行如此分析，带电测量风速传感器，若有故障，更换传感器；发现有卡滞现象，拆卸传感器进行维护清洗或更换传感器；风速示值为0m/s，检查电缆线和电源供电系统有无问题，用备份设备联机，转动风速轴，假如轴转灵活，无明显噪声，则说明风速传感器转动部分工作正常，检查示值有无数据，有数据则检查其它部分工作是否正常、无数据，则风速传感有故障，更换传感器；用万用表检测室外信号转接盒中FS与地之间有无频率变化，没有则传感器有故障；用风向风速校验仪检验风向传感器工作是否正常。 (2)风向传感器：风向标转动不灵活、有卡滞；风向示值为239°不变；风向示值为0°；风向示值与电接风风向指示值比较有明显的偏差；风向个别方位值不正确；风向标转动但风向示值不变等等。带电测量风向传感器，若有故障，更换传感器；发现有卡滞现象，更换传感器或拆卸传感器进行维护清洗；假如为239°不变，信号开路，检查接插件和电缆；风向示值为0°检查电缆线和电源供电系统；用备份设备联机，转动风向标，假如能转动使风向示值为239°，则说

明风向传感器工作正常，则检查其它部分工作是否正常；用备份设备联机，转动风向标，始终风向示值不出现239°，其它方位也常出现跳变显示，则说明风向传感器中有个别红外发光二级管有坏的，检查维修；用风向风速校验仪检验风向传感器工作是否正常。 通过以上方法对风向风速记录仪进行风向风速传感器的故障分析，通过故障剖析，采取最佳的方法来解除问题，保证风向风速仪在监测过程中能够做到时时准确的监测风向风速的变化。

DML-101型风向风速仪接线方法

ＤＭＬ－１０１型风向风速仪接线方法　 注意：　 数字式显示器可以使用交流ＡＣ１００　Ｖ或ＡＣ２２０　Ｖ电源与直流ＤＣ１２Ｖ或ＤＣ２４Ｖ电源。 出厂设置为ＡＣ１００　Ｖ电源，使用ＡＣ２２０　Ｖ电源需要事先说明。 一风向风速传感器接线方法： 连接电缆规格：0.25 mm2--　１．２５　mm2的６芯电缆． 0.3 mm2×６芯电缆 遥测距离约１００米　 0.5 mm2×６芯电缆 遥测距离约２００米　 1.25 mm2 ×６芯电缆 遥测距离约２００米以上 取0.25 mm2---１．２５ mm2的６芯电缆，在电缆的２头分别标上１－６号号码标识，用户在连接时请按号连接。

二客户端（显示器侧端口）接线方法：　 打开显示器的盖子，可以看到接线盒，上面标有记号。　 　 １－　６号接线端 连接上１号　－　６号接线头。　 ７－　８号接线端 ＤＣ１２Ｖ电源输入端口。　 ９－１０号接线端 ＤＣ２４Ｖ电源输入端口。　 注意：为了避免连接错误损坏仪器，电缆两端请勿必标上号码标识。　 连接好以后，为了安全起见，请再确认一下配线。　 　 三风向风速传感器侧端口（信号输出端口）接线方法：　 　 焊接面正视图　 　 如图所示： 拧开风向风速传感器侧下方连接插头，可以看到１－６号接线端口。用电铬铁，依据号码标识进行焊接即可。组裝时应注重防雨／防水对策。　 注意：　连接好以后，为了安全起见，请再确认一下配线。

四 风向风速传感器安装方法：　 ① 风向风速传感器底座上刻有「Ｎ」、「Ｓ」极　／　光进专用法兰盘（选配件）上也刻有「Ｎ」极。　 舰船上安装：　「Ｎ」极正对船艏「正前方向」即可。　 陆地上安装：　「Ｎ」极正对北极、「Ｓ」极正对南极。　 车辆上安装：　「Ｎ」极正对车辆「正前方向」。　 安装时使用指北针，　风向风速传感器底座上「Ｎ」极对「正北方」即可。　 （使用指北针，注意指北针不能放在铁製的法兰盘上使用，会影响指示。）　 　 ②　安装时风向风速传感器侧下方的连接器应注重防雨／防漏对策，敬请注意！　 ③　风向风速传感器安装时，需要用法兰盘固定，法兰尺寸参见ＣＡＤ图。　 ④　风向风速传感器安装时，传感器与法兰盘之间需垫入橡胶垫圈，作减震与防震之用。　 ⑤　连接插头外侧用防水胶布包扎，注重防雨／防水／防漏对策。　 　 车载安装小技巧：　 可设计一种水平３６０°可旋转固定，垂直９０°可横卧放下固定的法兰盘装配件。　水平３６０°可旋转固定安装方式 －－－－－－ 手动校正停车时的方向位　 垂直９０°可横卧放下固定安装方式　－－－－－－ 车辆高速行驶时保护传感器　 正确调整风向风速传感器的方向位，就可以取得「真风向」的风向数据。　 注意：　安装时风向风速传感器侧下方的连接插头应注重防雨／防漏对策，敬请注意！ 五 风向风速显示器安装方法：　 风向风速显示器可以安装在台上，也可以安装在屋顶上。

(完整版)风速仪风向标原理

风速仪风向标原理 当前风场所使用的风速仪风向标种类主要有两种，机械式和超声波风速风向仪，其中使用较多的是机械式风速仪，利用机械部件旋转来敏感风速大小，并结合风向标获得风向，尽管这种方法简单可靠，但由于其测量部分具有机械活动部件，在长期暴露于室外的工作环境下容易磨损，寿命有限，维护成本较高。另外，其检测精度也不高，而采用超声波风速风向测量系统，精度高，可靠性高，寿命长且维护成本相对较低。 1.超声波风速风向测量原理 系统由超声波探头，发射接收电路，电源模块，发射接收控制及数据分析处理中心和数据结果显示单元组成。四个超声波探头成90度布置。可以测到两个方向的风速值，经矢量合成运算，可以得到风速风向值。发射接收电路在不同时刻，即可以驱动探头发射超声波，又可以接受探头受到的超声波信号，可以地隔离、发射接收互不影响。电源模块提供电路所需要的5V和12V直流稳压电源。发射接收控制及数据分析处理中心产生超声波信号，经发射接收电路放大后驱动探头发射；对探头接收带的信号进行采样，将模拟信号转换为数字信号；对探头的发射接收顺序进行控制；对发射时刻和信号到达时刻进行判断，计算出传播时间;分析处理数据结果，计算出风速风向值，传输给数据结果显示单元，数据结果显示单元将以数字形式直观的现实出瞬时风速风向值或某一段时间的平均风速值 2机械式风向标（NRG相同工作原理）

图1 图中：WIND ORIENTATION VANE ：风向标 风向标和风速计位于机舱的后部外侧。 风向标包括两个需要提供24V电源（白色+，棕色/黄色/粉红色-）的光耦合器：B302指示0°，B303指示90°。在风向标（底部）的固定部分有底座，外加整个电子电路。不固定部分（顶部）包括风向标本身和位于基座内部的金属半环。 金属半环的作用是随着风向标的转动,通过光耦合器起动它们或者停止它们的工作。 当金属半环通过光耦合器时信号为低电平（0V），而出现相反的情况时信号为高电平（24V）。见图1。 恒定的高电平信号表示0%屏蔽，也就是说，金属环不在光耦合器里。 在高电平和低电平之间变动的信号表示50%屏蔽，也就是说，金属环“是-不是”恒定通过光耦合器。 恒定的低电平信号表示100%屏蔽，也就是说，金属环一直在光耦合器里。 根据这些百分比，可以得知机舱的偏向。 当机舱已被定向，而风向标随着风摆动时，0°传感器信号（绿色电缆），在高电平和低电平之间一直变化；而90°传感器信号（灰色）给出恒定的高电平信号。

原创 一文读懂风向风速传感器(必须收藏)

原创一文读懂风向风速传感器（必须收藏） 如何测量风速和风向，其实在古代很早就已经出现，著名的诸葛亮借东风火烧壁，就是因为有效的掌握了风向和风速方面的知识，从而取得了军事的重大胜利。 作为一种对天气测量的设备，用来测量风的方向在大小的的风速传感器和风向传感器在各行各业也得到了广泛的应用，下面我们就看看这两种设备。风向传感器风向传感器是以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息，并将其传递给同轴码盘，同时输出对应风向相关数值的一种物理装置。通常风向传感器主体都采用风向标的机械结构，当风吹向风向标的尾部的尾翼的时候，风向标的箭头就会指风吹过来的方向。为了保持对于方向的敏感性，同时还采用不同的内部机构来给风速传感器辨别方向。通常有以下三类：电磁式风向传感器：利用电磁原理设计，由于原理种类较多，所以结构与有所不同，目前部分此类传感器已经开始利用陀螺仪芯片或者电子罗盘作为基本元件，其测量精度得到了进一步的提高。光电式风向传感器：这种风向传感器采用绝对式格雷码盘作为基本元件，并且使用了特殊定制的编码编码，以光电信号转换原理，可以准确的输出相对应的风向信息。 电阻式风向传感器：这种风向传感器采用类似滑动变阻器的

结构，将产生的电阻值的最大值与最小值分别标成360°与0°，当风向标产生转动的时候，滑动变阻器的滑杆会随着顶部的风向标一起转动，而产生的不同的电压变化就可以计算出风向的角度或者方向了。风速传感器风速传感器是一种可以连续测量风速和风量（风量=风速x横截面积）大小的常见传感器。风速传感器大体上分为机械式（主要有螺旋桨式、风杯式）风速传感器、热风式风速传感器、皮托管风速传感器和基于声学原理的超声波风速传感器。螺旋桨式风速传感器工作原理我们知道电扇由电动机带动 风扇叶片旋转，在叶片前后产生一个压力差，推动气流流动。螺旋浆式风速计的工作原理恰好与此相反，对准气流的叶片系统受到风压的作用，产生一定的扭力矩使叶片系统旋转。通常螺旋桨式速传感器通过一组三叶或四叶螺旋桨绕水平 轴旋转来测量风速，螺旋桨一般装在一个风标的前部，使其旋转平面始终正对风的来向，它的转速正比于风速。风杯式风速传感器工作原理风杯式风速传感器，是一种十分常见的风速传感器，最早由英国鲁宾孙发明。感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形的空杯组成。空心杯壳固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。当风从左方吹来时，风杯1与风向平行，风对风杯1的压力在最直于风杯轴方向上的分力近似为零。风杯

风向风速仪的使用方法及应用的意义

风速风向，是我们耳熟能详的概念，平常我们经常会说，北风呼呼，或者今天风好大的。这里就已经涉及了风向风速的概念。那么气象学上，风速风向又是如何定义的呢？风向即风吹来的方向，如风从南方吹来，那就叫南风；风从北方吹来，就叫北风；而当风向不定时，可以加个偏字。而风速，是风的速度，单位为米/秒。一般我们把风速分等级，通常分为13级。分别为0、1、2、……测量风向风速有很多仪器，专门测定风速，风向。有时也叫做风向风速监测仪。 风向，用方位或者角度表示。在天气预报中，我们常常听到这样的话：今天夜里到明天，偏南风，4-5级。这个偏南风就是风向，4-5级就是风速。“偏”字说明方位左右摆动不能确定。而平常所说的北风是从北方吹来的风，南风是从南方吹来的风。风速在学术界分为12个等级，分别为无风、软风、轻风、微风、和风、劲风、强风、疾风、大风、烈风、狂风、暴风和飓风。总得来说，风速风向对农作物的影响不是特别大，但是我们也不可忽视它对株式作物的影响，因此测得风速和风向对于掌握作物的生长状况，有着不可忽视的作用。 另外，在气象测定中，还有经常需要测定二氧化碳含量、大气温度、大气湿度含量、光照度等相关的参数。因为大气是一个综合体，她有很多部分组成。由此，也产生了一系列的关于测定这些参数的仪器如温照度记录仪、二氧化碳记录仪、温度照度记录仪等等。气象因素对农业的影响是非常大的，甚至是致命的。农田作业，基本依赖于自然资源，虽然现在科技如此发达，大棚技术、滴灌、喷灌技术等层出不穷，但是农业还是很依赖自然环境，阳光、水、大气等等，是最基本的几个因子。而风向风速，是众多因子中的几个。但是对农业还是影响非常重要。因此，风向风速仪的重要性也是不可小觑。 托普云农风向风速记录仪可以实现多点同步检测；探头具有一致性，不同参数探头插口可互换，不影响精度。 一、风速记录仪主机功能特点：

风向风速传感器EIA-485接口模块的设计

风向风速传感器EIA-485接口模块的设计 南京长川公司景江 广西水文水资源局唐奇善 摘要：把风向、风速传感器输出的代表风速的脉冲信号以及代表风向的并行GRAY码信号，通过一个二合一的智能化接口模块，转换成为国际标准的EIA-485串行信号。 关键词：EIA-485、即插即用、TVS、网络协议 在自动化领域，随着分布式控制系统的发展，各种工业控制、智能仪器仪表、数据采集都趋向网络化，EIA RS-485是工业应用中的一种支持多节点、远距离的数据传输总线标准。 目前，在风向、风速测量方面，多采用霍尔或光电元件将风速转换为与风速成正比的脉冲信号，将风向变换为并行的GRAY码输出。风速传感器输出的脉冲信号需通过公式计算后才能得到真正的风速值，输出GRAY码的风向信号也需要通过公式计算或软件查表转换才能得到真正的风向值。此种接口不符合国际标准，无法与大多数采用EIA RS-485工业应用总线标准的仪器设备直接连接，影响了其推广及应用范围。 由于采用脉冲及并行传输，该类传感器的信号线一般要求选用10～20芯标准电缆，电路复杂，现场安装及维修不便。此外，在传输距离较远的情况下，电缆及敷设工程成本增大；在接收端为了防止感应雷对设备的破坏，必须对多芯电缆中的每一条有效进线加TVS管（注１）作保护，从而增加了保护多路并行输入口所付出的成本。

本文描述了在此类测风传感器上外加一个与EIA-485接口的适配器设计方案。即在不破坏传感器产品结构、不增加内部电路的基础上，依照即插即用的思路，通过在测风传感器的外部信号接口上插接独立的EIA-485接口模块的方式，把风速的脉冲信号以及风向的并行信号转换为EIA-485工业标准协议的信号。 为了叙述方便，以下以EC9系列高动态性能测风传感器为例,见图1。 1设计目的 通过该接口模块，为实际应用中应带来以下好处：提高了信号传输的可靠性、增加了信号的传输距离、降低了二次仪表软硬件的开发难度、降低了安装及维护的复杂性、减少了土建及电缆的造价，尤其重要的是传感器的接口符合国际标准，容易同其它智能化仪器、传感器联网运行。 2接口模块的硬件设计 模块主要由单片机、协议转换芯片、及供电电源组成。其原理框图见图2。按照EIA-485的标准，除总线的A线B线以外，另外增加两根电源线，对位于传感器端的接口模块及传感器供电。这样即构成了四线制串行传输。 遵循即插即用、高可靠、低成本、低功耗的设计原则，用精简的硬件结构来实现高可靠的设计思想，模块的结构设计成圆柱形密封体，插头与外壳一体化。一端带12或19芯航空插头，直接插在测风传感器上的12或19芯航空插座上，另一端为中心带密封圈孔（引出电缆）的端盖。四芯双绞电缆由该带密封圈孔进入模块内部，同标准直插式４针欧式端子的插头联接，然后再同模块内部电路板上的４针欧式端子的插座相插接。 ４针欧式端子的其中２针接四芯双绞电缆中的２根电源线，

原创-一文读懂风向风速传感器(必须收藏)

原创-一文读懂风向风速传感器(必须收藏)

原创一文读懂风向风速传感器（必须收藏） 如何测量风速和风向，其实在古代很早就已经出现，著名的诸葛亮借东风火烧壁，就是因为有效的掌握了风向和风速方面的知识，从而取得了军事的重大胜利。 作为一种对天气测量的设备，用来测量风的方向在大小的的风速传感器和风向传感器在各行各业也得到了广泛的应用，下面我们就看看这两种设备。风向传感器风向传感器是以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息，并将其传递给同轴码盘，同时输出对应风向相关数值的一种物理装置。通常风向传感器主体都采用风向标的机械结构，当风吹向风向标的尾部的尾翼的时候，风向标的箭头就会指风吹过来的方向。为了保持对于方向的敏感性，同时还采用不同的内部机构来给风速传感器辨别方向。通常有以下三类：电磁式风向传感器：利用电磁原理设计，由于原理种类较多，所以结构与有所不同，目前部分此类传感器已经开始利用陀螺仪芯片或者电子罗盘作为基本元件，其测量精度得到了进一步的提高。光电式风向传感器：这种风向传感器采用绝对式格雷码盘作为基本元件，并且使用了特殊定制的编码编码，以光电信号转换原理，可以准确的输出相对应的风向信息。 电阻式风向传感器：这种风向传感器采用类似滑动变阻器的

结构，将产生的电阻值的最大值与最小值分别标成360°与0°，当风向标产生转动的时候，滑动变阻器的滑杆会随着顶部的风向标一起转动，而产生的不同的电压变化就可以计算出风向的角度或者方向了。风速传感器风速传感器是一种可以连续测量风速和风量（风量=风速x横截面积）大小的常见传感器。风速传感器大体上分为机械式（主要有螺旋桨式、风杯式）风速传感器、热风式风速传感器、皮托管风速传感器和基于声学原理的超声波风速传感器。螺旋桨式风速传感器工作原理我们知道电扇由电动机带动 风扇叶片旋转，在叶片前后产生一个压力差，推动气流流动。螺旋浆式风速计的工作原理恰好与此相反，对准气流的叶片系统受到风压的作用，产生一定的扭力矩使叶片系统旋转。通常螺旋桨式速传感器通过一组三叶或四叶螺旋桨绕水平 轴旋转来测量风速，螺旋桨一般装在一个风标的前部，使其旋转平面始终正对风的来向，它的转速正比于风速。风杯式风速传感器工作原理风杯式风速传感器，是一种十分常见的风速传感器，最早由英国鲁宾孙发明。感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形的空杯组成。空心杯壳固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。当风从左方吹来时，风杯1与风向平行，风对风杯1的压力在最直于风杯轴方向上的分力近似为零。风杯

风向和风速

风向和风速 教学目标】 科学概念： 风可以通过自然界中事物的变化来感知，可以用风向和风速来描述。 过程与方法： 自制建议风向标和小风旗。用自制的风向标和小风旗测量风向和风速，并使用适当的方法纪录观察结果。 情感、态度、价值观： 感受到使用简单工具能对天气观察活动提供很大的帮助。进一步提高观察天气现象的兴趣和好奇心。 【教学重点】能描述风向和风速 【教学难点】用自制的风向标和小风旗测量风向和风速，并使用适当的方法纪录观察结果。【教学准备】分组材料：制作风向标的材料；制作小风旗的材料。 【教学过程】 一、导入 师：你们觉得风是什么？能听到，看到风吗？能用能想到的描述风的词语来描述风吗？二、探究内容： （一）风向和风向标 1、出示风向图，简单介绍 简单介绍，风向是指风吹来的方向，可以用八个方位来描述风向。 2、你能通过风水动旗面的情况来辨别风向吗？简单练习。 小结：风向可以用风向标来测量，风向标的箭头指向的是风吹来的方向。 3、制作风向标，并测量风向 （1）出示自制风向标。介绍制作方法 （2）小组讨论：风向标的使用方法 （3）问：我们如何将风向结果添加到当天的天气日历上呢？ （4）我们还可以用哪些方法确定方位和测量风向？ （二）风速和风速等级 1、问：风向可以用风向标进行测量，那么风速也可以测量吗？ 2、介绍科学家利用风速仪测量风速，熟悉“蒲福风力等级”表。我们制作小风旗来测量。 3、分组制作小风旗，研究使用方法 （三）实地观察 1、测量风向和风速 2、记录到天气日历中 三、课后作业。 1、风向标是测量（风向）的仪器，箭头指向风（吹来）的方向。 2、红旗招展的时候，你估计可能刮的是（3）级风。 四、课后总结。 五、课后反思

风速传感器

摘要 矿用传感器是煤矿监控系统的“耳目”，它用于监测煤矿环境参数与生产过程参数，将各种物理量转换为电信号。 环境安全监控系统主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、湿度、温度、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停、工作电压、工作电流等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。 环境参数传感器包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、温度、湿度、风速、绝对压力、相对压力(负压)、粉尘、烟雾等传感器。生产参数传感器包括机电设备开／停、料位、皮带秤重、机组位置、皮带打滑、电压、电流、功率等传感器。 矿用风速传感器在煤矿开采业中的作用，不可小觑。在煤矿开采时风速的大小直接影响矿工的生命安全，风速太小，有害气体得不到及时的稀释，可能导致爆炸；如瓦斯爆炸。当风速太大时，可能导致粉尘爆炸。因此风速传感器在煤矿开采中至关重要。 主要是将信号转换为超声波，利用接收换能器接收经过风速调制的信号。然后经过中频放大、检波、低频放大、整形后得到方波，然后分两路，一路送给就地显示，一路进行F/I转换。 关键词：传感器.，风速，超声波，CW7800卡曼涡街效应，

1 矿用风速传感器概述 1.1矿用风速传感器的应用 矿用风速传感器用于检测煤矿井下各坑道、风口、主风扇等处的风速。在煤炭开采的过程中，总有瓦斯涌出。为稀释矿井空气中的瓦斯，需不断地向井下输送新鲜空气。风量是通风系统的重要参数之一。因此，对矿井风速的监测是矿井监控的主要内容之一。 1.2矿用风速传感器的安装位置 安装：风速传感器可安装在主要测风站和进回风巷等地。安装地应在距顶板较好无明显淋水，不妨碍运输和行人安全的地方，传感头指向应与风流方向一致。安装前应首先测量通道平均风速，任选一点安装，遥控器对准传感器按动上、下键，使就地显示为平均风速即可。注意：传感器安装一定要牢固，不得摆动，传感器测风面一定要垂直风流方向。 1.3设计的意义 矿用风速传感器在煤矿开采业中的作用，不可小觑。在煤矿开采时风速的大小直接影响矿工的生命安全，风速太小，有害气体得不到及时的稀释，可能导致爆炸；如瓦斯爆炸。当风速太大时，可能导致粉尘爆炸。因此风速传感器在煤矿开采中至关重要 1.4矿用风速传感器的分类 （1）按传感器用途可分为环境参数传感器与生产参数传感器。 （2）按供电方式可分为自带电源式传感器与外接电源式传感器两种。 （3）按其输出信号形式可分为模拟量、开关量、累计脉冲量等。模拟信号应符合下列信号制式：电流模拟信号为1～5mA或4～20mA，频率模拟信号为200～1000Hz或5～15Hz。 （4）按作用原理不同可分为：机械翼式风速传感器、电子翼式风速传感器、热效应式风速传感器超声波风速传感器。 （5）按风速的测量范围可分为高速风速传感器（V>10m/s）、中速风速传感器（V=0.5m/s～10m/s）、低速风速传感器(V =0.3m/s～0.5m/s) 1.3矿用风速传感器的技术指标 测量范围：0.4 ～15m/s

超声波风速风向仪设计

超声波风速风向仪设计

超声波风速风向仪设计 1.研究背景及意义 风速测量在工业生产和科学实验中都有广泛的应用，尤其在气象领域，风速测量更有着重要的价值。风速测量，常用的仪表有杯状风速计、翼状风速计、热敏风速计和超声波风速计。杯状风速计和翼状风速计使用方便，但其惰性和机械摩擦阻力较大，只适合于测定较大的风速。热敏风速计利用热敏探头，其工作原理是基于冷冲击气体带走热元件上的热量，借助一个调节开元器件保持温度恒定，此时调节电流和流速成正比。这种测量方法需要人为的干预，而且此仪表在湍流中使用时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，会影响到测量结果的准确性。现阶段常采用基于超声波传播速度受风速影响因而增减原理制成的超声波风速仪表，与其它各类仪表相比较，其优势在于：安装简单，维护方便；不需要考虑机械磨损，精度较高；不需要人为的参与，可完全智能化。 2.国内外研究历史及发展状况 超声波可用于测量，是因为在超声波在传播过程中，会加载流体的流速信息，这些信息经过分离处理，便可以得到流体的流速。７０年代中后期，大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能的、动作非常稳定的ＰＬＬ（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步的保证。同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法、锁相频差法等。该类方法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响。８０年代，超声波测量出现了新的方法，比如射束位移法、多普勒法和相关噪声法等等。９０年代才真正实现了高精度超声波气体流量计。 从国内、外超声波气体测量发展来看，国外机构开展这项工作的时间较早，到现在为止已经形成较为成熟的产品。当今世界，超声波流量计用于气体流量计的研究与开发方面，荷兰的工nstromet公司、英国的Dnaiel公司以及美国的Cnotrolotmo公司均做出了大量的工作并取得了较好的应用效果，其销售份额也排在前几位。日本在超声波气体流量计的设计方面也具有很大的优势，在消除管外传播时间、提高仪器精度和缩短响应时间方面有独到之处。我国的超

风速风向传感器的发展历程

风速风向传感器的发展历程 风是由空气流动引起的一种自然现象。自古以来，风在人们的日常生活和生产中都起到了重要的作用。人们在与风长期的接触之中，对风速风向的认知逐渐由感性到理性；从远古时期对风的敬畏，到现在发展出多种多样风速风向传感器，人们对风的探索从未有过停止。 早在先秦时期，人们就已经制造出了风向仪——伣（qìan）。伣的结构非常简单：立一风杆，杆上系有丝帛做成长条形“旗”，称“示风器”，器上系一小铃挂在高竿上，风吹铃响。设有专门的观测者监听铃声并看旗被风吹动的方向以报风向。 西汉时期，人们在原有“伣”的基础上，又发明出了相风鸟。“铸铜凤，高五尺，饰黄金，栖屋上，下有转枢，向风若翔。”每一只相风鸟下部都有转枢，可以插在圆槽内随风转动，而相风鸟头部指向的方向就是风吹来的方向。 东汉至三国时期，将相风鸟的材质由青铜转为木材。使用木鸟作风向仪，材料更容易获得，整体更为轻便，使用范围较之前也更为普遍了。 到了唐代时期，人们不再满足于对风向的测量，唐代科学家李淳风（公元602年—公元670年）在他的著作《乙巳占·占风远近》中根据风对树产生地力来估测风速。“树叶微动，风速约十里；树叶沙沙作响，风速则日行百里；树枝摇，二百里；堕夜，三百里；折小枝，四百里…。”并且，根据树的摇晃程度创造出了风的级别：“一级动叶，二级鸣条，三级摇枝，四级坠叶，五级折枝，六级折大枝，七级飞沙石，八级拔大树及根。”外加“无风”、“和风”共十级。风速级别发明，奠定了人们对风速认知的标准，并且一直沿用到近代。 监测风速风向的仪器发展到现在，已经从最简单的伣和相风鸟发展到现在完整的风

速风向检测设备、体系。 现在我们用于监测风速风向的仪器共有两类：风向风速传感器和超声波风速风向传感器；这两类传感器，一类是机械式，另一类是超声波式。有了这两款设备的存在，支撑起了监测风速风向的半壁江山。 一、风速风向传感器包括风向传感器和风速传感器： 1、风向传感器 风向传感器是一种电阻式风向监测仪。它采用类似滑动变阻器的结构，将产生的电阻值的最大值与最小值分别标成360°与0°，当风向标产生转动的时候，滑动变阻器的滑杆会随着顶部的风向标一起转动，而产生的不同的电压变化就可以计算出风向的角度或者方向了。 2、风速传感器 风速传感器采用三杯设计理念，使用高性能进口轴承，转动阻力小，测量精确；当风杯转动时，带动同轴的多齿截光盘或磁棒转动，通过电路得到与风杯转速成正比的信号，该信号由计数器计数，经换算后得出实际风速值。 二、超声波风速风向传感器 超声波风速风向传感器基于超声波原理而研发，利用发送的声波脉冲，测量接收端的时间差来计算风速和风向。 从先秦的伣和相风鸟，到现代的风速风向传感器，风速风向仪的每一次进步都倾注了先辈们大量的心血和智慧，经历了一个漫长而艰苦的过程，成为了风速风向仪发展历程中，不可磨灭的印记。