一种新型分体手持式风向风速仪

技术领域

本发明属于风速风向测量领域，具体涉及一种新型分体手持式风向风速仪。

背景技术

手持式风速风向仪因其小型化、经济便宜、性能先进、数字化，集各种测量参数一体化，受到市场用户的欢迎。目前市场上手持式风向仪的风向测量多采用由风向标、风向度盘(磁罗盘)等组成的风向测量系统，风向示值由风向指针在风向度盘上的位置来确定风向值，360°风向测量往往只有16个方位，测量分辨率和精度都很低，远远满足不了一些高精度测量的场合。风速测量装置其安装和拆卸都有一定困难，尤其是风速部件的安装，安装一台风速仪需要耗费很长时间，老式BCF型手持测风测温仪虽然测量精度高，但安装效率低，故障率高，无法满足大规模生产的需要，迫切需要研制一种测量精度高，安装简单、故障率低，适合大规模化生产的分体手持式风速仪。

发明内容

针对老式BCF型风速仪存在装配复杂，安装效率低，且故障率高的问题，本发明提供了一种分体式的安装设计，易拆装，特别是风向、风速测量部件出现问题的时候易更换，大大节省了安装时间和维修时间，其风向测量装置精度达到了±2°，故障率低，非常适合于大规模生产。其技术方案为，

一种新型分体手持式风向风速仪，包括风向风速仪主控部件，所述风向风速仪主控部件分别与风向风速仪显示部件、风速测量部件、风向测量部件连接，所述风速测量部件与风向测量部件连接。

优选的，所述风向测量部件包括风向标和风向轴，所述风向标通过风向轴安装在风向底座上，所述风向轴位于风向壳体内。

优选的，所述风向壳体内设有陶瓷轴承和宝石轴承，所述陶瓷轴承上方设有陶瓷轴承压紧螺栓，所述宝石轴承下方设有宝石轴承支撑座，所述宝石轴承支撑座与磁钢安装座连接，所述风向轴穿过陶瓷轴承压紧螺栓、陶瓷轴承、宝石轴承、宝石轴承支撑座上抵在磁钢安装座上。

优选的，所述风向风速仪主控部件集成有模拟-数字转换器、数字-模拟信号转换器，并有电源模块进行供电，所述电源模块包括开关机检测电路、电池电压检测电路和开关保持电路，所述电源模块与电源管理芯片U5连接，输出稳定电压5V；

所述开关机检测电路包括晶体管Q1，其集电极通过R11与3.3V电源连接,通过判断风向风速仪主控部件引脚电平高低来判断开关机状态,所述晶体管Q1的基极通过R8分别与软开关、二极管D2连接，所述软开关通过二极管D5、D11与USB接口连接；所述二极管D2通过D3与开机保持电路连接，所述开机保持电路包括场效应晶体管Q5，所述场效应晶体管Q5栅极接电阻R18,源极接电源3.3V，漏极分别接R17、二极管D3与场效应管Q3栅极连接。

优选的，所述风向风速仪主控部件通过场效应晶体管Q52与方位测量模块连接，通过场效应晶体管Q51分别与风速测量部件、风向测量部件连接。

优选的，所述风速测量部件包括风杯、风速轴和风速开关；所述风杯安装在风杯座上，所述风杯座内设有风速轴，所述风速轴底部设有风速开关，所述风速轴底部设有遮光齿轮。

优选的，所述风杯座设有端盖一，所述端盖一上固定连接风向底座；所述风杯座底部设有端盖二，所述端盖一与风速底座之间设有连接支撑，所述风向底座、端盖一、端盖二、连接支撑和风速底座固定为一体结构。

优选的，所述风杯为半球形，安装在连接支撑之间；所述风杯座包括风杯上座和风杯下座，两者中间均设有安装孔，用于固定风速轴，风杯下座四周的安装孔用于固定风杯。

优选的，所述风速开关安装在风速开关安装盘上，所述风速开关安装盘固定在风速底座上。

优选的，所述电源模块与稳压电路连接，所述稳压电路包括芯片U6和电感L81，所述芯片U6输入端连接5V电压，输出端并联电容C82、C17,并通过电感L81输出3.3V电压给所述风向风速仪主控部件供电。

有益效果

1)本装置选用硬度很高、耐磨性极好的陶瓷轴承来支撑风向轴转动，其摩擦损失小，极限转速高，可大大降低启动风速，来风时风向轴随风向标摆动到风吹来的方向，风向轴转过一定角度，磁钢转动，磁场强度发生变化，磁性旋转位置传感器AS5600通过非接触测量径向磁化型轴上磁铁的绝对角度，从而得出风向值，这种非接触式电位计法测量分辨率和精度高，不会受到任何外部同类杂散磁场的影响。

2)本发明提供的技术方案能够快速方便的实现BCF型风速风向仪的安装，操作简便，故障率低，有效解决了以往BCF型手持风速风向仪安装困难的问题，节省了安装时间。

3)此次风杯的设计考虑了转动惯量对启动风速的影响，风杯中间的隔断可以略作调整去掉一部分重量，避免了由于理论值和实际的误差造成的风杯偏重而影响启动风速的问题。

4)风速轴上下端均与宝石轴承连接，所述风速轴外表面镀金刚石薄膜一方面避免了风速轴由于高风速旋转产生风速轴轴尖会弯折的情况，另一方面，提高了风速轴的耐磨性，延长了使用寿命。

5)该结构从原来整体式的结构改为分体式，采用了模块化设计，风杯分离，在不影响其他部件或者不拆装其他部件的时候就可以轻松的将风杯拆下，可以将风速部件轻松更换。

6)电压经过电源管理芯片U5，输出稳定电压VDD_5V，该电源管理芯片转换效率高，可大大提高电池寿命，还可通过禁用功能尽可能降低电池电量流失。

附图说明

图1为本申请结构示意图；

图2为风向测量部件立体图；

图3为风向测量部件剖视图；

图4为风速测量部件结构示意图；

图5为风速测量部件结构爆炸图；

图6为风杯座结构示意图；

图7风速开关安装盘结构示意图；

图8为风向底座结构示意图；

图9为风向风速仪主控部件控制原理图；

图10为电源模块电路图；

图11为电源管理芯片U5电路图；

图12为稳压电路图；

图13为方位模块、风向测量部件、风速测量部件上电原理图；

图14为风向风速仪主控电路图；

图15为按键原理图；

其中1-风向风速仪主控部件，2-风向风速仪显示部件、3-液晶显示屏，4-风速测量部件，401-风杯，402-风杯上座，403-风杯下座，404-风速轴，405-遮光齿轮，406-风速开关，407-风速开关安装盘，408-端盖一，409-端盖二，410-连接支撑，411-风速底座，412-连接件，413-螺丝一，414-防护帽，5-风向测量部件，501-风向底座，502-风向壳体，503-防雨密封罩，504-风向标，505-风向轴，506-备紧螺帽，507-陶瓷轴承压紧螺钉，508-陶瓷轴承，509-宝石轴承，510-宝石轴承支撑座，511-磁钢安装座，513-螺丝二。

具体实施方式

以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。

一种新型分体手持式风向风速仪，包括风向风速仪主控部件1包括主控电路，如图14所示，所述风向风速仪主控部件1分别与风向风速仪显示部件2、风速测量部件4、风向测量部件5电性连接，用于采集信号的处理，并控制输出信号，风向测量部件5位于所述风速测量部件4上方。

风向测量部件包括风向壳体502、风向标504和风向轴505，所述风向壳体502内设有陶瓷轴承508和宝石轴承509，所述陶瓷轴承508上方设有陶瓷轴承压紧螺栓507，所述宝石轴承509下方设有宝石轴承支撑座510，所述宝石轴承支撑座510与磁钢安装座511连接，所述风向轴505穿过陶瓷轴承压紧螺栓507、陶瓷轴承508和宝石轴承509位于宝石轴承支撑座510上，所述磁钢安装座511固定在风向轴505底部。所述风向壳体502上设有防雨密封罩503，所述风向轴505位于防雨密封罩503内。

所述风向轴505与风向标之间设有备紧螺帽506。

所述风速测量部件包括风杯401、风速轴404和风速开关406；所述风杯404通过风杯座四周的安装孔安装在风杯上座402和风杯下座403之间，所述风杯上座402设有端盖一408，所述端盖一408上固定连接风向底座501；所述风杯下座403底部设有端盖二409，所述端盖二409上设有风速底座411。所述端盖一408与风速底座411之间设有连接支撑410，所述风向底座510、端盖一408、端盖二409、连接支撑410和风速底座411通过螺栓固定为一体结构。风速底座411上安装防护帽414，防护帽414内设有温湿度传感器，实现温湿度的检测。

所述风杯座内设有风速轴404，风速轴404上部和底部均设有宝石轴承，底部的宝石轴承嵌在螺丝一413内，顶部的宝石轴承嵌在螺丝二513内,风速轴404上部通过宝石轴承与风向底座501螺纹连接，风速轴404底部抵在底部的锥形宝石轴承上，宝石轴承硬度大，磨损率低，用于支撑风速轴的高频率转动，安装在风速开关安装盘上；安装时通过微调节两个带有宝石轴承的上下两个螺丝使遮光齿轮405在风速开关406合适的位置转动。

所述风杯座包括风杯上座402和风杯下座403，两者中间均设有安装孔，用于固定风速轴404，风杯下座403四周安装孔用于固定风杯401，风杯上座402把风杯401压紧在风杯下座403中。

所述风速轴404底部设有遮光齿轮405，遮光齿轮405通过连接件412安装在风速开关安装盘上407，风速开关安装盘407上还设于风速开关406，用于控制风速轴404的转动或停止。风速开关安装盘407安装盘位于风速底座411内。

所述风速仪显示部件2包括液晶显示器3。

所述风杯401为半球形，安装在连接支撑410之间。

风速轴404采用外表面镀金刚石薄膜，硬度强，避免了风速轴由于高风速旋转风速轴轴尖会弯折的情况。

风向测量部件安装步骤如下：

先将陶瓷轴承508安装到风向轴505的固定位置，将安装好陶瓷轴承的风向轴从上到下放入风向壳体502中，陶瓷轴承508卡到风向壳体502的固定位置，再将陶瓷轴承压紧螺钉507安装上，用来固定陶瓷轴承508，风向轴505的下部首先穿入宝石通孔轴承509，用来支撑风向轴505的转动，使风向轴转动平稳，降低其运动过程中的摩擦系数，之后将宝石轴承支撑座510装上，用来固定宝石轴承509。最后将磁钢安装座511装上，固定好磁钢，这样风向测量部件就安装好了，将风向测量部件安装到事先装好风向电路板的风向底座501上，接下来将防雨密封罩503安装到风向轴505上，再安装备紧螺帽506到风速轴404顶端，最后将风向标504安装上。这样，风来时风向标504随之摆动，带动风向轴505转动，随着风向轴505的转动，磁钢转过一定角度，风向电路板上磁性位置传感器感受磁场强度变化，非接触测量测量径向磁化型轴上磁铁的绝对角度，计算出风向值。风向测量部件的设计难点在于磁钢安装座511与宝石支撑座510的距离一定要把握好，距离太近就严重影响风速轴的灵活转动，另外磁钢与风向底座501中电路板的距离也要掌握好，距离太近会使磁钢碰到电路板，风向轴无法转动，距离太远磁性就会降低就会使风向测量值不准确甚至无测量值。

低功耗对仪器来说是非常重要的指标，所述风向风速仪主控部件1包括MSP430系列单片机，低电压3.3V供电，超低功耗，灵活的时钟系统、多种低功耗工作模式，内部集成有模拟/数字转换器(ADC)和数字/模拟信号转换器(DAC)，小型仪器应用最为合适。

BCF型手持风向风速仪有锂电池和外接USB供电两种方式，锂电池可充电，电池充电电路、开关电路及按键，图10、图15。

图10电源模块电路图，所述开关机检测电路包括晶体管Q1，其集电极通过R11上拉与3.3V电源连接,通过判断风向风速仪主控部件引脚P56电平高低来判断开关机状态；所述晶体管Q1的基极通过R8分别与软开关、二极管D2连接，所述软开关通过二极管D5、D11与USB接口连接；所述二极管D2通过D3与开机保持电路连接，所述开机保持电路包括场效应晶体管Q5，所述场效应晶体管Q5栅极接电阻R18,源极接电源3.3V，漏极分别接R17、二极管D3与场效应管Q3栅极连接。按开机4时通过控制引脚P55电平使仪器处于开机状态；通过A0点输出电压还可判断电池电压高低。

图11为电源管理芯片U5电路图，电压经过电源管理芯片U5，输出稳定电压VDD_5V，该电源管理芯片转换效率高，可大大提高电池寿命，还可通过禁用功能尽可能降低电池电量流失。

图12为稳压电路图，为降低电源干扰，本电路采用数字电源和模拟电源、数字地和模拟地隔离的方式，5V电压经过稳压电路输出稳定3.3V供单片机U1和温湿度模块，所述稳压电路包括芯片U6和电感L81，所述芯片U6输入端连接5V电压，输出端并联电容C82、C17,并通过电感L81输出3.3V电压给所述风向风速仪主控部件U1供电。

图13为方位模块、风向测量部件、风速测量部件上电原理图，所述风向风速仪主控部件通过R53分别与电阻R54、场效应晶体管Q52一端连接，电阻R54分别接电源3.3V、场效应晶体管Q52其中一端，通过控制场效应晶体管Q52的通断控制方位模块上电。

所述风向风速仪主控部件通过R51分别与电阻R52、场效应晶体管Q51一端连接，电阻R52分别接电源5V、场效应晶体管Q51其中一端，通过控制场效应晶体管Q51的通断控制风向测量部件或风速测量部件上电。

风向由方位测量模块换算出真风向。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。