基于差壓原理雙向風(fēng)速智能傳感器的設(shè)計(jì)

王亮 董彥芬

【摘要】本文設(shè)計(jì)了一款基于熱差壓原理雙向風(fēng)速智能傳感器。該傳感器不僅具有風(fēng)速測(cè)量的功能，同時(shí)還具有風(fēng)向識(shí)別的功能，識(shí)別精度可達(dá)0.1m/s，可以在風(fēng)向發(fā)生突變的時(shí)候進(jìn)行聲光報(bào)警，將和風(fēng)有關(guān)的參數(shù)傳到地面監(jiān)控室，便于工作人員實(shí)時(shí)了解井下風(fēng)流的狀態(tài)，量程在0～15m/s，適用范圍非常廣泛。

【關(guān)鍵字】差壓；雙向；智能；風(fēng)速

井下常見(jiàn)的災(zāi)害是瓦斯災(zāi)害，瓦斯災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候會(huì)對(duì)井下環(huán)境產(chǎn)生諸多影響，其中使得風(fēng)向逆轉(zhuǎn)就是一種表現(xiàn)。為了遏制瓦斯突出的能量，已經(jīng)有許多科研單位研制出防逆風(fēng)裝置。防逆風(fēng)裝置的一個(gè)重要前提是要能識(shí)別出風(fēng)向，所以本設(shè)計(jì)在瓦斯突出防逆風(fēng)裝備中有重要的作用。雙向風(fēng)速傳感器在井下的使用，為作業(yè)人員的安全多提供了一份保障。

1、傳感器原理

SDP1108-w7是Sensirion公司推出的一款新產(chǎn)品，它的正量程是0～500Pa，反向量程是-200～0Pa，輸出電壓為0.225V ～4V，零點(diǎn)漂移時(shí)+0.1Pa，年漂移量是+0.1Pa，常溫漂移極小僅為+0.1Pa，反映較快，對(duì)氣流非常敏感。它的工作原理如圖1

圖1

2、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

風(fēng)速傳感器的系統(tǒng)框圖如圖2。由圖2可知，本設(shè)計(jì)包括以下幾部分：差壓傳感器可以將感受到的風(fēng)的大小轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換為主芯片能處理的電信號(hào)；聲光報(bào)警用于滿足傳感器報(bào)警條件時(shí)報(bào)警輸出；紅外接收用于接收遙控器發(fā)來(lái)的調(diào)試信號(hào)；485總線輸出用于和采集分站通信，增強(qiáng)主機(jī)采集信號(hào)的能力；頻率輸出采用標(biāo)準(zhǔn)200～1000Hz輸出，風(fēng)速信息通過(guò)頻率信號(hào)傳送給主機(jī)；溫度補(bǔ)償采用單片機(jī)內(nèi)部溫度傳感器對(duì)風(fēng)速信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，增強(qiáng)傳感器的適應(yīng)能力；為了保證傳感器掉電重要的數(shù)據(jù)不丟失，采用單片機(jī)內(nèi)部Flash存儲(chǔ)；看門狗部分則增強(qiáng)傳感器昂干擾能力。

圖2

3、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)如圖3。由圖3可知，軟件設(shè)計(jì)部分包括參數(shù)初始化、傳感器自檢、紅外接收、調(diào)試查詢、功能鍵處理、風(fēng)速轉(zhuǎn)換及風(fēng)速風(fēng)向顯示。參數(shù)初始化包括了普通參數(shù)的設(shè)置及重要數(shù)據(jù)等分讀取保證顯示數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；傳感器自檢是為了向使用人員展現(xiàn)傳感器的功能菜單，告訴作業(yè)人員儀表是否正常工作；紅外接收用于等待接收遙控器按鍵狀態(tài)；當(dāng)接收到遙控器發(fā)來(lái)的需要調(diào)試傳感器的命令時(shí)，才可以對(duì)傳感器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改；零點(diǎn)調(diào)節(jié)、精度調(diào)節(jié)、報(bào)警點(diǎn)設(shè)置、地址設(shè)置、溫度標(biāo)調(diào)分別對(duì)應(yīng)不同的功能號(hào)，根據(jù)不同的功能號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)試操作；報(bào)警設(shè)置分為上限報(bào)警和下限報(bào)警，在上下限范圍內(nèi)，儀表正常顯示，在范圍之外則聲光報(bào)警；地址設(shè)置的目的避免總線通信沖突使用；當(dāng)溫度標(biāo)調(diào)之后，儀表自身會(huì)自適應(yīng)環(huán)境的溫度，進(jìn)一步減小環(huán)境溫度對(duì)儀表的影響；當(dāng)風(fēng)向按照儀表指示箭頭相反運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，儀表數(shù)碼會(huì)顯示“一”，表示風(fēng)向和預(yù)設(shè)的方向相反，同時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。

4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

部分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，通過(guò)各測(cè)試點(diǎn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)基本誤差能控制在+0.2m/s，說(shuō)明該傳感器有很好的溫度特性，同時(shí)具有防潮、防堵性能，很適合井下推廣使用。

儀表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表一：

參考文獻(xiàn)

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