一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置。該裝置的主體部分包括風(fēng)傳感器安裝座、定位銷、風(fēng)洞定位塊、支撐臂、橫板、主體緊固塊、橫板固定套、旋轉(zhuǎn)軸、平鍵、平面推力軸承、旋轉(zhuǎn)軸外套、減速箱連接套、軸承預(yù)緊主圈、軸承預(yù)緊副圈、減速箱、深溝軸承、蝸輪、減速箱底板、蝸桿、蝸桿封蓋、蝸桿預(yù)緊圈、聯(lián)軸器、步進(jìn)電機安裝座和步進(jìn)電機；控制部分包括裝置控制器、液晶屏、按鍵、步進(jìn)電機驅(qū)動器和風(fēng)傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置實現(xiàn)了風(fēng)傳感器風(fēng)速風(fēng)向檢驗自動化，取代了之前操作人員人工操作的方式，減輕了檢驗階段人為因素對于數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的影響，極大地提高了風(fēng)向風(fēng)速檢驗的精度。
【專利說明】—種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對氣象風(fēng)向風(fēng)速的檢驗設(shè)備，特別是涉及一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)國家氣象局要求，每年各個省局要進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)向儀的計量檢定工作?，F(xiàn)階段我國氣象行業(yè)風(fēng)向風(fēng)速傳感器為機械式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其檢驗裝置為老式人工操作設(shè)備，其缺點是檢驗精度低，自動化程度不高，操作復(fù)雜，功能單一，人為干擾影響檢驗結(jié)果，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代氣象行業(yè)檢驗要求。隨著科技的不斷發(fā)展，超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀結(jié)構(gòu)緊湊、精度高、無機械傳動件、可長時間運轉(zhuǎn)等優(yōu)勢，將作為我國新一代風(fēng)速風(fēng)向傳感器使用。隨著超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀在氣象部門的逐漸推廣，其檢驗設(shè)備與老式人工操作設(shè)備有著本質(zhì)的不同。故急需研制一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和缺陷，本發(fā)明提出了一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化
>J-U ρ?α裝直。
[0004]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:該裝置由主體部分和控制部分兩大部分構(gòu)成，主體部分包括風(fēng)傳感器固定部件、風(fēng)洞固定部件、主體部件和傳動減速部件，其中風(fēng)傳感器固定部件包括風(fēng)傳感器安裝座和定位銷；風(fēng)洞固定部件包括風(fēng)洞定位塊、支撐臂、橫板、主體緊固塊和橫板固定套；主體部件包括旋轉(zhuǎn)軸、平鍵、平面推力軸承、旋轉(zhuǎn)軸外套、減速箱連接套、軸承預(yù)緊主圈和軸承預(yù)緊副圈；傳動減速部件包括減速箱、深溝軸承、蝸輪、減速箱底板、蝸桿、蝸桿封蓋、蝸桿預(yù)緊圈、聯(lián)軸器、步進(jìn)電機安裝座和步進(jìn)電機；其中定位銷安裝在風(fēng)傳感器安裝座上部，風(fēng)傳感器安裝座通過螺紋安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸依次從下向上套入平面推力軸承和旋轉(zhuǎn)軸外套且通過橫板和減速箱連接套的中心孔進(jìn)入減速箱，減速箱連接套通過螺紋與旋轉(zhuǎn)軸外套固定，并用頂絲旋入旋轉(zhuǎn)軸外套側(cè)面小螺紋孔，防止裝置松脫；用兩個沉頭螺栓分別穿過兩個橫板固定套將橫板通過減速箱連接套與減速箱螺紋連接；渦輪位于兩個深溝軸承中間，依次由下向上套入旋轉(zhuǎn)軸，利用平鍵將蝸輪固定在旋轉(zhuǎn)軸上，用于傳遞扭矩；減速箱底板通過螺栓固定在減速箱底部；軸承預(yù)緊主圈和軸承預(yù)緊副圈旋入旋轉(zhuǎn)軸底部螺紋固定；減速箱側(cè)面孔放入蝸桿，用蝸桿封蓋通過螺栓固定；在蝸桿螺紋部位安裝兩個蝸桿預(yù)緊圈，用于調(diào)節(jié)蝸桿旋轉(zhuǎn)松緊；步進(jìn)電機安裝座通過螺栓固定在減速箱側(cè)面，用于固定步進(jìn)電機，步進(jìn)電機通過聯(lián)軸器與蝸桿連接，用于傳動；兩個主體緊固塊通過螺栓穿過橫板與兩個支撐臂底部連接緊固；兩個風(fēng)洞定位塊通過風(fēng)洞安裝孔用螺栓與支撐臂頂部連接緊固。
[0005]本發(fā)明所述的控制部分包括裝置控制器、液晶屏、按鍵、步進(jìn)電機驅(qū)動器、風(fēng)傳感器，所述的裝置控制器包括主控制芯片、晶振電路、仿真電路、隔離電路、電源電路以及串口通訊電路，其中:晶振電路、仿真電路和電源電路分別與主控制芯片連接，主控制芯片通過液晶屏接口與液晶屏連接；主控制芯片通過按鍵控制接口與按鍵連接，主控制芯片與隔離電路連接后通過步進(jìn)電機接口與步進(jìn)電機驅(qū)動器連接，步進(jìn)電機驅(qū)動器與步進(jìn)電機連接；主控制芯片通過串口通訊電路中的三個串口分別與風(fēng)傳感器、風(fēng)洞及打印機/ PC機連接。
[0006]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:實現(xiàn)了風(fēng)傳感器風(fēng)速風(fēng)向檢驗自動化，取代了之前操作人員人工操作的方式，減輕了檢驗階段人為因素對于數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的影響，極大地提高了風(fēng)向風(fēng)速檢驗的精度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置即可以滿足超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀檢驗要求，還能滿足機械式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的檢驗要求。
[0007]本裝置采用的風(fēng)傳感器風(fēng)向角度精度為0.1°，采用180:1的精密蝸輪、蝸桿，具有體積小、重量輕、其傳動比大、精度高、運行平穩(wěn)無沖擊等特點，能夠滿足旋轉(zhuǎn)精度高于被驗風(fēng)傳感器風(fēng)向精度的檢驗要求。該裝置在運轉(zhuǎn)時要求速度低，驅(qū)動原件承載質(zhì)量輕，步進(jìn)電機作為執(zhí)行部件，其控制性能優(yōu)良，步距值不受外界電磁影響，中低輸出扭矩大，性價比高，通過驅(qū)動器，足可以滿足該檢驗裝置日常使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本裝置主體部分結(jié)構(gòu)立體圖；
圖2是圖1的剖面圖；
圖3是圖1的分解圖；
圖4是本裝置控制部分連接原理框圖；
圖5是圖4中裝置控制器連接原理框圖；
圖6是圖4中步進(jìn)電機驅(qū)動器電路的原理圖；
圖7是圖5中主控制芯片的原理圖；
圖8是圖5中晶振電路的原理圖；
圖9是圖5中仿真電路的原理圖；
圖10是圖5中電源電路的原理圖；
圖11是圖5中隔離電路的原理圖；
圖12是圖5中串口通訊電路的原理圖；
圖13是圖5中液晶屏接口電路的原理圖；
圖14是圖5中按鍵接口電路的原理圖；
圖15是圖5中步進(jìn)電機接口電路的原理圖；
圖16是本裝置的主控程序流程圖；
圖17是圖16中步進(jìn)電機脈沖驅(qū)動子程序流程圖。

【具體實施方式】
[0009]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
如圖1、圖2和圖3所示，該裝置由主體部分和控制部分兩大部分構(gòu)成，主體部分包括風(fēng)傳感器固定部件、風(fēng)洞固定部件、主體部件和傳動減速部件，其中風(fēng)傳感器固定部件包括風(fēng)傳感器安裝座I和定位銷2 ;風(fēng)洞固定部件包括風(fēng)洞定位塊7、支撐臂8、橫板9、主體緊固塊10和橫板固定套11 ;主體部件包括旋轉(zhuǎn)軸3、平鍵4、平面推力軸承5、旋轉(zhuǎn)軸外套6、減速箱連接套12、軸承預(yù)緊主圈23和軸承預(yù)緊副圈24 ;傳動減速部件包括減速箱13、深溝軸承20、蝸輪21、減速箱底板22、蝸桿14、蝸桿封蓋15、蝸桿預(yù)緊圈16、聯(lián)軸器17、步進(jìn)電機安裝座18和步進(jìn)電機19 ;其中定位銷2安裝在風(fēng)傳感器安裝座I上部，風(fēng)傳感器安裝座I通過螺紋安裝在旋轉(zhuǎn)軸3上，旋轉(zhuǎn)軸3依次從下向上套入平面推力軸承5和旋轉(zhuǎn)軸外套6且通過橫板9和減速箱連接套12的中心孔進(jìn)入減速箱13，減速箱連接套12通過螺紋與旋轉(zhuǎn)軸外套6固定，并用頂絲旋入旋轉(zhuǎn)軸外套6側(cè)面小螺紋孔，防止裝置松脫；用兩個沉頭螺栓分別穿過兩個橫板固定套11將橫板9通過減速箱連接套12與減速箱13螺紋連接；渦輪21位于兩個深溝軸承20中間，依次由下向上套入旋轉(zhuǎn)軸3，利用平鍵4將蝸輪21固定在旋轉(zhuǎn)軸3上，用于傳遞扭矩；減速箱底板22通過螺栓固定在減速箱13底部；軸承預(yù)緊主圈23和軸承預(yù)緊副圈24旋入旋轉(zhuǎn)軸3底部螺紋固定；減速箱13側(cè)面孔放入蝸桿14，用蝸桿封蓋15通過螺栓固定；在蝸桿14螺紋部位安裝兩個蝸桿預(yù)緊圈16，用于調(diào)節(jié)蝸桿14旋轉(zhuǎn)松緊；步進(jìn)電機安裝座18通過螺栓固定在減速箱13側(cè)面，用于固定步進(jìn)電機19，步進(jìn)電機19通過聯(lián)軸器17與蝸桿14連接，用于傳動；兩個主體緊固塊10通過螺栓穿過橫板9與兩個支撐臂8底部連接緊固；兩個風(fēng)洞定位塊7通過風(fēng)洞安裝孔用螺栓與支撐臂8頂部連接緊固。
[0010]本發(fā)明的裝置主體部分為中空旋轉(zhuǎn)軸主體下沉式結(jié)構(gòu)，由于風(fēng)傳感器數(shù)據(jù)線位于底部，中空設(shè)計的旋轉(zhuǎn)軸便于風(fēng)傳感器的接線。裝置主體通過風(fēng)洞固定裝置安裝后均位于風(fēng)洞測量位置外部，從而減少不了不必要的檢驗干擾。旋轉(zhuǎn)軸采用兩個深溝軸承、一個平面推力軸承的運動機構(gòu)，通過步進(jìn)電機、聯(lián)軸器、蝸桿、蝸輪傳輸動力給旋轉(zhuǎn)軸，從而帶動風(fēng)傳感器安裝座使風(fēng)傳感器旋轉(zhuǎn)。為保持裝置長期的穩(wěn)定性，蝸輪蝸桿部件間隙、軸向跳動均設(shè)有可調(diào)裝置。風(fēng)傳感器安裝座根據(jù)被檢驗的風(fēng)傳感器安裝尺寸要求進(jìn)行設(shè)計，風(fēng)傳感器指北側(cè)(即風(fēng)向零點)設(shè)置安裝有定位銷，被測的風(fēng)傳感器在連接好數(shù)據(jù)線后與風(fēng)傳感器安裝座通過螺栓緊固連接。
[0011]風(fēng)洞固定部件按照氣象設(shè)備檢驗標(biāo)準(zhǔn)要求，被檢驗設(shè)備測量端應(yīng)置于風(fēng)洞中心位置，由于超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀比機械式高度有所增加，結(jié)合現(xiàn)有氣象風(fēng)洞結(jié)構(gòu)特點，風(fēng)洞的固定部件采用下沉式設(shè)計，可使檢驗裝置不必安裝在風(fēng)洞內(nèi)部，有效減小了檢驗誤差，提高了檢驗的準(zhǔn)確性。
[0012]如圖4和圖5所示，本發(fā)明的控制部分包括裝置控制器、液晶屏、按鍵、步進(jìn)電機驅(qū)動器、風(fēng)傳感器，所述的裝置控制器包括主控制芯片、晶振電路、仿真電路、隔離電路、電源電路以及串口通訊電路，其中:晶振電路、仿真電路和電源電路分別與主控制芯片連接，主控制芯片通過液晶屏接口與液晶屏連接；主控制芯片通過按鍵控制接口與按鍵連接，主控制芯片與隔離電路連接后通過步進(jìn)電機接口與步進(jìn)電機驅(qū)動器連接，步進(jìn)電機驅(qū)動器與步進(jìn)電機連接；主控制芯片通過串口通訊電路中的三個串口分別與風(fēng)傳感器、風(fēng)洞及打印機/ PC機連接。
[0013]如圖6所示，本發(fā)明的步進(jìn)電機驅(qū)動器電路采用兩個集成芯片，分別為L297集成芯片U2和L298N集成芯片U3，L297集成芯片U2的3腳和4腳通過連接電容C150后接地，同時與電阻R80的一端連接后接+5V電源，L297集成芯片U2的6腳與電阻R80的另一端連接，同時通過連接電阻R90后接地，L297集成芯片U2的5腳連接電阻R70的一端及電容C140的一端，電阻R70的另一端接到接插件K6的I腳，電容C140的另一端與接插件K6的2腳連接后接地，接插件K6的3腳接+5V電源，L297集成芯片U2的7腳接+5V電源，L297集成芯片U2的10腳、11腳分別與L298N集成芯片U3的8腳、7腳連接，并分別通過連接電阻R50、電阻R40后同時接地，L297集成芯片U2的17腳、16腳、15腳、14腳、13腳、12腳分別與L298N集成芯片U3的I腳、2腳、3腳、4腳、5腳、6腳連接，L297集成芯片U2的18腳與電阻RlOO的一端、電容C170的一端及L298N集成芯片U3的15腳連接后接+5V電源，電容C170的另一端接地，電阻RlOO的另一端連接L297集成芯片U2的19腳及電容C160的一端，電容C160的另一端與L297集成芯片U2的20腳連接后接地，L298N集成芯片U3的14腳接地，L298N集成芯片U3的13腳連接電容C180的一端、電容C190的一端、二極管Dl的負(fù)極、二極管D2的負(fù)極、二極管D3的負(fù)極及二極管D4的負(fù)極后接+5V電源，電容C180的另一端和電容C190的另一端連接后接地，二極管Dl的正極、二極管D2的正極、二極管D3的正極、二極管D4的正極分別連接二極管D5的負(fù)極、二極管D6的負(fù)極、二極管D7的負(fù)極、二極管D8的負(fù)極，二極管D5的正極、二極管D6的正極、二極管D7的正極及二極管D8的正極連接后同時接地。
[0014]如圖7所示，主控芯片采用具有ARM處理器的STM32F103RCT6芯片且安裝有應(yīng)用程序，STM32F103RCT6芯片的13腳連接電容C8后，又與STM32F103RCT6芯片的12腳連接，連接后接地，STM32F103RCT6芯片的19腳連接電容C14后，又與STM32F103RCT6芯片的18腳連接，連接后接地，STM32F103RCT6芯片的28腳連接電阻R16后接地，STM32F103RCT6芯片的32腳通過電阻R8連接到STM32F103RCT6芯片的7腳，同時又通過電容C6與STM32F103RCT6芯片的31腳連接，連接后接地，STM32F103RCT6芯片的48腳連接電容C4，同時與STM32F103RCT6芯片的47腳連接后接地，STM32F103RCT6芯片的60腳通過電阻Rl接地，STM32F103RCT6芯片的64腳連接電容C2，同時與STM32F103RCT6芯片的63腳連接后接地。
[0015]如圖7和圖8所示，裝置控制器的晶振電路采用光電耦合器一個晶振Y1，晶振Yl的I腳、2腳分別連接電容C5、電容Cl，連接后同時接地，同時晶振Yl的I腳又連接電阻R2的一端后接到STM32F103RCT6芯片的6腳，晶振Yl的2腳連接電阻R2的另一端后接到STM32F103RCT6 芯片的 5 腳。
[0016]如圖7和圖9所示，裝置控制器的仿真電路包括一個接插件P3，接插件P3的I腳接地，接插件P3的3腳、4腳分別接到STM32F103RCT6芯片的49腳、46腳，接插件P3的5腳通過連接電阻R14接到STM32F103RCT6芯片的7腳，接插件P3的6腳通過連接電阻R15接到STM32F103RCT6芯片的VCC端。
[0017]如圖7和圖10所示，裝置控制器的電源電路采用一個LM2576穩(wěn)壓器U7和一個LT1117穩(wěn)壓器U9，LM2576穩(wěn)壓器U7的I腳連接二極管D15的負(fù)極和電解電容C23的正極，二極管D15的正極通過自恢復(fù)保險絲Fl連接20V電源，電解電容C23的負(fù)極與LM2576穩(wěn)壓器U7的3腳、5腳、二極管D16的正極及電解電容C24的負(fù)極連接后同時接地，LM2576穩(wěn)壓器U7的2腳連接電解電容C16的負(fù)極，又通過電感L2連接電解電容C24的正極及LM2576穩(wěn)壓器U7的4腳，同時又連接電解電容C25的正極及LTl117穩(wěn)壓器U9的3腳，LTl117穩(wěn)壓器U9的2腳和4腳連接后接電解電容C26的正極、電解電容C18的正極及電感LI的一端，并一起接VCC端，電感的另一端接電阻R19的一端及STM32F103RCT6芯片的13腳，電阻R19的另一端通過電容C17與電解電容C18的負(fù)極連接，連接后接地，同時電解電容C26的負(fù)極、LT1117穩(wěn)壓器U9的I腳以及電解電容C25的負(fù)極均分別接地。
[0018]如圖7和圖11所示，裝置控制器的隔離電路采用一個TLP521-4光電耦合器U20，光電耦合器U20的I腳、3腳、5腳、7腳、10腳、12腳、14腳、16腳分別通過電阻R21、電阻R21、電阻R26、電阻R30、電阻R32、電阻R33、電阻R31、電阻R27連接，連接后接VCC端，同時光電耦合器U20的10腳、12腳、14腳、16腳又分別接到電機驅(qū)動器電路中L297集成芯片U2的9腳、8腳、2腳及I腳，光電耦合器U20的2腳、4腳、6腳、8腳分別接到STM32F103RCT6芯片的62腳、61腳、59腳及58腳，光電耦合器U20的9腳、11腳、13腳及15腳連接后接地。
[0019]如圖7和圖12所示，裝置控制器的串口通訊電路采用兩個SP3232EEEA芯片，分別為SP3232EEEA芯片U4和SP3232EEEA芯片U40，SP3232EEEA芯片U4的I腳和3腳連接電容C12，4腳和5腳連接電容C11，2腳和6腳分別通過電容C10、電容C13連接，連接后接地，7腳和8腳連接第一串口 P9的I腳和2腳，第一串口 P9的3腳接地，SP3232EEEA芯片U4的9腳、10腳、11腳、12腳分別接STM32F103RCT6芯片的43腳、42腳、16腳、17腳，SP3232EEEA芯片U4的13腳、14腳分別接第二串口 P8的I腳、2腳，第二串口 P8的3腳接地，SP3232EEEA芯片U4的15腳連接電容C9的一端后接地，SP3232EEEA芯片U4的16腳連接電容C9的另一端后接VCC端；SP3232EEEA芯片U40的I腳和3腳連接電容C120，4腳和5腳連接電容C110，2腳和6腳分別通過電容C100、電容C130連接，連接后接地，7腳和8腳連接第三串口 P7的I腳和2腳，第三串口 P7的3腳接地，SP3232EEEA芯片U40的9腳、10腳分別接STM32F103RCT6芯片的30腳、29腳，SP3232EEEA芯片U40的15腳連接電容C90的一端后接地，SP3232EEEA芯片U40的16腳連接電容C90的另一端后接VCC端。
[0020]如圖7和圖13所示，液晶屏接口電路采用一個液晶屏接口 P15，液晶屏接口 P15的I腳接地，2腳和3腳連接后接VCC端，4腳至24腳分別接到STM32F103RCT6芯片的23腳、22腳、21腳、20腳、41腳、8腳、9腳、10腳、11腳、24腳、25腳、37腳、38腳、39腳、40腳、51腳、52腳、53腳、2腳、3腳、4腳。
[0021]如圖7和圖14所示，按鍵接口電路采用一個按鍵接口 P10，按鍵接口 PlO的I腳、2腳、3腳、4加、5腳分別連接電阻R5、電阻R6、電阻R12、電阻R13、電阻R17后一起接VCC端，同時又分別連接到STM32F103RCT6芯片的36腳、35腳、34腳、33腳、14腳。
[0022]如圖6和圖15所示，步進(jìn)電機接口電路采用一個步進(jìn)電機接口 P11，步進(jìn)電機接口Pll的I腳接5V電源，2腳、3腳、4腳、5腳分別接到步進(jìn)電機驅(qū)動器電路中L297集成芯片U2的I腳、2腳、8腳、9腳。
[0023]如圖16所示，該裝置的應(yīng)用程序包括主控程序和步進(jìn)電機脈沖驅(qū)動子程序，主控程序有以下步驟:初始化后，控制部分連接裝置控制器，若連接成功，裝置主體部件復(fù)位，對風(fēng)向或風(fēng)速檢驗進(jìn)行選擇，如果選擇風(fēng)向檢驗，將不同的風(fēng)速值送入風(fēng)洞，將需要檢驗的角度值對應(yīng)的脈沖送入步進(jìn)電機驅(qū)動器且調(diào)用步進(jìn)電機脈沖驅(qū)動子程序，然后讀取風(fēng)傳感器數(shù)據(jù)，若讀取數(shù)據(jù)成功，則計算角度值與風(fēng)傳感器旋轉(zhuǎn)角度偏差，然后將偏差值顯示于液晶屏，數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，若選擇打印，即打印檢測報告；若選擇風(fēng)速檢驗，將需檢驗的風(fēng)速值送入風(fēng)洞，計算風(fēng)速值與風(fēng)傳感器測量風(fēng)速值偏差，然后將偏差值顯示于液晶屏，數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，若選擇打印，即打印檢測報告；
如圖17所示，步進(jìn)電機脈沖驅(qū)動子程序有如下步驟:首先判斷方向輸入是否為正轉(zhuǎn)，若為正轉(zhuǎn)，設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的脈沖電機正轉(zhuǎn)；否則設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的脈沖電機反轉(zhuǎn)，若結(jié)束，則返回到主控程序。
[0024]本發(fā)明的裝置控制器作為檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置的控制核心，其功能可控制裝置主體部件自動化運轉(zhuǎn)及數(shù)據(jù)傳輸處理等工作。裝置控制器通過串口 I (P9)、串口 2(P8)與風(fēng)洞和風(fēng)傳感器通訊，用于控制風(fēng)洞和風(fēng)傳感器及采集所需的數(shù)據(jù)信息，通過串口 3(P7)可將檢驗數(shù)據(jù)傳至打印機、PC機等外部設(shè)備，便于今后的管理與檢驗。裝置控制器通過按鍵接口(P10)、液晶屏接口(P15)與按鍵和液晶屏相連，按鍵用來輸入風(fēng)洞風(fēng)速數(shù)值和需要的旋轉(zhuǎn)角度以及對裝置控制器控制命令的輸入。液晶屏可顯示當(dāng)前風(fēng)速值、旋轉(zhuǎn)角度值、風(fēng)傳感器即時風(fēng)速、風(fēng)傳感器即時風(fēng)向值和裝置工作狀態(tài)等，從而構(gòu)造一個友好的人機交互界面。裝置控制器通過步進(jìn)電機接口(Pll)連接步進(jìn)電機驅(qū)動器，控制驅(qū)動位于主體部件的步進(jìn)電機。
[0025]本發(fā)明的設(shè)計原理:首先操作人員將該裝置主體安裝在XXXX風(fēng)洞相應(yīng)位置，檢驗開始時，將風(fēng)傳感器數(shù)據(jù)線接好后由人工放置在風(fēng)傳感器安裝座上，利用定位銷將探頭指北方向正對于風(fēng)洞進(jìn)風(fēng)位置。當(dāng)需要檢驗時，由操作人員選擇指定的旋轉(zhuǎn)角度及其方向，通過裝置控制器控制步進(jìn)電機驅(qū)動器發(fā)出相應(yīng)的脈沖，驅(qū)動步進(jìn)電機旋轉(zhuǎn)，為傳動減速部件提供動力帶動旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，置于旋轉(zhuǎn)軸上的傳感器依照操作人員的指令進(jìn)行徑向轉(zhuǎn)動，此時風(fēng)傳感器探頭測量方向與風(fēng)洞進(jìn)風(fēng)方向成一定的角度。通過裝置控制器運算處理比較步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動角度值與風(fēng)傳感器自身檢測的數(shù)據(jù)角度的差值，并將處理結(jié)果顯示在液晶屏上。在需要檢驗風(fēng)傳感器風(fēng)速值時，需要操作人員使用裝置控制器通過串口 2改變風(fēng)洞相關(guān)風(fēng)速參數(shù)，通過裝置控制器運算處理將風(fēng)傳感器自身檢測的風(fēng)速數(shù)據(jù)與風(fēng)洞風(fēng)速數(shù)據(jù)運算比較，并將處理結(jié)果顯示在液晶屏上。從而實現(xiàn)風(fēng)傳感器自動檢驗風(fēng)速風(fēng)向的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:該裝置由主體部分和控制部分兩大部分構(gòu)成,主體部分包括風(fēng)傳感器固定部件、風(fēng)洞固定部件、主體部件和傳動減速部件，其中風(fēng)傳感器固定部件包括風(fēng)傳感器安裝座(I)和定位銷(2);風(fēng)洞固定部件包括風(fēng)洞定位塊(7)、支撐臂(8)、橫板(9)、主體緊固塊(10)和橫板固定套(11);主體部件包括旋轉(zhuǎn)軸(3)、平鍵(4)、平面推力軸承(5)、旋轉(zhuǎn)軸外套￠)、減速箱連接套(12)、軸承預(yù)緊主圈(23)和軸承預(yù)緊副圈(24);傳動減速部件包括減速箱(13)、深溝軸承(20)、蝸輪(21)、減速箱底板(22)、蝸桿(14)、蝸桿封蓋(15)、蝸桿預(yù)緊圈(16)、聯(lián)軸器(17)、步進(jìn)電機安裝座(18)和步進(jìn)電機(19);其中定位銷(2)安裝在風(fēng)傳感器安裝座(I)上部，風(fēng)傳感器安裝座(I)通過螺紋安裝在旋轉(zhuǎn)軸(3)上，旋轉(zhuǎn)軸(3)依次從下向上套入平面推力軸承(5)和旋轉(zhuǎn)軸外套(6)且通過橫板(9)和減速箱連接套(12)的中心孔進(jìn)入減速箱(13)，減速箱連接套(12)通過螺紋與旋轉(zhuǎn)軸外套(6)固定，并用頂絲旋入旋轉(zhuǎn)軸外套(6)側(cè)面小螺紋孔，防止裝置松脫；用兩個沉頭螺栓分別穿過兩個橫板固定套(11)將橫板(9)通過減速箱連接套(12)與減速箱(13)螺紋連接；渦輪(21)位于兩個深溝軸承(20)中間，依次由下向上套入旋轉(zhuǎn)軸(3)，利用平鍵(4)將蝸輪(21)固定在旋轉(zhuǎn)軸(3)上，用于傳遞扭矩；減速箱底板(22)通過螺栓固定在減速箱(13)底部；軸承預(yù)緊主圈(23)和軸承預(yù)緊副圈(24)旋入旋轉(zhuǎn)軸(3)底部螺紋固定；減速箱(13)側(cè)面孔放入蝸桿(14)，用蝸桿封蓋(15)通過螺栓固定；在蝸桿(14)螺紋部位安裝兩個蝸桿預(yù)緊圈(16)，用于調(diào)節(jié)蝸桿(14)旋轉(zhuǎn)松緊；步進(jìn)電機安裝座(18)通過螺栓固定在減速箱(13)側(cè)面，用于固定步進(jìn)電機(19)，步進(jìn)電機(19)通過聯(lián)軸器(17)與蝸桿(14)連接，用于傳動；兩個主體緊固塊(10)通過螺栓穿過橫板(9)與兩個支撐臂(8)底部連接緊固；兩個風(fēng)洞定位塊(7)通過風(fēng)洞安裝孔用螺栓與支撐臂(8)頂部連接緊固。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:所述的控制部分包括裝置控制器、液晶屏、按鍵、步進(jìn)電機驅(qū)動器、風(fēng)傳感器，所述的裝置控制器包括主控制芯片、晶振電路、仿真電路、隔尚電路、電源電路以及串口通訊電路，其中:晶振電路、仿真電路和電源電路分別與主控制芯片連接，主控制芯片通過液晶屏接口與液晶屏連接；主控制芯片通過按鍵控制接口與按鍵連接，主控制芯片與隔離電路連接后通過步進(jìn)電機接口與步進(jìn)電機驅(qū)動器連接，步進(jìn)電機驅(qū)動器與步進(jìn)電機連接；主控制芯片通過串口通訊電路中的三個串口分別與風(fēng)傳感器、風(fēng)洞及打印機/ PC機連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:步進(jìn)電機驅(qū)動器電路采用兩個集成芯片，分別為L297集成芯片U2和L298N集成芯片U3，L297集成芯片U2的3腳和4腳通過連接電容C150后接地，同時與電阻R80的一端連接后接+5V電源，L297集成芯片U2的6腳與電阻R80的另一端連接，同時通過連接電阻R90后接地，L297集成芯片U2的5腳連接電阻R70的一端及電容C140的一端，電阻R70的另一端接到接插件K6的I腳，電容C140的另一端與接插件K6的2腳連接后接地，接插件K6的3腳接+5V電源，L297集成芯片U2的7腳接+5V電源，L297集成芯片U2的10腳、11腳分別與L298N集成芯片U3的8腳、7腳連接，并分別通過連接電阻R50、電阻R40后同時接地，L297集成芯片U2的17腳、16腳、15腳、14腳、13腳、12腳分別與L298N集成芯片U3的I腳、2腳、3腳、4腳、5腳、6腳連接，L297集成芯片U2的18腳與電阻RlOO的一端、電容C170的一端及L298N集成芯片U3的15腳連接后接+5V電源，電容C170的另一端接地，電阻RlOO的另一端連接L297集成芯片U2的19腳及電容C160的一端，電容C160的另一端與L297集成芯片U2的20腳連接后接地，L298N集成芯片U3的14腳接地，L298N集成芯片U3的13腳連接電容C180的一端、電容C190的一端、二極管Dl的負(fù)極、二極管D2的負(fù)極、二極管D3的負(fù)極及二極管D4的負(fù)極后接+5V電源，電容C180的另一端和電容C190的另一端連接后接地，二極管Dl的正極、二極管D2的正極、二極管D3的正極、二極管D4的正極分別連接二極管D5的負(fù)極、二極管D6的負(fù)極、二極管D7的負(fù)極、二極管D8的負(fù)極，二極管D5的正極、二極管D6的正極、二極管D7的正極及二極管D8的正極連接后同時接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:主控芯片采用具有ARM處理器的STM32F103RCT6芯片且安裝有應(yīng)用程序，STM32F103RCT6芯片的13腳連接電容C8后，又與STM32F103RCT6芯片的12腳連接，連接后接地，STM32F103RCT6芯片的19腳連接電容C14后，又與STM32F103RCT6芯片的18腳連接，連接后接地，STM32F103RCT6芯片的28腳連接電阻R16后接地，STM32F103RCT6芯片的32腳通過電阻R8連接到STM32F103RCT6芯片的7腳，同時又通過電容C6與STM32F103RCT6芯片的31腳連接，連接后接地，STM32F103RCT6芯片的48腳連接電容C4，同時與STM32F103RCT6芯片的47腳連接后接地，STM32F103RCT6芯片的60腳通過電阻Rl接地，STM32F103RCT6芯片的64腳連接電容C2，同時與STM32F103RCT6芯片的63腳連接后接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:裝置控制器的晶振電路采用光電耦合器一個晶振Y1，晶振Yl的I腳、2腳分別連接電容C5、電容Cl，連接后同時接地，同時晶振Yl的I腳又連接電阻R2的一端后接到STM32F103RCT6芯片的6腳，晶振Yl的2腳連接電阻R2的另一端后接到STM32F103RCT6芯片的5腳； 裝置控制器的仿真電路包括一個接插件P3，接插件P3的I腳接地，接插件P3的3腳、4腳分別接到STM32F103RCT6芯片的49腳、46腳，接插件P3的5腳通過連接電阻R14接到STM32F103RCT6芯片的7腳，接插件P3的6腳通過連接電阻R15接到STM32F103RCT6芯片的VCC端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:裝置控制器的電源電路采用一個LM2576穩(wěn)壓器U7和一個LTl 117穩(wěn)壓器U9，LM2576穩(wěn)壓器U7的I腳連接二極管D15的負(fù)極和電解電容C23的正極，二極管D15的正極通過自恢復(fù)保險絲Fl連接20V電源，電解電容C23的負(fù)極與LM2576穩(wěn)壓器U7的3腳、5腳、二極管D16的正極及電解電容C24的負(fù)極連接后同時接地，LM2576穩(wěn)壓器U7的2腳連接電解電容C16的負(fù)極，又通過電感L2連接電解電容C24的正極及LM2576穩(wěn)壓器U7的4腳，同時又連接電解電容C25的正極及LTl117穩(wěn)壓器U9的3腳，LTl117穩(wěn)壓器U9的2腳和4腳連接后接電解電容C26的正極、電解電容C18的正極及電感LI的一端，并一起接VCC端，電感的另一端接電阻R19的一端及STM32F103RCT6芯片的13腳，電阻R19的另一端通過電容C17與電解電容C18的負(fù)極連接，連接后接地，同時電解電容C26的負(fù)極、LT1117穩(wěn)壓器U9的I腳以及電解電容C25的負(fù)極均分別接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:裝置控制器的隔離電路采用一個TLP521-4光電耦合器U20，光電耦合器U20的I腳、3腳、5腳、7腳、10腳、12腳、14腳、16腳分別通過電阻R21、電阻R21、電阻R26、電阻R30、電阻R32、電阻R33、電阻R31、電阻R27連接，連接后接VCC端，同時光電耦合器U20的10腳、12腳、14腳、16腳又分別接到電機驅(qū)動器電路中L297集成芯片U2的9腳、8腳、2腳及I腳，光電耦合器U20的2腳、4腳、6腳、8腳分別接到STM32F103RCT6芯片的62腳、61腳、59腳及58腳，光電耦合器U20的9腳、11腳、13腳及15腳連接后接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:裝置控制器的串口通訊電路采用兩個SP3232EEEA芯片，分別為SP3232EEEA芯片U4和SP3232EEEA芯片U40, SP3232EEEA芯片U4的I腳和3腳連接電容C12，4腳和5腳連接電容Cll，2腳和6腳分別通過電容C1、電容C13連接，連接后接地，7腳和8腳連接第一串口 P9的I腳和2腳，第一串口 P9的3腳接地，SP3232EEEA芯片U4的9腳、10腳、11腳、12腳分別接STM32F103RCT6芯片的43腳、42腳、16腳、17腳，SP3232EEEA芯片U4的13腳、14腳分別接第二串口 P8的I腳、2腳，第二串口 P8的3腳接地，SP3232EEEA芯片U4的15腳連接電容C9的一端后接地，SP3232EEEA芯片U4的16腳連接電容C9的另一端后接VCC端； SP3232EEEA芯片U40的I腳和3腳連接電容C120，4腳和5腳連接電容Cl 10，2腳和6腳分別通過電容C100、電容C130連接，連接后接地，7腳和8腳連接第三串口 P7的I腳和2腳，第三串口 P7的3腳接地，SP3232EEEA芯片U40的9腳、10腳分別接STM32F103RCT6芯片的30腳、29腳，SP3232EEEA芯片U40的15腳連接電容C90的一端后接地，SP3232EEEA芯片U40的16腳連接電容C90的另一端后接VCC端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:液晶屏接口電路采用一個液晶屏接口 P15，液晶屏接口 P15的I腳接地，2腳和3腳連接后接VCC端，4腳至24腳分別接到STM32F103RCT6芯片的23腳、22腳、21腳、20腳、41腳、8腳、9腳、10腳、11腳、24腳、25腳、37腳、38腳、39腳、40腳、51腳、52腳、53腳、2腳、3腳、4腳； 按鍵接口電路采用一個按鍵接口 P10，按鍵接口 PlO的I腳、2腳、3腳、4加、5腳分別連接電阻R5、電阻R6、電阻R12、電阻R13、電阻R17后一起接VCC端，同時又分別連接到STM32F103RCT6 芯片的 36 腳、35 腳、34 腳、33 腳、14 腳； 步進(jìn)電機接口電路采用一個步進(jìn)電機接口 PlI，步進(jìn)電機接口 Pll的I腳接5V電源，2腳、3腳、4腳、5腳分別接到步進(jìn)電機驅(qū)動器電路中L297集成芯片U2的I腳、2腳、8腳、9腳。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于檢驗風(fēng)傳感器的自動化裝置，其特征在于:該裝置的應(yīng)用程序包括主控程序和步進(jìn)電機脈沖驅(qū)動子程序，主控程序有以下步驟:初始化后，控制部件連接裝置控制器，若連接成功，裝置主體部件復(fù)位，對風(fēng)向或風(fēng)速檢驗進(jìn)行選擇，如果選擇風(fēng)向檢驗，將不同的風(fēng)速值送入風(fēng)洞，將需要檢驗的角度值對應(yīng)的脈沖送入步進(jìn)電機驅(qū)動器且調(diào)用步進(jìn)電機脈沖驅(qū)動子程序，然后讀取風(fēng)傳感器數(shù)據(jù)，若讀取數(shù)據(jù)成功，則計算角度值與風(fēng)傳感器旋轉(zhuǎn)角度偏差，然后將偏差值顯示于液晶屏，數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，若選擇打印，即打印檢測報告；若選擇風(fēng)速檢驗，將需檢驗的風(fēng)速值送入風(fēng)洞，計算風(fēng)速值與風(fēng)傳感器測量風(fēng)速值偏差，然后將偏差值顯示于液晶屏，數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，若選擇打印，即打印檢測報告； 步進(jìn)電機脈沖驅(qū)動子程序有如下步驟:首先判斷方向輸入是否為正轉(zhuǎn)，若為正轉(zhuǎn)，設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的脈沖電機正轉(zhuǎn)；否則設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的脈沖電機反轉(zhuǎn)，若結(jié)束，則返回到主控程序。
【文檔編號】G01P21/02GK104330591SQ201410678722
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】李銅, 劉素清, 王龍, 董猛 申請人:中環(huán)天儀（天津）氣象儀器有限公司