基于差压原理双向风速智能传感器的设计

王亮 董彦芬

【摘要】本文设计了一款基于热差压原理双向风速智能传感器。该传感器不仅具有风速测量的功能，同时还具有风向识别的功能，识别精度可达0.1m/s，可以在风向发生突变的时候进行声光报警，将和风有关的参数传到地面监控室，便于工作人员实时了解井下风流的状态，量程在0～15m/s，适用范围非常广泛。

【关键字】差压；双向；智能；风速

井下常见的灾害是瓦斯灾害，瓦斯灾害发生的时候会对井下环境产生诸多影响，其中使得风向逆转就是一种表现。为了遏制瓦斯突出的能量，已经有许多科研单位研制出防逆风装置。防逆风装置的一个重要前提是要能识别出风向，所以本设计在瓦斯突出防逆风装备中有重要的作用。双向风速传感器在井下的使用，为作业人员的安全多提供了一份保障。

1、传感器原理

SDP1108-w7是Sensirion公司推出的一款新产品，它的正量程是0～500Pa，反向量程是-200～0Pa，输出电压为0.225V ～4V，零点漂移时+0.1Pa，年漂移量是+0.1Pa，常温漂移极小仅为+0.1Pa，反映较快，对气流非常敏感。它的工作原理如图1

图1

2、系统总体设计

风速传感器的系统框图如图2。由图2可知，本设计包括以下几部分：差压传感器可以将感受到的风的大小转换为电信号；电信号经过信号处理电路转换为主芯片能处理的电信号；声光报警用于满足传感器报警条件时报警输出；红外接收用于接收遥控器发来的调试信号；485总线输出用于和采集分站通信，增强主机采集信号的能力；频率输出采用标准200～1000Hz输出，风速信息通过频率信号传送给主机；温度补偿采用单片机内部温度传感器对风速信号进行补偿，增强传感器的适应能力；为了保证传感器掉电重要的数据不丢失，采用单片机内部Flash存储；看门狗部分则增强传感器昂干扰能力。

图2

3、系统程序设计

软件设计如图3。由图3可知，软件设计部分包括参数初始化、传感器自检、红外接收、调试查询、功能键处理、风速转换及风速风向显示。参数初始化包括了普通参数的设置及重要数据等分读取保证显示数据的准确性；传感器自检是为了向使用人员展现传感器的功能菜单，告诉作业人员仪表是否正常工作；红外接收用于等待接收遥控器按键状态；当接收到遥控器发来的需要调试传感器的命令时，才可以对传感器相关参数进行修改；零点调节、精度调节、报警点设置、地址设置、温度标调分别对应不同的功能号，根据不同的功能号进行对应的调试操作；报警设置分为上限报警和下限报警，在上下限范围内，仪表正常显示，在范围之外则声光报警；地址设置的目的避免总线通信冲突使用；当温度标调之后，仪表自身会自适应环境的温度，进一步减小环境温度对仪表的影响；当风向按照仪表指示箭頭相反运动的时候，仪表数码会显示“一”，表示风向和预设的方向相反，同时进行声光报警。

4、实验数据

部分试验结果见表1，通过各测试点试验，发现基本误差能控制在+0.2m/s，说明该传感器有很好的温度特性，同时具有防潮、防堵性能，很适合井下推广使用。

仪表的实验数据如表一：

参考文献

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[2] 程志荣，宋伟.矿井自然风压计算方法探讨[J].陕西煤炭2001（3）：20-24.

[3] 杜伟略，谈向萍.低功耗超声波风向风速传感器设计[J] 测控技术 2013（9）：12-15