[实用新型]用于简易风洞实验的控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及实验教学仪器，具体涉及用于简易风洞实验的控制系统。

背景技术

风洞实验可以帮助我们学习流体力学或观察一些基本直观的物理原理；目前的风洞控教学设备为开环控制，不仅风速容易失稳，且在失稳状态下往往需要借助外部设备或仪器才能检查出失稳原因，影响教学进程；为了解决这个问题，有必要进行深入研究。

实用新型内容

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种能提供稳定输出的用于简易风洞实验的控制系统。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

用于简易风洞实验的控制系统，包含电源模块、控制模块、风机和交互单元，其中，控制模块包含单片机控制单元，单片机控制单元与交互单元相连，使得单片机控制单元根据交互单元的输入产生对应的PWM方波输出；交互单元与单片机控制单元电连接，还包含超声波风速传感模块；控制模块还包含电荷泵电路、微分电路、峰值检测电路、A/D转换电路、基准单元、数字比较电路、第一驱动电路以及第二驱动电路；单片机控制单元与交互单元相连；超声波风速传感器的输出与单片机控制单元的输入相连；单片机控制单元的PWM方波输出端与第一驱动电路、第二驱动电路的输入端相连；第一驱动电路的输出与电荷泵电路相连；电荷泵电路的输出与微分电路、峰值检测电路、A/D转换电路顺序相连，A/D转换电路的输出与基准单元的输出分别与数字比较电路的输入相连，基准单元包含若干位数字电压；数字比较电路的输出与单片机控制单元的输入相连；第二驱动电路的输出与风机相连；电源模块提供控制模块、风机、超声波风速传感模块与交互单元的所需用电。

本实用新型采取了两级监测的技术方案，其中一级由超声波风速传感器实现，使其监测风机所产生的风速大小，并反馈至单片机控制单元，从而调整对应风速大小；另外一级由第一驱动电路、电荷泵电路、微分电路、峰值检测电路、A/D转换电路、基准单元与数字比较电路实现，通过单片机控制单元所产生的PWM波形控制电荷泵电路的电荷开关，并获得一个直流电压，在正常情况下，PWM波形的输出参数包括峰值大小，占空比大小、频率等均需要稳定才可实现风机的稳定输出，通过第一驱动电路及电荷泵电路，将单片机控制单元输出的PWM波形转为直流电压，当本该稳定的PWM波形发生变化时，则对应控制的电荷泵电路的直流电压也将发生变化，从而被微分电路所检测并输出，峰值检测电路能够获取微分电路的最大输出，以提高监控电路的冗余度，同时也为后续电路提供了反应时间；峰值检测电路的输出经过A/D转换电路转换后，与基准单元一起经数字比较电路比较后反馈回单片机控制电路，从而为单片机的进一步运算或控制提供了基础，实现风机的稳定控制。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

⑴、PWM方波驱动输出部分与风洞风速分别检测，能在不借助外部设备或仪器检测的情况下快速判断风速失稳的原因；

⑵、两级闭环控制，使得风机的输出更稳定。

附图说明

图1为本实用新型电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型中的技术方案进一步说明。

用于简易风洞实验的控制系统，如图1所示，包含电源模块、控制模块、风机和交互单元，其中，控制模块包含单片机控制单元，单片机控制单元与交互单元相连，使得单片机控制单元根据交互单元的输入产生对应的PWM方波输出；交互单元与单片机控制单元电连接，还包含超声波风速传感模块；控制模块还包含电荷泵电路、微分电路、峰值检测电路、A/D转换电路、基准单元、数字比较电路、第一驱动电路以及第二驱动电路；单片机控制单元与交互单元相连；超声波风速传感器的输出与单片机控制单元的输入相连；单片机控制单元的PWM方波输出端与第一驱动电路、第二驱动电路的输入端相连；第一驱动电路的输出与电荷泵电路相连；电荷泵电路用于产生直流电压，此为现有技术；电荷泵电路的输出与微分电路、峰值检测电路、A/D转换电路顺序相连，A/D转换电路的输出与基准单元的输出分别与数字比较电路的输入相连，基准单元包含若干位数字电压，可由若干电阻或分压器对应连接电源端、地端实现；数字比较电路的输出与单片机控制单元的输入相连；第二驱动电路的输出与风机相连；电源模块提供控制模块、风机、超声波风速传感模块与交互单元的所需用电。