[发明专利]一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器

权利要求书

1.一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器，包括盖子(1)、底座(6)以及安装在盖子(1)和底座(6)内部之间的PCB线路板(3)，其特征在于：所述盖子(1)的顶部靠近两侧边缘处均开设有固定孔(2)，所述盖子(1)的顶部中心处开设有空气通过口(12)，所述盖子(1)的顶部开设有第一螺丝过孔(11)，所述盖子(1)的内部顶面中心处固定有第一连接圆管(18)，所述盖子(1)的内部顶面且位于第一连接圆管(18)的内部处固定有方形进气通道管(17)，且方形进气通道管(17)的顶部与空气通过口(12)连通；

所述底座(6)的内部底面靠近两侧边缘处均固定有支撑柱(14)，两个所述支撑柱(14)的内部均开设有第一螺纹孔(4)，所述底座(6)的外表面等距开设有三个调试孔(20)，所述底座(6)的内部底面中心处固定有第二连接圆管(19)，所述底座(6)的一侧开设有放置槽(8)，所述底座(6)的底部中心处开设有进风口(15)；

所述PCB线路板(3)的中心处开设有圆形通孔(9)，所述PCB线路板(3)的底部靠近圆形通孔(9)的一侧固定有微风速传感器(16)，所述PCB线路板(3)的底部靠近一侧边缘处固定有接线端子(13)，所述接线端子(13)位于放置槽(8)的内部。

2.如权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器，其特征在于：所述PCB线路板(3)的顶部靠近边缘处分别开设有两个第二螺纹孔(301)和一个第二螺丝过孔(5)。

3.如权利要求2所述的一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器，其特征在于：所述第二螺纹孔(301)和第一螺纹孔(4)的内表壁之间螺纹连接有螺丝钉。

4.如权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器，其特征在于：所述微风速传感器(16)的中心处开设有长方形过孔(1601)，且长方形过孔(1601)的内径与方形进气通道管(17)的内径相等。

5.如权利要求2所述的一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器，其特征在于：所述底座(6)的底部靠近进风口(15)的一侧开设有内六角凹槽(21)，所述第一螺丝过孔(11)和第二螺丝过孔(5)的内表壁之间螺纹连接有螺丝长钉(10)，且螺丝长钉(10)的底端延伸至内六角凹槽(21)的内部。

6.如权利要求5所述的一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器，其特征在于：所述螺丝长钉(10)的底端螺纹套设有螺母(7)，且螺母(7)位于内六角凹槽(21)的内部。

7.如权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器，其特征在于：所述微风速传感器(16)采用MEMS半导体芯片的WIN数字风速计的SMD贴片封装，所述PCB线路板(3)包括有NTC热敏电阻和STM32F072CBT6单片机。

8.一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器的测量方法，其特征在于，使用了权利要求1-7任一项的一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器，包括以下步骤：

S1、一定风速的空气从微风速传感器(16)的测速通道流过，微风速传感器(16)接收后以差分电压信号的形式发送信号；

S2、通过NTC热敏电阻的电压信号处理为0～3.3V范围的直流电压信号后传递到单片机上；

S3、在自建的小型风洞中对电压-风速关系进行测量，取多组数据进行多项式拟合，且拟合优度R²＝0.999，将拟合出来的多项式作为电压-风速的映射关系；

S4、通过控制自建的小型风洞中的空气温度，在不同的恒定环境温度下进行多次标定，得出不同温度下的电压-风速关系式，用以减小由温度变化产生的误差。

9.如权利要求8所述的一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器的测量方法，其特征在于，在S2的操作步骤中，还包括以下步骤：

S201、环境温度的信号处理：通过NTC热敏电阻的计算公式计算，将接收到的直流电压信号转化为实际温度；

S202、风速信号处理：通过电压-风速关系式将接收到的直流电压信号进行计算得出对应风速大小；

S203、根据标定好的关系式，选用对应环境温度下的电压-风速关系式将电压信号映射为风速；

S204、采集环境温度与微风速传感器(16)芯片的微压差信号，建立非线性动态系统下的卡尔曼滤波的状态方程和观测方程，根据卡尔曼滤波的状态方程和观测方程，建立卡尔曼滤波模型；

S205、确定非线性动态系统的初始化状态，即确认初始历元的状态参数初值，方差矩阵初值以及动态噪声初始方差矩阵；

S206、基于初始历元的状态方程和观测方程，由卡尔曼滤波递推方程对状态参数初值，方差矩阵初值及动态噪声方差矩阵进行滤波，获取新的滤波值；

S207、根据当前的测量的风速和上一时刻的预测的风速和误差，计算得到当前的最优风速，再预测下一时刻的风速。