[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

说明书

本发明公开了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、底座以及安装在盖子和底座内部之间的PCB线路板，所述盖子的顶部靠近两侧边缘处均开设有固定孔，所述盖子的顶部中心处开设有空气通过口，所述盖子的顶部开设有第一螺丝过孔，所述盖子的内部顶面中心处固定有第一连接圆管，所述盖子的内部顶面且位于第一连接圆管的内部处固定有方形进气通道管。本发明中，采用的微风速传感器受环境温度和湿度的影响较小，并且通过温度标定可以进一步减小由于温度变化产生的误差，在单片机内使用卡尔曼滤波对采集到的电压信号进行滤波处理，有效抑制和防止了电路中噪声对电压信号的干扰，使得输出结果更加精确，扰动非常小。

技术领域

本发明属于微风速传感器技术领域，具体为一种基于卡尔曼滤波算法的通风柜微风速传感器。

背景技术

微风速传感器用于测量0～1.0m/s的微小风速。主要应用场景为生物实验室通风柜中测量其中空气流动的速度。微风速传感器采用了多传感器融合的方案。传统的微风速传感器多采用PT20电阻检测微风速，NTC热敏电阻检测环境温度；此外采用单片机接收电压信号，通过单片机程序处理并输出反馈电压。微风速传感器的原理：一定风速的空气流经微风速传感器，带走处于微风速传感器测速通道中PT20热量，为了保持温度恒定，需要增加发热，因此可以检测到电压的变化，利用电压-风速的关系式来测量风速大小。

但是，现有技术中，现有的微风速传感器在使用上存在的缺点：

1.当环境温度发生变化时，测量误差增大；如当环境温度升高4℃时，产生的误差约为满量程的30％。

产生原因：PT20电阻依靠温度正常工作，当环境温度改变时影响到了PT20电阻的正常输出电流，导致测量值产生误差。

2.在风速恒定、温度不变的环境条件下，电压信号受到干扰，产生偏差约为满量程的5％。

产生原因：电路中存在噪声，使得单片机接收到的电压信号不准，因此产生风速的测量误差，传统产品滤波处理简单，不能有效处理正态分布的随机信号噪声导致的测试结果不稳定。

3.测量微风速采用的芯片PT20发热严重，在正常工作的情况下芯片温度达到70℃以上，导致测量环境温度的NTC热敏电阻需要放置在距离测速通道较远的地方，使得测量到的温度与实际环境温度差距较大。

产生原因：由现有的技术方案的原理产生的问题。

发明内容

本发明的目的在于：采用多传感器融合的方式对微风速进行测量，测量风速的微风速传感器选用基于MEMS半导体芯片的WIN系列数字风速计的SMD贴片封装类型，测量环境温度的温度方案选用NTC热敏电阻方案，对信号处理则采用了STM32F072CBT6单片机，对电压信号由模拟量转换为数字量后的滤波部分使用了卡尔曼滤波以降低噪声带来的影响。

本发明采用的技术方案如下：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、底座以及安装在盖子和底座内部之间的PCB线路板，所述盖子的顶部靠近两侧边缘处均开设有固定孔，所述盖子的顶部中心处开设有空气通过口，所述盖子的顶部开设有第一螺丝过孔，所述盖子的内部顶面中心处固定有第一连接圆管，所述盖子的内部顶面且位于第一连接圆管的内部处固定有方形进气通道管，且方形进气通道管的顶部与空气通过口连通；

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

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

其中，所述PCB线路板的顶部靠近边缘处分别开设有两个第二螺纹孔和一个第二螺丝过孔。