无线智能风速预警系统的设计与应用

黄强

无线智能风速预警系统属于一种安全生产工具，是安装在龙门吊、塔吊等各种大型机械设备上的无线智能风速预警仪。可以监测0.5-3公里外风速和风向的变化，并且计算出风力抵达本地的时间，并且可以接收PC机风力风向数据采集和查询管理模块推送来的天气预报，达到安全生产目的。无线智能风速预警仪和PC查询管理模块可将采集到的风速和风力数据记录下来，用于安全生产分析。结果简单、成本低廉，具有一定的实用价值。本文对其设计与应用展开分析，力求为其进一步发展提供创新的思路。

【关键词】无线智能风速预警系统 设计应用 风向监测

1 引言

为避免因风速过快造成的颠覆、吊物坠落风险，龙门吊、塔吊等各种大型机械设备上通常会安装风速计，实时监测设备所处环境的风速，当风速超预警时操作人员停止作业。但由于风速计是安装在机械设备本体上的，风速过高报警时，机械设备已处于高风速环境当中，操作安全风险并不能得到有效的控制，尤其是经常发生的瞬时高风速（阵风）。如果能够提前获取即将到达的高风速，则能提前做好应急处理，设计一个远程智能风速预警系统对降低吊车作业风险具有重要意义。目前风速监控系统存在的主要问题有：功能单一，不能在一个简单的系统里同时包含图像监视、环境因素的监控、网络运行的监控和供电环境监控。监控管理人员受时间、地点的限制，必须在监控室里，在特定的显示器进行监视。扩展性差，无法满足不断变化的需求。缺乏科学的预防性报警功能，没有起到积极的预防作用。

2 无线智能风速预警系统工作原理分析

为了能够提前获取远端的风速和风向变化，无线智能风速预警系统提供了一种可以对远端风速变化提前预警的无线智能风速预警仪。通过串口无线传输模块将设置在四个方向的远端风速和风向数据实时传输给机械设备上的无线智能风速预警仪。预警仪根据机械设备与风速风向计的距离以及实时风速，计算出风力到达机械设备的时间并显示在预警仪上，到达提前预警的目的。同时预警仪将采集到的风速和风力数据记录下来，用于安全生产分析。无线智能风速预警系统是基于无线传输的嵌入式风速无线智能风速预警仪，包括风速和风向计、单片机处理模块、串口无线传输模块、嵌入式智能预警仪、PC机风力风向数据采集和查询管理模块。

3 无线智能风速预警系统实施方式

3.1 具体实施方式

利用STC89C52单片处理模块将普通电压型风向、风速计测风电压转换“X00.0，000#”文本格式，其中X为风速计放置的方向代码，00.0为风速值，000为风向角度值。单片机以0.2s一次的频率将数据从串口输出。由于被采集的信号是模拟信号，这些信号并不能直接被处理器所分析与处理，故此需要ADC来将模拟信号转换为数字信号，最终传输给处理器。A/D转换器是数据采集的最为关键的一环，转化速度的快慢与精度的高低直接影响到数据采集系统的好坏。A/D转换器具有很多类型，本次设计所用的A/D转换器是逐次逼近型的A/D转换器。此芯片转换速度快，精度高，对于实时采集数据非常有利，为以后的主控芯片分析数据提高了效率。

连接单片机串口的433MHZ无线传输模块将风速和风向数据以广播形式外发。安装在机械设备上的智能风速预警仪通过433MHZ无线传输模块的串口接收风速和风向数据。智能风速预警仪将接收到“X00.0，000#”格式的风速、风向数据转换为风力和风并测算出风力到达时间显示在智能风速预警仪屏幕上。当风力达到预设的报警值后智能风速预警仪发生报警提示和声音信号。预计到达时间S（秒）=智能风速预警仪与风向计距离L（m）/实时风速s（m）

智能风速预警仪对监测到达风速数据进行比较，将每次风力等级变化自动保存，用于设备操作人员查询和分析。检测分为两个模块，一种可以将风速进行相位检测，另一种控制选择电压电流的大小其中之一来进行检测。PC机风力风向数据采集和查询管理模块对监测到达风速数据进行比较，将每次风力等级变化自动保存，用于安全管理人员查询和分析。安全管理人员定时通过PC机风力风向数据采集和查询管理模块将天气预报信息推送到智能风速预警仪，用于安全提示。

3.2 塔吊作业分析

在塔吊作业区的四个方位安装的风速和风向计（分别距离作业区0.5km-3km）。通过无线传输模块让风速实时传输给安装龙门吊、塔吊等各种大型机械設备上在智能风速预警仪。当风速计传回的风速大于预警值时发出报警信号让操作人员由充足的时间进行应急处理。实现风速和风向监测、预警、记录的自动化和智能化，可以给用户提供一种类似于简易型快捷操作测量风速的方法，但是仍然可以使用快速和定时平均两种方式测量，也可测风量，但是将失去记忆功能。

以影响机械设备作业的8级劲风和机械设备距离风速计600米为例。7级风力时风速每秒20米，则600m/20m=30秒后7级风到达本地。考虑风速计响应、单片机运算、数据0.2s传递间隔、操作人员反应等因素减去5秒，即操作人员有25秒钟进行应急处理。

在4个方向，大于300米以上位置放置四个风速计，通过无线传输模块已广播方式传送给机型设备上的预警仪。风力通过其中一个风速计时，风速计将数据传送给，接收设备。风速（0-25m/s）远低于电磁波速度（3*10^5km/s），这是实现提前预警的基础。预计到达时间S=距离（m）/风速值（m/s）.在实际应用中，四个方向的风速计，通常距离设备是不同的，因此需要输入距离数据。

4 总结

无线智能风速预警系统的使用对于现代科技发展运行意义重大，需要结合新技术、新思路对其进行完善与创新，对于设备的常见问题做到及时的排查与解决，通过现代化的方法，结合实际的经验，保证工作的质量，使得设备使用更加有保障。

参考文献

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作者单位

中国石油物资沧州公司 河北省沧州市 061000endprint