论文研究-一种超声波测风速风向系统的实现.pdf_超声波风速风向 - CSDN文库

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一种超声波测风速风向系统的实现

王永芳，王绪国

**

作者简介：王永芳，（1984-），女，主要研究方向：信号采集与处理

通信联系人：王绪国，（1969-），武汉理工大学信息工程学院副教授，硕士生导师，主要从事嵌入式系统、

多媒体通信等方面的研究. E-mail: xuguo-wang@163.com

（武汉理工大学信息工程学院，武汉 430063）

摘要：超声波测风技术具有非接触、易于维护、测量精度高等优点，适合应用于航海测风和5

工业风道风速检测。测量超声波在顺风和逆风情况下传输的时间差来获得南北向风速值和东

西向风速值，再通过所获得的风速进行矢量合成得到风向。本文对超声波风速风向仪基于时

差法的测量原理和实现方法进行了详细的阐述，采用 dsPIC30f4011 增强型 16 位闪存数字信

号控制器作为主控芯片，系统主要包含超声波发射与接收模块、滤波模块、电压比较和输入

捕捉模块。通过阈值比较法得到首波到达时间，即超声波渡越时间，进而计算出风速值。 10

关键词：超声波；时差法；电压比较；输入捕捉

中图分类号：TP212

A Implementation of a System of Measuring Wind Speed

and Direction with Ultransonic

15

WANG Yongfang, WANG Xuguo

(School of Information Engineering,Wuhan University of Technology, WuHan 430063)

Abstract: The technology of measuring wind speed with ultrasonic is characterized by no

touching,easy to maintain and high precision. It is suitable for marine and industrial air duct wind

speed detection. To measure the travel time of ultrasonic in the downwind and upwind cases to get 20

north-south wind speed and east-west wind speed, then obtain the wind speed and wind direction

through the synthesized wind vectors.This paper elaborate the measurement principles of the

travel time difference method of the ultrasonic anemometer and implementation methods. The

dsPIC30f4011 is used as the main controller chip.The system mainly consists of ultrasonic

transmitter and receiver modules, filter modules, voltage comparator, and input capture module. 25

To get the first wave arrival time by Threshold comparison, then calculate the wind speed values.

Keywords:

ultrasonic technology; method of time-difference; voltage comparison; input capture

0 引言

超声波测风是一种矢量分析测量方法，上世纪五十年代开始使用超声波传感器，早期的30

超声波传感器价格昂贵，使用范围狭窄。超声波传感器在更换制作材料后成本下降，超声波

传感器才得以被广泛使用。由于超声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小，

反射能力较强等优点。因此，超声波传感器可广泛应用于非接触式检测，它不受光线、被测

物颜色等影响，在恶劣工作环境下具有一定的适应能力，因此在水文液位测量、车辆自动导

航、物体识别等领域有着广泛的应用，其中超声波测风速风向就是在上世纪九十年代兴起的35

一种新技术。传统的风速仪是采用螺旋桨式旋转传感器，风吹动螺旋桨叶带动桨叶旋转，通

过测量桨叶的旋转速度可以计算出风速值。螺旋桨会自动调整方向使得螺旋桨叶和风向时刻

保持垂直，从而测得风向。螺旋桨式风速风向仪存在转动部件，极易磨损，测风条件恶劣时

极易损坏，给维护带来不便。由于有摩擦力的影响，螺旋桨式风速风向仪需要启动风速驱动

桨叶旋转，进而对风速进行测量，因此低于启动风速的风将无法量。超声波风速风向仪采用40

两对固定的超声波传感器工作，没有旋转部件和摩擦力的影响，原理上启动风速为零。超声

波风速风向仪体积小、携带方便、精度高，是气象站、海上测风和工业测风不可缺少的仪器，

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