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超声风速传感系统的研究
资料介绍
风是自然界的一个重要气象要素，和人们的生活密切相关，掌握风速风向信息至关重要。相比于传统的风速风向测量仪器，超声风速传感器存在着许多不可替代的优点，有着广泛的应用前景。目前，国外已经研制出了一些超声风速传感器的产品，并表现出了良好的性能，国内对这方面的研究还比较少。本文对超声风速传感系统进行了研究，并在硬件电路方面取得了一些进展。本课题的研究工作主要包括以下内容：
首先，介绍了超声传感器的基本工作原理，阐述了超声风速传感器测量风速的方法，并通过简单的公式推导，得到了风速、风向的计算公式。
其次，列出了超声风速传感器的总体设计方案，对超声风速传感系统所需要的控制软件进行了描述，搭建了超声风速传感器的模型，并对模型进行了一系列的数学理论分析。
然后，本文对高频超声发射电路进行了设计，并用该电路成功产生了超声发射信号。高频超声发射电路部分主要包括信号源电路，光电隔离模块，高压脉冲产生电路以及高压直流电源电路。本课题的设计过程中采用信号发生器和C8051F410单片机作为信号源，利用RC瞬间放电超声发射电路作为高压脉冲产生电路，高压直流电源采用555电路来实现，并用该电路产生了140V左右的直流高压，成功驱动了高频超声传感器。
最后，本课题对超声接收电路进行了设计。超声接收电路主要包括滤波电路，放大电路，电平比较电路以及后续的信号处理电路。滤波电路选用了以OPA650为核心器件的有源带通滤波电路，放大电路也选用了高速宽带宽的OPA650作为运放，电平比较电路选用了LM319高速比较器，这些电路的仿真和实验结果具有较好的一致性。后续的信号处理电路部分考虑采用计数器来实现。本文还对200KHz的超声传感器进行了风洞实验，测得时间差随风速的变化趋势和预期情况一样，但时间差的值和理想值存在差距，需要进一步的实验研究。
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