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超声风速测量系统的设计与实现

更新时间：2020-03-19 00:22:20 大小：12M 上传用户：gsy幸运查看TA发布的资源 标签：超声风速测量系统 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

风是影响人类社会活动的一种重要气象要素，对风速和风向的监测有着重要的意义。测量风速和风向的手段很多，基于时差法的超声波风速风向测量方法由于优点众多，已成为研究热点，而目前国内对这方面的研究还比较少。本文提出了一种基于时差法原理、采用单片机进行控制、使用TDC-GP2完成测时的超声风速系统的设计方案，通过对超声测风原理的分析并结合课题要求，开展了系统的软硬件设计，进行了电路和外壳模具的加工。通过多次调试和改进，成功制作出了样机，经过风洞测试，表明其基本能够达到预期的性能要求。

论文首先简单介绍了各类风速仪的原理及其优缺点，参照国外成熟的同类产品的技术参数制定了预期的性能指标。然后介绍了超声波的特性和超声换能器的结构及工作原理，列出了几种常见的超声原理测量风速的方法，描述了时差法超声波测风速风向的基本原理并进行了公式推导。

本文所设计的系统的硬件主要由超声波探头、发射电路、接收电路、TDC-GP2测时模块、单片机、输出显示模块以及电源模块组成。系统软件设计的目的是实现超声风速系统的硬件控制、数据读取以及数据处理。基于模块化设计思想对系统的MCU进行编程，程序包括系统初始化、配置TDC-GP2测时芯片、换能器收发状态切换程序、超声波发射程序、测量时间读取、风速风向计算、数据后处理以及输出显示程序等。

出于产品化的目的，需要设计电路板和外壳模具。在参考一些国外产品后，设计了适合本项目的外壳模型，之后进行了开模工作并批量制造。设计的电路板布线合理，尺寸满足了模具内部空间的要求。在样机装配完成后，在风洞中对样机进行了性能方面的测试和校准。风洞测试的结果表明该系统在校准后能够测量0-60m/s的风速，并且测量风速和风向时精度都很高，风速的测量精度能够达到±0.5m/s（风速≤10m/s）或者5％（风速＞10m/s），风向的测量精度能够达到±3°。