專利名稱：智能超聲波風(fēng)向風(fēng)速測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型智能超聲波風(fēng)向風(fēng)速測量裝置，屬于風(fēng)向風(fēng)速測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)向與風(fēng)速是自然環(huán)境重要的信息參數(shù)之一，風(fēng)向與風(fēng)速對農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域都有重要的影響。在社會日益注重全球環(huán)境保護(hù)、生存環(huán)境安全、工業(yè)信息化的背景下，風(fēng)向與風(fēng)速特別需要在大范圍內(nèi)被實(shí)時(shí)、精確的測量出來。風(fēng)向風(fēng)速傳感器是指能夠測量0° —360°的風(fēng)向和一定范圍內(nèi)的風(fēng)速的傳感器。傳統(tǒng)的風(fēng)向風(fēng)速傳感器主要有超聲式風(fēng)傳感 器、力學(xué)式風(fēng)傳感器等，雖然它們都能應(yīng)用于風(fēng)向風(fēng)速的測量，但都具有體積大，運(yùn)輸、安裝不方便等缺點(diǎn)。常用的微型風(fēng)傳感器要么測量范圍小，精度低；要么不能實(shí)現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速的同時(shí)測量。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠在各種惡劣環(huán)境下對風(fēng)向風(fēng)速實(shí)時(shí)高精度、大范圍測量的智能超聲波風(fēng)向風(fēng)速測量裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為智能超聲波風(fēng)向風(fēng)速測量裝置，包括單片機(jī)、CPLD可編程邏輯器、第一超聲波探頭、第二超聲波探頭和第三超聲波探頭，支撐桿上安裝有底座，所述底座上均勻安裝有三個(gè)等長的安裝桿，且相鄰兩個(gè)安裝桿之間的夾角為120°，第一超聲波探頭、第二超聲波探頭和第三超聲波探頭分別安裝在三個(gè)安裝桿的最外端；單片機(jī)與CPLD可編程邏輯器相連接，所述CPLD可編程邏輯器的輸出端與超聲波激勵(lì)電路的輸入端相連接，所述超聲波激勵(lì)電路的輸出端與第一超聲波探頭相連接，回波處理電路的輸入端均與第二超聲波探頭和第三超聲波探頭相連接，所述回波處理電路的輸出端與CPLD可編程邏輯器的輸入端相連接。所述單片機(jī)上設(shè)置有RS232接口，或設(shè)置有RS485接口。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。I、本實(shí)用新型中超聲波探頭采用折疊三角架結(jié)構(gòu)，且超聲波探頭懸空設(shè)計(jì)，方便了運(yùn)輸與安裝，并且增強(qiáng)了超聲波探頭對惡劣天氣的適應(yīng)性，如冰雪、凍雨天氣等。2、本實(shí)用新型的測量范圍廣，風(fēng)速0-60m/s，風(fēng)向0_359度無死角全方位準(zhǔn)確測量。3、本實(shí)用新型中單片機(jī)上設(shè)置有RS232或RS485輸出口，方便用戶進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)的輸出和采集。4、本實(shí)用新型中回波處理電路中，能夠根據(jù)外界環(huán)境選擇合適的接受觸發(fā)門檻電壓，減少外界信號對測量精準(zhǔn)度的影響，提高測量精準(zhǔn)度。5、本實(shí)用新型采用時(shí)間差法測量超聲波之間波形傳播的正向和逆向時(shí)間差，求得兩邊的風(fēng)速，再通過矢量合成，求得風(fēng)速，可以消除超聲波探頭因結(jié)冰等因素帶來的原始誤差，提高了測量的準(zhǔn)確性。
以下結(jié)合附圖
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型中超聲波探頭的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型的測量方法示意圖圖中1為單片機(jī)，2為CPLD可編程邏輯器，3為第一超聲波探頭，4為第二超聲波探頭，5為第三超聲波探頭，6為底座，7為支撐架，8為超聲波激勵(lì)電路，9為回波處理電路，10為安裝桿。
具體實(shí)施方式
如圖I、圖2所示，智能超聲波風(fēng)向風(fēng)速測量裝置，包括單片機(jī)I、CPLD可編程邏輯器2、第一超聲波探頭3、第二超聲波探頭4和第三超聲波探頭5，支撐桿7上安裝有底座6，所述底座6上均勻安裝有三個(gè)等長的安裝桿10，且相鄰兩個(gè)安裝桿10之間的夾角為120°，第一超聲波探頭3、第二超聲波探頭4和第三超聲波探頭5分別安裝在三個(gè)安裝桿10的最外端；單片機(jī)I與CPLD可編程邏輯器2相連接，所述CPLD可編程邏輯器2的輸出端與超聲波激勵(lì)電路8的輸入端相連接，所述超聲波激勵(lì)電路8的輸出端與第一超聲波探頭3相連接，回波處理電路9的輸入端均與第二超聲波探頭4和第三超聲波探頭5相連接，所述回波處理電路9的輸出端與CPLD可編程邏輯器2的輸入端相連接。所述單片機(jī)I上設(shè)置有RS232接口，或設(shè)置有RS485接口。如圖3所示，本實(shí)用新型智能超聲波風(fēng)向風(fēng)速傳感器的測量方法，在三個(gè)等長安裝桿的最外端固定三個(gè)超聲波探頭，利用超聲波在在空氣中的傳播受氣流影響，通過時(shí)間差法測量圖中A點(diǎn)到B點(diǎn)波形傳播的正向和B點(diǎn)到A點(diǎn)的逆向時(shí)間差，測得A點(diǎn)到B點(diǎn)的風(fēng)速，再通過測量A點(diǎn)到C點(diǎn)波形傳播的正向和C點(diǎn)到A點(diǎn)的逆向時(shí)間差，測得A點(diǎn)到C點(diǎn)的風(fēng)速，再通過矢量合成，求得實(shí)時(shí)的風(fēng)速和風(fēng)向，這樣就消除了超聲波探頭因結(jié)冰等因素帶來的原始誤差。本實(shí)用新型中采用高速的CPLD可編程邏輯器來實(shí)現(xiàn)高精度測量，CPLD可編程邏輯器件不僅實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)外圍電路和超聲波發(fā)射和接收邏輯，更重要的是利用它實(shí)現(xiàn)了高精度計(jì)時(shí)器和RAM功能；CPLD可編程邏輯器在實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)時(shí)時(shí)，在其計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)中使用倍頻技術(shù)，使計(jì)時(shí)器的時(shí)鐘頻率大于等于200MHz，從而達(dá)到每個(gè)計(jì)時(shí)單位小于等于5ns的計(jì)時(shí)精度，保證時(shí)間值的準(zhǔn)確，保證測量精度和準(zhǔn)確性。本實(shí)用新型中，單片機(jī)除了與上位機(jī)進(jìn)行通信和傳輸數(shù)據(jù)外，其主要功能還是控制測量和運(yùn)算，單片機(jī)發(fā)出測量指令給CPLD可編程邏輯器，CPLD可編程邏輯器接收命令后，通過超聲波激勵(lì)電路發(fā)射邏輯以及計(jì)時(shí)邏輯，當(dāng)完成一次測量后，超聲波波形數(shù)據(jù)經(jīng)過回波處理電路的處理，傳輸給CPLD可編程邏輯器進(jìn)行超聲波波形數(shù)據(jù)的記錄，然后再將超聲波波形數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)讀取，進(jìn)行分析運(yùn)算，最后得出測量值。本實(shí)用新型中單機(jī)片上設(shè)置有RS232或RS485輸出口，方便用戶進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)的輸出和采集；底座與安裝桿之間采用折疊三角架結(jié)構(gòu)，安裝桿可以在底座上上下扳動(dòng)，使安裝桿與底座折疊在一起，方便用戶的安裝和運(yùn)輸。上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
權(quán)利要求1.智能超聲波風(fēng)向風(fēng)速測量裝置，包括單片機(jī)(1)、CPLD可編程邏輯器(2)、第一超聲波探頭(3)、第二超聲波探頭(4)和第三超聲波探頭(5)，其特征在于支撐桿(7)上安裝有底座(6)，所述底座(6)上均勻安裝有三個(gè)等長的安裝桿(10)，且相鄰兩個(gè)安裝桿(10)之間的夾角為120°，第一超聲波探頭(3)、第二超聲波探頭(4)和第三超聲波探頭(5)分別安裝在三個(gè)安裝桿(10)的最外端； 單片機(jī)(I)與CPLD可編程邏輯器(2 )相連接，所述CPLD可編程邏輯器(2 )的輸出端與超聲波激勵(lì)電路(8)的輸入端相連接，所述超聲波激勵(lì)電路(8)的輸出端與第一超聲波探頭(3 )相連接，回波處理電路(9 )的輸入端均與第二超聲波探頭(4 )和第三超聲波探頭(5 )相連接，所述回波處理電路(9)的輸出端與CPLD可編程邏輯器(2)的輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能超聲波風(fēng)向風(fēng)速測量裝置，其特征在于所述單片機(jī)(I)上設(shè)置有RS232接口，或設(shè)置有RS485接口。
專利摘要本實(shí)用新型智能超聲波風(fēng)向風(fēng)速測量裝置，屬于風(fēng)向風(fēng)速測量技術(shù)領(lǐng)域；所要解決的技術(shù)問題是提供了一種能夠在各種惡劣環(huán)境下對風(fēng)向風(fēng)速實(shí)時(shí)高精度、大范圍測量的智能超聲波風(fēng)向風(fēng)速測量裝置；解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為支撐桿上安裝有底座，所述底座上均勻安裝有三個(gè)等長的安裝桿，單片機(jī)與CPLD可編程邏輯器相連接，所述CPLD可編程邏輯器的輸出端與超聲波激勵(lì)電路的輸入端相連接，所述超聲波激勵(lì)電路的輸出端與第一超聲波探頭相連接，回波處理電路的輸入端均與第二超聲波探頭和第三超聲波探頭相連接，所述回波處理電路的輸出端與CPLD可編程邏輯器的輸入端相連接；本實(shí)用新型主要用于風(fēng)向風(fēng)速測量。
文檔編號G01P13/02GK202676731SQ20122023126
公開日2013年1月16日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者劉曙光, 梁都鎖, 盧海兵 申請人:太原波峰科技有限公司