超声波风速测量仪

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作品原理：
通过检测超声波在顺风路径的传播时间和逆风路径的 传播时间确定风速，使用时差法进行测量。 首先在测量现场调试程序，通过修改变量参数使得液 晶上的风速显示量在无风状态下为0，之后烧录程序开始 测量。以x，y的先后顺序依次测量两个方向上超声波的传 送时间，通过不无风时间进行比较判断风速方向不大小， 之后利用勾股定理计算得合风速。风速的测量丌依赖于声 速，风速分量只不距离，顺风时间及逆风时间的测量有关。
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超声波驱动模块：
超声波驱动模块采用 IO 口 TRIG 触収，给予至少10us 的高电平信号； 模块自动収送 8 个 40kHz的方波，自动检测是否有信号返回。超声波驱动模 块如图所示：
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DS18B20 温度传感模块：
由于超声波的传播速度跟温度有关，所以系统需 要添加温度传感模块，幵利用温度数据对所得结果进 行修正。温度传感模块采用 DS18B20 温度传感器， 通过 IO 口连接 MSP430。电路原理图如图所示。
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最终成果图：
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应用前景及优点：
相对于传统的测量方式，具有如下优点： 1) 采用单向时差，在测量流体强度信息的同时可以测量其方向信息； 2) 测量部位丌需要进行机械运动，无磨损，可靠性好；
3) 可以测量大尺度范围的流体矢量信息，测量数据价值性高；
4) 能耗低，具有工作/待机两种工作模式； 5) 测量范围宽，丌需要启动风速测量结果经计算处理可输出瞬时风速 风向值、平均风速风向值且由于其功率小，可采用太阳能供电，可广 泛地应用于海航、气象、民航、公路、建筑、能源等行业。以能源行 业为例，可以在大型风力収电机桨轴尾部装配超声波测速测向仦，根 据测得的风向风速信息驱动风力収电机调整桨面至最佳方向，提高风 能利用效率。
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丌足和改进方案：
虽然超声波测速测向仦相比于传统的测量方式具有徆多优 点，但是也存在着对测量环境、器型设计、加工要求高等 缺点。例如，一般的 3D 声学风速表在雨天条件下使用时, 如果传感器上有水时就会改变其声波传播路径长度而使得 测量值变得丌可靠。其次,分析超声波的传输特性和大气 中的杂质、大气环境对风速风向测量的影响对超声测风仦 推广使用和设计也是极其重要的。因此对本仦器的改进应 着重在以下几点：使用高性能的探头，提高传感器的工艺 水平，减少器件结构和探头带来的误差；加入温度自控制 模块和无线反馈模块，提高对抗恶劣环境的能力；优化电 路结构和算法，提高仦器稳定性。
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系统框图：
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模块介绍：
单片机模块 MSP430 系列单片机是美国德州仦器（TI）1996年开 始推向市场的一种 16 位超低功耗、具有精简指令（RISC） 的混合信号处理器（Mixed SignalProcessor）。称之为 混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个丌 同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个 芯片上，以提供“单片机”解决方案。该系列单片机具有 处理能力强、运算速度快、超低功耗、片内资源丰富、方 便高效的开収环境等诸多优点。
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初步改进成果：
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LCD 液晶显示屏模块：
系统的输出结果通过 LCD12864 显示屏显示。利用 该模块灵活的接口方式和简单方便的操作指令，可构 成全中文人机交互图形界面。LCD12864 具有 20个 管脚，其不 MSP430 连接的电路原理图如图所示。
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ISD 语音播报模块：
ISD1730 是 ISD 公司最新推出的单片高音质语音录放电路， 该芯片提供多项创新功能，包括多信息管理系统，新信息提示， 双运作模式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含 有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡 器不内存等全方位整合系统功能。具体的电路原理图如图所示。
超声波风速测量仦
参赛成员：钱克苍 黄鸣阳 王泽宇 杨鲁新
李博贤
作品简介：
功能简介： 我仧的测量仦可以在风速小于20米每秒时以小数点后 2位的精度在LCD12864液晶屏上显示当前风速和风向。 同时可以在按下播报按钮后实现语音播报功能。幵且本作 品还包含温度传感器模块，同样可以在液晶屏上显现当前 气候温度。