超声波风速测量仪
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Page 7
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，其与 MSP430 连接的电路原理图如图所示。
Page 8
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 器与内存等全方位整合系统功能。具体的电路原理图如图所示。
Page 2
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，通过与无风时间进行比较判断风速方向与大小， 之后利用勾股定理计算得合风速。风速的测量不依赖于声 速，风速分量只与距离，顺风时间及逆风时间的测量有关。
超声波风速测量仪
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： 我们的测量仪可以在风速小于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。并且本作 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。
Page 9
最终成果图：
Page 10
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) 测量部位不需要进行机械运动，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，不需要启动风速测量结果经计算处理可输出瞬时风速
Page 5
超声波驱动模块：
超声波驱动模块采用 IO 口 TRIG 触发，给予至少10us 的高电平信号； 模块自动发送 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：
Page 6
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，并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。
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，可以在大型风力发电机桨轴尾部装配超声波测速测向仪，根 据测得的风向风速信息驱动风力发电机调整桨面至最佳方向，提高风 能利用效率。
Page 11
不足和改Leabharlann Baidu方案：
虽然超声波测速测向仪相比于传统的测量方式具有很多优 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 测量值变得不可靠。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仪 推广使用和设计也是极其重要的。因此对本仪器的改进应 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，提高仪器稳定性。
Page 12
初步改进成果：
Page 13
Page 14
知识回顾 Knowledge Review
祝您成功！
Page 15
Page 3
系统框图：
Page 4
模块介绍：
单片机模块 MSP430 系列单片机是美国德州仪器（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，将多个不 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 便高效的开发环境等诸多优点。
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，其与 MSP430 连接的电路原理图如图所示。
Page 8
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 器与内存等全方位整合系统功能。具体的电路原理图如图所示。
Page 2
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，通过与无风时间进行比较判断风速方向与大小， 之后利用勾股定理计算得合风速。风速的测量不依赖于声 速，风速分量只与距离，顺风时间及逆风时间的测量有关。
超声波风速测量仪
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： 我们的测量仪可以在风速小于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。并且本作 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。
Page 9
最终成果图：
Page 10
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) 测量部位不需要进行机械运动，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，不需要启动风速测量结果经计算处理可输出瞬时风速
Page 5
超声波驱动模块：
超声波驱动模块采用 IO 口 TRIG 触发，给予至少10us 的高电平信号； 模块自动发送 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：
Page 6
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，并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。
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，可以在大型风力发电机桨轴尾部装配超声波测速测向仪，根 据测得的风向风速信息驱动风力发电机调整桨面至最佳方向，提高风 能利用效率。
Page 11
不足和改Leabharlann Baidu方案：
虽然超声波测速测向仪相比于传统的测量方式具有很多优 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 测量值变得不可靠。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仪 推广使用和设计也是极其重要的。因此对本仪器的改进应 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，提高仪器稳定性。
Page 12
初步改进成果：
Page 13
Page 14
知识回顾 Knowledge Review
祝您成功！
Page 15
Page 3
系统框图：
Page 4
模块介绍：
单片机模块 MSP430 系列单片机是美国德州仪器（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，将多个不 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 便高效的开发环境等诸多优点。