CN105738650A - 一种可测矢量风速的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可测矢量风速的装置，其结构包括底座（1）、横轴舵机（2）、纵轴舵机（3）、超声波脉冲发生器（4）、超声波接收器（5）、水平转轴（6）、垂直转轴（7）、显示屏（8）；其中的声波测矢量风速装置的内部电路***由处理器MCU（9）、超声波发生器（10）、超声波接收器（11）、纵轴舵机（12）、温度传感器（13）、锂电池电源管理电路（14）、显示屏（15）和横轴舵机（16）组成；参照不同温度下声波在空气中的速度，声波在流动空气中的会有多普勒效应，测量得到三轴方向的风速，并合成矢量风速的速度值与方向。本装置可以实现：可测量多方位风速，测量范围广等特点。

Description

一种可测矢量风速的装置

技术领域

本发明属于声学的电子测量风速领域，是一种可测矢量风速的装置。

背景技术

地表的风是复杂的，风形成的直接原因是气压在水平方分部的不均匀引起的；风受大气环流、地形、水域等不同因素的综合影响。

生活中我们的侧风装置往往只有水平面二维的测量，测出来的矢量风速不完全是实际风速，因为水平方向上的风速等效于实际风速在水平面的风速分量；面临问题是我们要通过哪种有效的方法进行实际风速的测量；一般的转杯式风速计，螺旋桨式风速计都只能测水平方向上的风速，而且随风速变化，误差也是动态的。

声学上测风速，由于超声波具有抗干扰、方向性好的优点，选择发射的声波频率多在超声波段，可以利用声波在空气中传播特性，声波在流动空气中传播会产生多普勒效应，根据这一效应我们可以实现低功耗的测量装置，测量大范围的风速。

发明内容

本发明的目的主要是通过测量三个两两相互垂直的方向上的风速度值，然后合成实际的矢量风速，提高精度与测量范围的测风速装置。

本发明是一种可测矢量风速的装置，其结构包括底座、横轴舵机、纵轴舵机、超声波脉冲发生器、超声波接收器、水平转轴、垂直转轴、显示屏；横轴舵机通过水平转轴连接纵轴舵机；纵轴舵机通过垂直转轴连接超声波脉冲发生器和超声波接收器；显示屏安装在底座的侧面。

其中的声波测矢量风速装置的内部电路***由处理器MCU、超声波发生器、超声波接收器、纵轴舵机、温度传感器、锂电池电源管理电路、显示屏和横轴舵机组成；锂电池电源管理电路的直流DC电源输出端连接着由处理器MCU、超声波发生器、超声波接收器、纵轴舵机、温度传感器、显示屏和横轴舵机；超声波发生器的信号输入端连接着处理器MCU的IO输出引脚；超声波接收器的信号输出引脚连接着处理器MCU的IO输入引脚；纵轴舵机和横轴舵机的信号线分别连接到处理器MCU的两个PWM信号输出引脚；显示屏的接口连接到处理器MCU的输出IO口；温度传感器的数字引脚连接到处理器MCU的IO引脚上。测风速，超声波测速装置通过超声波发生器的脉冲声波到超声波接收器时的脉冲到达时的相位差，与静态空气下的相位差的差值，根据多普勒效应得到相对空气流速，即风速。

显示风速，LCD显示屏，速度值的数字显示，以及根据速度的高低显示在UI图形化的LCD显示屏界面上。

测风速装置的角度，通过纵轴舵机改变机械结构位置，从而改变测风装置的侧风方向，有水平和垂直向下两个状态；横轴舵机通过带动水平转轴的旋转，从而改变测风装置的水平面上的侧风方向，两个方向互相垂直。

温度数据的采集，温度传感器，单引脚接收指令与输出温度数据，由处理器MCU定时采集,采集完温度信息后温度传感器进入休眠状态，等待下次处理器MCU定时唤醒，采集温度值。

超声波发生器是由超声波振动器和信号放大电路构成；超声波接收器是通过微弱信号放大电路和超声波接收器组成，超声波发生器的输出端通过空气直接对准超声波接收器。

矢量风速的计算，处理器MCU根据三个方向上的速度值，进行矢量合成实际的矢量风速。

与现有技术方案相比，采用本发明所述的设计方案，可以达到以下技术效果：可以测量实际的矢量风速，并且提高精度与测量范围。

附图说明

附图给出该种可测矢量风速的装置示意图：

图1是本发明一种可测矢量风速的装置示意图；

图2是本发明一种可测矢量风速的装置的内部电路图；

附图1标记说明：1、底座；2、横轴舵机；3、纵轴舵机；4、超声波脉冲发生器；5、超声波接收器；6、水平转轴；7、垂直转轴；8、显示屏；

附图2标记说明：9、处理器MCU；10、超声波发生器；11、超声波接收器；12、纵轴舵机；13、温度传感器；14、锂电池电源管理电路；15、显示屏；16、横轴舵机。

具体实施方式

实施例1：

如图1是本发明一种可测矢量风速的装置，其结构包括底座1、横轴舵机2、纵轴舵机3、超声波脉冲发生器4、超声波接收器5、水平转轴6、垂直转轴7、显示屏8；横轴舵机2通过水平转轴6连接纵轴舵机3；纵轴舵机3通过垂直转轴7连接超声波脉冲发生器4和超声波接收器5；显示屏8安装在底座1的侧面。

其中的声波测矢量风速装置的内部电路***由处理器MCU9、超声波发生器10、超声波接收器11、纵轴舵机12、温度传感器13、锂电池电源管理电路14、显示屏15和横轴舵机16组成；锂电池电源管理电路14的直流DC电源输出端连接着由处理器MCU9、超声波发生器10、超声波接收器11、纵轴舵机12、温度传感器13、显示屏15和横轴舵机16；超声波发生器10的信号输入端连接着处理器MCU9的IO输出引脚；超声波接收器11的信号输出引脚连接着处理器MCU9的IO输入引脚；纵轴舵机12和横轴舵机16的信号线分别连接到处理器MCU9的两个PWM信号输出引脚；显示屏8的接口连接到处理器MCU的输出IO口；温度传感器13的数字引脚连接到处理器MCU9的IO引脚上。

实施例2：

测风速装置的角度，通过纵轴舵机12改变机械结构位置，从而改变测风装置的侧风方向，有水平和垂直向下两个状态；横轴舵机16通过带动水平转轴6的旋转，从而改变测风装置的水平面上的侧风方向，两个方向互相垂直。

实施例3：

有一对超声波发生器10和超声波接收器11，超声波发生器10的输出端通过空气直接对准超声波接收器11。超声波发生器10是由超声波振动器和信号放大电路构成；超声波接收器11是通过微弱信号放大电路和超声波接收器组成。

实施例4：

温度传感器13，单引脚接收指令与输出温度数据，由处理器MCU9定时采集,采集完温度信息后温度传感器13进入休眠状态，等待下次处理器MCU9定时唤醒，采集温度值。

实施例5：

处理器MCU9根据三个方向上的速度值，进行矢量合成实际的矢量风速。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可测矢量风速的装置，其结构包括底座（1）、横轴舵机（2）、纵轴舵机（3）、超声波脉冲发生器（4）、超声波接收器（5）、水平转轴（6）、垂直转轴（7）、显示屏（8）；横轴舵机（2）通过水平转轴（6）连接纵轴舵机（3）；纵轴舵机（3）通过垂直转轴（7）连接超声波脉冲发生器（4）和超声波接收器（5）；显示屏（8）安装在底座（1）的侧面；

其中的声波测矢量风速装置的内部电路***由处理器MCU（9）、超声波发生器（10）、超声波接收器（11）、纵轴舵机（12）、温度传感器（13）、锂电池电源管理电路（14）、显示屏（15）和横轴舵机（16）组成；锂电池电源管理电路（14）的直流DC电源输出端连接着由处理器MCU（9）、超声波发生器（10）、超声波接收器（11）、纵轴舵机（12）、温度传感器（13）、显示屏（15）和横轴舵机（16）；超声波发生器（10）的信号输入端连接着处理器MCU（9）的IO输出引脚；超声波接收器（11）的信号输出引脚连接着处理器MCU（9）的IO输入引脚；纵轴舵机（12）和横轴舵机（16）的信号线分别连接到处理器MCU（9）的两个PWM信号输出引脚；显示屏（8）的接口连接到处理器MCU的输出IO口；温度传感器（13）的数字引脚连接到处理器MCU（9）的IO引脚上。

2.根据权利要求1所述的一种可测矢量风速的装置，其特征在于：测风速装置的角度，通过纵轴舵机（12）改变机械结构位置，从而改变测风装置的侧风方向，有水平和垂直向下两个状态；横轴舵机（16）通过带动水平转轴（6）的旋转，从而改变测风装置的水平面上的侧风方向，两个方向互相垂直。

3.根据权利要求1所述的一种可测矢量风速的装置，其特征在于：有一对超声波发生器（10）和超声波接收器（11），超声波发生器（10）的输出端通过空气直接对准超声波接收器（11）。

4.根据权利要求1所述的一种可测矢量风速的装置，其特征在于：温度传感器（13），单引脚接收指令与输出温度数据，由处理器MCU（9）定时采集,采集完温度信息后温度传感器（13）进入休眠状态，等待下次处理器MCU（9）定时唤醒，采集温度值。

5.根据权利要求1所述的一种可测矢量风速的装置，其特征在于：处理器MCU（9）根据三个方向上的速度值，进行矢量合成实际的矢量风速。

6.根据权利要求1所述的一种可测矢量风速的装置，其特征在于：超声波发生器（10）是由超声波振动器和信号放大电路构成；超声波接收器（11）是通过微弱信号放大电路和超声波接收器组成。