[发明专利]一种超声波风速风向仪的控制方法

说明书

本发明涉及气象监测技术领域，解决了现有技术中超声波风速风向仪体积大的问题。一种超声波风速风向仪的控制方法，超声波风速风向仪包括换能器、单片机、放大电路、多路开关，单片机分别与换能器、放大电路、多路开关电连接，多路开关分别与放大电路、换能器电连接；步骤一，单片机控制换能器逐个发射超声波，任一换能器发射超声波，其余换能器的部分或者全体接收超声波；步骤二，换能器接收的波形信号经过多路开关U3、放大电路后由单片机对比方向相反的两超声波的波形信号，得到相位差；步骤三，根据得到的相位差，对比相位差与风速关系规律得到该方向的风速；步骤四，将方向垂直的两风速进行矢量相加，得到真实的风速和风向。

技术领域

本发明涉及气象监测技术领域，尤其涉及一种超声波风速风向仪的控制方法。

背景技术

超声波风速风向仪作为一种新型的测风设备与传统机械式风速风向仪相比，具有明显的有点：不存在转动部件，不会发生因转动而带来的磨损、老化问题，灵敏度高，启动风速为零，测量速度快，不需特别维护等。已被广泛应用于风电、气象和环境监测等领域。

现有的超声波风速风向仪通常采用时差法计算风速风向，即利用发送声波脉冲，测量接收端的时间差来计算风速和风向的风速风向。由于超声波在空气中的传播速度快，采用时差法的超声波风速风向仪往往要求超声波发射端与接收端的距离不能低于一定标准，否则将无法得到超声波接收的准确时刻，从而无法计算风速风向。这导致超声波风速风向仪体积较大，无法小型化，生产、储存、运输成本较高。

发明内容

本发明提供一种超声波风速风向仪的控制方法，解决了现有技术中超声波风速风向仪体积大的问题。

一种超声波风速风向仪的控制方法，超声波风速风向仪包括换能器、单片机U5、放大电路、多路开关U3，单片机U5分别与换能器、放大电路、多路开关U3电连接，多路开关U3分别与放大电路、换能器电连接,换能器的固有频率为40kHz；

步骤一，单片机U5控制换能器逐个发射超声波，任一换能器发射超声波，其余换能器的部分或者全体接收超声波；

步骤二，换能器接收的波形信号经过多路开关U3、放大电路后由单片机U5对比方向相反的两超声波的波形信号，得到相位差；

步骤三，根据得到的相位差，对比相位差与风速关系规律得到该方向的风速；相位差与风速关系规律为使用同一结构的超声波风速风向仪在风洞中经过测量得到的相位差与风速关系规律，为了配合后续的计算，相位差与风速关系规律中相位差对应的风速为实际风速的二分之一，例如，风洞中风速为20m/s时，相位差为，而在相位差与风速关系规律中，相位差对应的风速为10m/s。

步骤四，将方向垂直的两风速进行矢量相加，得到真实的风速和风向。

本发明通过换能器、单片机U5、放大电路、多路开关U3的电路结构以及换能器的位置关系实现了采用相位差法对风速的测量，无需超声波从发射到接收经过的具体时间，只需要对比相反方向的两列波形的相位差即可根据相位差与风速关系规律得到该方向风速的分量，实际中相位差的测量对超声波从发射到接收经过的时间没有要求，使得换能器之间的距离可以做到较小，从而超声波风速风向仪的体积能够小型化，降低了生产、储存、运输成本。

进一步，所述步骤一中其余换能器的部分或者全体在预定的时间后接收超声波。预定时间设为1ms，本发明超声波风速风向仪的测量范围为0-40m/s，根据实验规律，在此范围风速的影响下，1ms时间内相反方向的两列超声波之间的相位差小于一个周期，避免了相位差超过一个周期导致测量错误。

进一步，所述超声波风速风向仪共包括a、b、c、d四个换能器，换能器a发射超声波经过预定时间1ms后，单片机U5接收换能器b经放大电路放大的波形；

换能器a再次发射超声波，经过预定时间1ms后单片机U5接收换能器d经放大电路放大的波形；

换能器b发射超声波经过预定时间1ms后，单片机U5接收换能器a经放大电路放大的波形；