本發(fā)明屬于風(fēng)能技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種高精度三維測風(fēng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

風(fēng)能就是空氣流動所產(chǎn)生的動能 ，風(fēng)場風(fēng)資源的品質(zhì)時刻影響著風(fēng)力機的運行，風(fēng)速和風(fēng)向是風(fēng)場的重要因素，測量的準確與否直接影響到對風(fēng)場特性的研究。

目前，國內(nèi)外對風(fēng)速風(fēng)向的測量方法主要以超聲波測量法為主；一種介紹了運用超聲波傳感器，以反射法測量液體深度；另一種介紹了基于TDC-GP21芯片的超聲波測量液體流量和測距的方法，并且TDC-GP21芯片主要應(yīng)用在測量液體流量等方面；又一種提出了一種基于80C51單片機控制系統(tǒng)的二維超聲波陣列測風(fēng)系統(tǒng)；最后介紹了三維超聲波陣列的測風(fēng)原理及其應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是針對快速準確測量風(fēng)速和風(fēng)向的問題，彌補現(xiàn)有風(fēng)速風(fēng)向測量裝置的不足，提供一種高精度三維測風(fēng)系統(tǒng)；本發(fā)明能夠快速準確地測量風(fēng)速和風(fēng)向，且系統(tǒng)工作時保持著較低的功耗。

為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

本發(fā)明一種高精度三維測風(fēng)系統(tǒng)，包括高精度時間測量芯片、單片機、超聲波換能器、多路選擇器、帶通濾波放大電路、脈沖驅(qū)動電路、溫度補償模塊、電源模塊、LCD顯示器、GPRS通信模塊、上位機；其結(jié)構(gòu)要點是：所述高精度時間測量芯片與單片機相互連接，電源模塊分別與高精度時間測量芯片、單片機連接；所述超聲波換能器個數(shù)為6個，每個超聲波換能器均可以作為超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器；所述高精度時間測量芯片的輸出端連接脈沖驅(qū)動電路，所述脈沖驅(qū)動電路的輸出端連接一個超聲波發(fā)射換能器，一個超聲波接收換能器連接帶通濾波放大電路，所述帶通濾波放大電路的信號輸出端連接高精度時間測量芯片的信號輸入端；所述單片機還連接有LCD顯示器、GPRS通信模塊、SD存儲卡，所述GPRS通信模塊與上位機連接進行通信。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述高精度時間測量芯片的信號輸入端與溫度補償模塊相連。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述帶通濾波放大電路的信號輸出端連接高精度時間測量芯片的STOP1或STOP2引腳。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述高精度時間測量芯片采用TDC-GP21測量芯片。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述單片機采用MSP430F413芯片。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述多路選擇器采用ADG804四路選擇器。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述電源模塊采用蓄電池或太陽能電池板。

本發(fā)明的有益效果是。

本發(fā)明提供一種高精度三維測風(fēng)系統(tǒng)，針對現(xiàn)有風(fēng)速風(fēng)向測量裝置在測量精度和反應(yīng)時間方面的不足，本發(fā)明利用對超聲波換能器構(gòu)成三維陣列，采用時差法測量風(fēng)速和風(fēng)向；設(shè)計了三維超聲波測風(fēng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及超聲波驅(qū)動電路和超聲波接收電路。本發(fā)明采用TDC-GP21高精度時間測量芯片和MSP430F413超低功耗單片機控制芯片，整個系統(tǒng)能夠快速準確地測量風(fēng)速和風(fēng)向，且系統(tǒng)工作時保持著較低的功耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種高精度三維測風(fēng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明一種高精度三維測風(fēng)系統(tǒng)的超聲波驅(qū)動電路電路連接圖。

圖3是本發(fā)明一種高精度三維測風(fēng)系統(tǒng)的帶通濾波放大電路電路連接圖。

具體實施方式

如圖1所示，為本發(fā)明一種高精度三維測風(fēng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。包括高精度時間測量芯片、單片機、超聲波換能器、多路選擇器、帶通濾波放大電路、脈沖驅(qū)動電路、溫度補償模塊、電源模塊、LCD顯示器、GPRS通信模塊、上位機；其結(jié)構(gòu)要點是：所述高精度時間測量芯片與單片機相互連接，電源模塊分別與高精度時間測量芯片、單片機連接；所述超聲波換能器個數(shù)為6個，每個超聲波換能器均可以作為超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器；所述高精度時間測量芯片的輸出端連接脈沖驅(qū)動電路，所述脈沖驅(qū)動電路的輸出端連接一個超聲波發(fā)射換能器，一個超聲波接收換能器連接帶通濾波放大電路，所述帶通濾波放大電路的信號輸出端連接高精度時間測量芯片的信號輸入端；所述單片機還連接有LCD顯示器、GPRS通信模塊、SD存儲卡，所述GPRS通信模塊與上位機連接進行通信。

所述高精度時間測量芯片的信號輸入端與溫度補償模塊相連。

所述帶通濾波放大電路的信號輸出端連接高精度時間測量芯片的STOP1或STOP2引腳；所述高精度時間測量芯片采用TDC-GP21測量芯片。

所述單片機采用MSP430F413芯片；所述電源模塊采用蓄電池或太陽能電池板。

本發(fā)明進行三維風(fēng)速的測量，所以有3對共6個超聲波換能器工作，每個換能器既具有發(fā)射功能也具有接收功能，每次只有2個換能器同時工作；因此本發(fā)明的多路選擇器采用ADG804四路選擇器，由所述單片機MSP430F413芯片控制其管腳進行通道選擇。

結(jié)合附圖1和本發(fā)明的技術(shù)方案闡述工作過程：首先通過TDC-GP21進行溫度測量，然后由單片機控制TDC-GP21片內(nèi)脈沖發(fā)生器，在其FIRE＿UP 或FIRE＿DOWN引腳產(chǎn)生頻率為200KHz的方波脈沖序列，經(jīng)驅(qū)動電路后，由超聲波發(fā)射換能器發(fā)射超聲波。當(dāng)接收端換能器接收到超聲波信號后，先通過帶通濾波放大電路處理，處理后的信號觸發(fā)TDC-GP21的STOP1或STOP2引腳，由TDC-GP21計算超聲波傳播時間。最后單片機讀取傳播時間，以時差法計算風(fēng)速和風(fēng)向。在數(shù)據(jù)傳輸處理上，風(fēng)速和風(fēng)向值由單片機通過GPRS通信模塊遠程傳輸?shù)缴衔粰C。上位機通過LCD顯示器顯示三維合成后的實際風(fēng)速以及各坐標(biāo)軸的風(fēng)向角θ，風(fēng)向角θ 分別表示成3個軸各自的夾角。數(shù)據(jù)也可保存到SD存儲卡上。

如圖2所示，為本發(fā)明一種高精度三維測風(fēng)系統(tǒng)的超聲波驅(qū)動電路電路連接圖。圖中，Q7為IRL3410絕緣柵型MOSFET，在此電路中起到開關(guān)的作用，T1為升壓變壓器，原副邊匝數(shù)比為1:10，電阻R23和電容C22組成儲能電路。TDC-GP21的FIRE＿UP或FIRE＿DOWN端口產(chǎn)生的脈沖序列通過SSP1輸入，當(dāng)輸

入為脈沖的高電平時，Q7導(dǎo)通，變壓器副邊不工作，當(dāng)輸入脈沖為低電平時，Q7不工作，變壓器副邊導(dǎo)通，原邊存儲的能量釋放到副邊。這就實現(xiàn)了原邊低幅值的方波脈沖升高到副邊高幅值同頻率的方波脈沖，副邊的輸出引腳TRANS1與換能器相連接，實現(xiàn)對超聲波換能器的驅(qū)動，使換能器發(fā)出超聲波信號。

可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或等同替換，以達到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。