一种高精度的区域内多点风速风向测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种高精度的区域内多点风速风向测量系统，包括在待测区域（2）中心和边缘设置的若干测风点，所述测风点上均设置有室外测风装置（1），所述室外测风装置（1）包括在二维空间上正交收发一体的超声波传感器，所述超声波传感器与发射与接收切换电路通讯连接，所述发射与接收切换电路与第一微控制器模块通讯连接，所述第一微控制器模块的输出端分别与发射驱动电路模块的输入端和接收电路的输入端相连，所述发射驱动电路模块的输出端与所述发射与接收切换电路的输入端相连。本实用新型专利技术提供的一种高精度的区域内多点风速风向测量系统结构简单，成本低，可综合测量某块区域内整体的风场情况。

A high precision wind speed measurement system with multi points in the region

The utility model discloses a high precision multi region wind measurement system, including in the test region (2) of the anemography center and edge set, the measuring points are arranged on the outdoor measuring device (1), the outdoor wind device (1) comprises an ultrasonic sensor in two dimensional space orthogonal transceiver, the ultrasonic sensor is connected with the transmitting and receiving communication switching circuit, the switching circuit and transmitting and receiving the first communication module is connected with the micro controller, the input end of the first micro controller module output respectively with the emission driving circuit and the receiving circuit is connected with the input end of the. Emission output driving circuit module and the transmitting and receiving of the switching circuit is connected with the input end. The utility model has the advantages of simple structure and low cost, and can be used for measuring the overall wind field in a certain area.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种区域内多点风速风向测量系统，属于电子测量与气象计量

技术介绍
目前小型气象站中的测风装置多以风杯式测风仪最为常见，这种机械装置价格低，原理简单，适合测量较大的风速。在野外测量中，这种机械式测风装置很容易受到雨水、冰冻、沙尘的影响，且长时间使用之后，机械结构会老化，传动部分会严重磨损，摩擦阻力会增大，从而导致装置的机械转速与风速之间的比例函数关系发生改变，最终影响测量精度。近十几年来，超声波测量技术取得明显进步，超声波测风是超声波测量技术在气体介质中的一种新的应用，超声波测风仪和传统测风仪相比，其自身无活动部件，属于无惯性测量，它具有反应速度快，精度高等优点。目前市场上的超声波测风装置多为国外进口，但是单个价格普通高昂，成本较高，且都是仅作为单个独立固定的测量系统来使用的，是无法综合测量某块区域内整体的风场情况，例如需要综合测量某块实验性农田、生态渔场或机场的整个区域的风场。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，提供一种结构简单，成本低，可综合测量某块区域内整体的风场情况的高精度的区域内多点风速风向测量系统；进一步地，本技术提供一种节约能源的，可以用太阳能供电的高精度的区域内多点风速风向测量系统。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：一种高精度的区域内多点风速风向测量系统，包括在待测区域中心和边缘设置的若干测风点，所述测风点上均设置有室外测风装置，所述室外测风装置包括在二维空间上正交收发一体的超声波传感器，所述超声波传感器与发射与接收切换电路通讯连接，所述发射与接收切换电路与第一微控制器模块通讯连接，所述第一微控制器模块的输出端分别与发射驱动电路模块的输入端和接收电路的输入端相连，所述发射驱动电路模块的输出端与所述发射与接收切换电路的输入端相连，所述发射与接收切换电路的输出端与所述接收电路的输入端相连，所述接收电路的输出端与信号处理模块的输入端相连，所述信号处理模块的输出端与所述第一微控制器模块的输入端相连，所述第一微控制器模块还与信息传输模块通讯连接，所述信息传输模块与室内接收装置相连，所述室内接收装置与上位机相连；所述第一微控制器模块与第一电源模块相连。所述室内接收装置包括与所述信息传输模块通讯连接的无线接收模块和与所述第一微控制器模块通讯连接的第二微控制器模块，所述第二微控制器模块分别与JTAG模块、串行通信模块、储存模块、所述无线接收模块和显示模块通讯连接；所述第二微控制器模块与第二电源模块相连。所述第一微控制器模块位于室外，温度监测模块的输出端与所述第一微控制器模块的输入端相连，所述第一微控制器模块的输出端与加热电路的输入端相连。所述第一微控制器模块与太阳能模块相连。所述储存模块为SD卡数据储存模块。所述串行通信模块为UART串行通信模块，所述UART串行通信模块采用RS232接口模式。所述显示模块为TFT液晶显示模块。所述信息传输模块包括与所述第一微控制器模块通讯连接的无线发射模块和所述无线接收模块，所述无线发射模块和无线接收模块均为SIM928A模块，所述SIM928A模块包括GPRS传输模块和GPS定位模块。所述第一微控制器模块和第二微控制器模块的控制芯片为STM32F407ZGT6。二维空间上正交的意思是，在水平面上，在直角坐标系X、Y轴，在两个轴的两端，各放一个超声波探头，一共是四个探头。第一微控制器模块内部设置有定时器，定时器为第一微控制器模块内部模块，芯片内部组成部分。本技术以基于Cortex-M4内核的STM32微处理器(即第一微控制器模块和第二微控制器模块)为硬件核心，利用两对在二维空间上正交收发一体的超声波传感器的正向传播与反向传播之间的时间差来计算超声波传播方向上的风速，并联合多点测量，组成一个蜂窝式区域测量点，然后通过室内接收装置显示存储，最后通过上位机远程实时动态动画显示测量结果。本技术的有益效果如下：1.本技术结构简单，在保证结构稳定的同时，减少了仪器本身结构对风场的影响，使超声波传感器能够稳定接收到信号；2.本技术各测风点都可以显示出经纬度和温度，并在控制终端(即上位机)区域地图上实时动态显示出来，使用户更加客观的观测到数据；3.本技术可以综合测量出整块区域的风场情况，避免了仅使用单个测风仪工作时会出现故障和其它自然因素导致的较大误差。4.本技术通过无线传输方式测量区域各点，避免了在待测区域内各种信号线和电源线错综交叉以及挖土开槽埋线等繁琐工序。5.本技术测得的风速风向数据既可以通过接收端液晶显示屏显示出来，也可以通过上位机进行动态显示和数据处理，让使用者可以实时观测到当前区域各点测得的风速风向数据和历史数据；6.本技术的室内接收装置可以独立使用，使用者可以随身携带工作。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术中室外测风装置的结构示意图；图3为本技术中室内接收装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术作更进一步的说明。如图1～图3所示，一种高精度的区域内多点风速风向测量系统，包括在待测区域2中心和边缘设置的若干测风点，所述测风点上均设置有室外测风装置1，所述室外测风装置1包括在二维空间上正交收发一体的超声波传感器，所述超声波传感器与发射与接收切换电路通讯连接，所述发射与接收切换电路与第一微控制器模块通讯连接，所述第一微控制器模块的输出端分别与发射驱动电路模块的输入端和接收电路的输入端相连，所述发射驱动电路模块的输出端与所述发射与接收切换电路的输入端相连，所述发射与接收切换电路的输出端与所述接收电路的输入端相连，所述接收电路的输出端与信号处理模块的输入端相连，所述信号处理模块的输出端与所述第一微控制器模块的输入端相连，所述第一微控制器模块还与信息传输模块3通讯连接，所述信息传输模块3与室内接收装置4相连，所述室内接收装置4与上位机5相连；所述第一微控制器模块与第一电源模块相连。所述室内接收装置4包括与所述信息传输模块3通讯连接的无线接收模块和与所述第一微控制器模块通讯连接的第二微控制器模块，所述第二微控制器模块分别与JTAG模块、串行通信模块、储存模块、所述无线接收模块和显示模块通讯连接；所述第二微控制器模块与第二电源模块相连。所述第一微控制器模块位于室外，温度监测模块的输出端与所述第一微控制器模块的输入端相连，所述第一微控制器模块的输出端与加热电路的输入端相连。所述第一微控制器模块与太阳能模块相连。所述储存模块为SD卡数据储存模块。所述串行通信模块为UART串行通信模块，所述UART串行通信模块采用RS232接口模式。所述显示模块为TFT液晶显示模块。所述信息传输模块3包括与所述第一微控制器模块通讯连接的无线发射模块和所述无线接收模块，所述无线发射模块和无线接收模块均为SIM928A模块，所述SIM928A模块包括GPRS传输模块和GPS定位模块。所述第一微控制器模块和第二微控制器模块的控制芯片为STM32F407ZGT6。本技术用于发出各种控制指令的中央处理单元(即第一微控制器模块和第二微控制器模块)为ST公司的STM32F407ZGT6芯片，该芯片采用Cortex-M4内核，运行频率可高达168MHZ，新增了硬件FPU单元以及D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度的区域内多点风速风向测量系统，其特征在于，包括在待测区域（2）中心和边缘设置的若干测风点，所述测风点上均设置有室外测风装置（1），所述室外测风装置（1）包括在二维空间上正交收发一体的超声波传感器，所述超声波传感器与发射与接收切换电路通讯连接，所述发射与接收切换电路与第一微控制器模块通讯连接，所述第一微控制器模块的输出端分别与发射驱动电路模块的输入端和接收电路的输入端相连，所述发射驱动电路模块的输出端与所述发射与接收切换电路的输入端相连，所述发射与接收切换电路的输出端与所述接收电路的输入端相连，所述接收电路的输出端与信号处理模块的输入端相连，所述信号处理模块的输出端与所述第一微控制器模块的输入端相连，所述第一微控制器模块还与信息传 输模块（3）通讯连接，所述信息传输模块（3）与室内接收装置（4）相连，所述室内接收装置（4）与上位机（5）相连；所述第一微控制器模块与第一电源模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种高精度的区域内多点风速风向测量系统，其特征在于，包括在待测区域（2）中心和边缘设置的若干测风点，所述测风点上均设置有室外测风装置（1），所述室外测风装置（1）包括在二维空间上正交收发一体的超声波传感器，所述超声波传感器与发射与接收切换电路通讯连接，所述发射与接收切换电路与第一微控制器模块通讯连接，所述第一微控制器模块的输出端分别与发射驱动电路模块的输入端和接收电路的输入端相连，所述发射驱动电路模块的输出端与所述发射与接收切换电路的输入端相连，所述发射与接收切换电路的输出端与所述接收电路的输入端相连，所述接收电路的输出端与信号处理模块的输入端相连，所述信号处理模块的输出端与所述第一微控制器模块的输入端相连，所述第一微控制器模块还与信息传输模块（3）通讯连接，所述信息传输模块（3）与室内接收装置（4）相连，所述室内接收装置（4）与上位机（5）相连；所述第一微控制器模块与第一电源模块相连。2.根据权利要求1所述的一种高精度的区域内多点风速风向测量系统，其特征在于：所述室内接收装置（4）包括与所述信息传输模块（3）通讯连接的无线接收模块和与所述第一微控制器模块通讯连接的第二微控制器模块，所述第二微控制器模块分别与JTAG模块、串行通信模块、储存模块、所述无线接收模块和显示模块通讯连接；所述第二微控制器模块与第二电源模块相连。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：行鸿彦，张冬冬，郭敏，张兰，张璇，邢玉品，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32