本发明专利技术提供一种便携式风速风向测量装置和方法，装置包括：检测模块、A/D转换模块、用于计算风速和风向的单片机、晶振复位模块、计数时钟模块、供电电路模块和显示模块；检测模块包括风速传感器和风向传感器。本发明专利技术利用风速和风向传感器来作为风能信号的采集工具，采集来的模拟量的风能信号通过A/D转换模块处理后送交给装置的控制核心单片机来处理，单片机将最终处理完的结果即监测的数据再利用液晶屏显示出来。该装置精度高，体积小，成本低，使用方便。方便。
【技术实现步骤摘要】
一种便携式测量风向风速装置及方法
[0001]本专利技术属于气象观测
，具体涉及一种便携式测量风向风速装置及方法。
技术介绍
[0002]风向风速测量装置可以广泛地应用于气象(如为台风数据提供准确的数据参考)、民航(为飞机起飞、降落提供风的可靠数据)、公路、桥梁(为建造公路、桥梁提供依据)、新能源(风能发电前期提供风数据)等行业，前景广阔。
[0003]旧式的机械式测风仪由于采用机械式传动结构，长时间使用精度会受影响而且读数不便。所以提高风速风向测量装置的精度与易用便携性，对于气象观测是非常有意义的。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对上述缺陷，提供一种能够精确测量风速和风向，且可以进行进一步误差修正的便携式测量风向风速装置及方法。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：一种便携式风速风向测量装置，包括：检测模块、A/D转换模块、用于计算风速和风向的单片机、晶振复位模块、计数时钟模块、供电电路模块和显示模块。
[0006]进一步地，所述检测模块包括风速传感器和风向传感器。
[0007]进一步地，所述风速传感器为四杯旋转架结构，具有超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波接收器、第三超声波接收器和第四超声波接收器；所述第一超声波接收器和所述第二超声波接收器用于检测x轴的所述自然风的风速，所述第三超声波接收器和所述第四超声波接收器用于检测y轴的所述自然风的风速。
[0008]进一步地，所述第一超声波接收器、所述第四超声波接收器位于自然风流入巷道一侧，所述第三超声波接收器、所述第二超声波接收器位于自然风流入巷道另一侧。
[0009]进一步地，所述显示模块为液晶显示屏。
[0010]本专利技术还提供利用上述便携式风速风向测量装置的测量方法，包括以下步骤：
[0011]S1：风速传感器检测自然风的风速光信号，风向传感器检测自然风的风向标偏角和水平分量；
[0012]S2：所述风速传感器采集所述自然风的风速光信号并传递给所述A/D转换模块，所述风向传感器测量风向标偏角和所述水平分量并传递给所述A/D转换模块；
[0013]S3：所述A/D转换模块将所述风速光信号、风向标偏角信号和水平分量信号转化为电信号，单片机初始化，然后一并传递给所述单片机；
[0014]S4：单片机接收到串口的数据并判断是否符合命令的数据，是则进行相应的命令分析，是来自于风速传感器还是风向传感器；所述单片机计算所在地的风向和风速；
[0015]S5：所述单片机对所述S4步骤得到的风向进行单周期相位检测的测量精度计算后，符合测量精度标准后利用所述S4步骤得到的风向对所述S3步骤直接测量得到的风速进行相关误差修正，并将处理完的数据信息通过串口发送出去，并将计算结果传递给显示模
块；如果不是符合命令的数据，则继续等待串口数据；
[0016]S6：所述显示模块显示测量结果。
[0017]进一步地，所述S4步骤中的单片机计算风速包括以下步骤：
[0018]S41：分别检测超声波信号从超声波发射器到第一超声波接收器的时间t1、到第二超声波接收器的时间t2、到第三超声波接收器的时间t3和到第四超声波接收器的时间t4：
[0019][0020][0021][0022][0023]其中，所述c为无自然风时的超声波波速，所述V
x
为自然风于x轴方向的风速，所述V
y
为自然风于y轴方向的风速；所述θ为所述x轴或所述y轴与所述超声波发射器1所在平面内，所述超声波接收器与所述超声波发射器1的连线相应地与所述x轴或所述y轴的夹角；所述L为所述超声波接收器至所述超声波发射器(1)轴线的水平距离；
[0024]S42：所述单片机分别计算所述时间t1和所述时间t2的第一时间变化量Δt
A
，所述时间t3和所述时间t4的第二时间变化量Δt
B
：
[0025][0026][0027]S43：由所述M2步骤的时间变化量求出所述x轴的风速V
x
和所述y轴的风速V
y
：
[0028][0029][0030]S44：计算所述x轴与所述y轴所在平面内的风速V：
[0031][0032]进一步地，所述S5步骤中的所述风速测量精度计算公式如下：
[0033][0034]其中，所述f
s
为被测的所述风速电信号的频率，所述f
dk
为所述计数时钟模块的计时的频率。
[0035]进一步地，所述S5步骤中的风向误差修正公式如下：
[0036][0037]其中，所述λ为经所述单片机计算修正后的风向。
[0038]本专利技术的有益效果为：
[0039]1、本专利技术提出了一种高精度、大范围的风速风向测量方法，解决了传统的飞行时间法和相位检测法不能同时考虑测量精度和测量范围的问题。在二进制幅度调制和互相关算法的基础上，设计了编码脉冲组合来测量超声波到达不同超声波接收器的时间差。与传统的ToF方法相比，编码脉冲组合可以获得更清晰的相关峰，从而获得更精确的时差测量结果。
[0040]2、为了进一步提高风速测量精度和分辨率，提出了基于超声波发射器分别与第一超声波接收器、第二超声波接收器、第三超声波发射器和第四超声波接收器形成的的高精度
±
180
°
数字相位检测方法。
[0041]3、结合时差和相位差测量结果，扩大了风速的测量范围，提高了测量精度，并基于该方法建立了风速风向测量装置。
[0042]4、本专利技术提供的便携式测量风向层数装置观测方便、性能稳定可靠，安装携带方便，实时将风速、风向变化情况显示出来；结构简单、体积小、成本低、实现容易，且其所应用的测量方法使最终获得的测量数据有着较高的准确性和可靠性。
附图说明
[0043]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：
[0044]图1为本专利技术提供的便携式测量风向风速装置结构示意图；
[0045]图2为本专利技术提供的便携式测量风向风速装置风速传感器结构示意图；
[0046]图3为本专利技术提供的便携式测量风向风速测量方法流程图；
[0047]图4为本专利技术提供的便携式测量风向风速测量方法的风速通过平面速度分解示意图。
[0048]具体实施例方式
[0049]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0050]实施例1
[0051]如图1所示，为本实施例提供的一种便携式风速风向测量装置，包括：检测模块、A/D转换模块、用于计算风速和风向的单片机、晶振复位模块、计数时钟模块、供电电路模块和显示模块本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种便携式风速风向测量装置，其特征在于，包括：检测模块、A/D转换模块、用于计算风速和风向的单片机、晶振复位模块、计数时钟模块、供电电路模块和显示模块。2.根据权利要求1所述的一种便携式风速风向测量装置，其特征在于，所述检测模块包括风速传感器和风向传感器。3.根据权利要求2所述的一种便携式风速风向测量装置，其特征在于，其特征在于，所述风速传感器为四杯旋转架结构，具有超声波发射器(1)、第一超声波接收器(2
‑
1)、第二超声波接收器(2
‑
2)、第三超声波接收器(2
‑
3)和所述第四超声波接收器(2
‑
4)；所述第一超声波接收器(2
‑
1)和所述第二超声波接收器(2
‑
2)用于检测x轴的所述自然风的风速，所述第三超声波接收器(2
‑
3)和所述第四超声波接收器(2
‑
4)用于检测y轴的所述自然风的风速。4.根据权利要求2所述的一种便携式风速风向测量方法，其特征在于，所述第一超声波接收器(2
‑
1)、第二超声波接收器(2
‑
4)位于自然风流入巷道一侧，所述第三超声波接收器(2
‑
3)、第二超声波接收器(2
‑
2)位于自然风流入巷道另一侧。5.根据权利要求2所述的一种便携式风速风向测量装置，其特征在于，所述显示模块为液晶显示屏。6.利用根据权利要求3
‑
5所述的一种便携式风速风向测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：风速传感器检测自然风的风速光信号，风向传感器检测自然风的风向标偏角和水平分量；S2：所述风速传感器采集所述自然风的风速光信号并传递给所述A/D转换模块，所述风向传感器测量风向标偏角和所述水平分量并传递给所述A/D转换模块；S3：所述A/D转换模块将所述风速光信号、风向标偏角信号和水平分量信号转化为电信号，单片机初始化，然后一并传递给所述单片机；S4：单片机接收到串口的数据并判断是否符合命令的数据，是则进行相应的命令分析，是来自于风速传感器还是风向传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁尔冰，刘以保，陈新，何畅，邓曙波，
申请(专利权)人：湖南国天电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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