基于ARM+CPLD的高精度超声波风速仪的设计.pdf

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1、2012年第31卷第6期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)101*基于ARM+CPLD的高精度超声波风速仪的设计吴宗玲，闫连山，曾德兵，陈娟子(西南交通大学信息光子与通信研究中心，四川成都610031)摘要:分析了运用超声波时差法测量风速风向的基本原理，介绍了风速风向的相关算法，重点给出了基于ARM+CPLD的超声波风速风向仪原型设计�同时提出了一种处理0�(360�)附近平均风向问题的算法，结合实际运用(风力发电)给出了一种运用气压传感器进行绝对风速测量的理论模型�所设计的超声波风速风向仪对环境监测和风力发电等具有

2、重要的参考应用价值�关键词:ARM;CPLD;超声波;时差法;绝对风速;平均风向中图分类号:TP274文献标识码:B文章编号:1000�9787(2012)06�0101�03De�����f����a����c�a�ea�e���e�e���������*��ec�����ba�ed��ARM+CPLDWUZong-ling，YANLian-shan，ZENGDe-bing，CHENJuan-�i(Ce��e�f��I�f���a����P������c�&C������ca�����，S�����e��J�a�����U���e�����，C�e��d�610031，

3、C���a)Ab���ac�:Theprincipleofmeasurementofwindspeedanddirectionusingultrasonicwavetimedifferencemethodisintroducedfollowedbyrelatedalgorithms，thedesignofultrasonicwaveanemometerbasedonARM+CPLDisdescribedindetails.Inaddition，aneffectivealgorithmdealingwiththeaveragewinddirectionproblemsnea

4、r0�(360�)isproposed.Anabsolutewindspeedmeasurementmodelisprovidedusingabaroceptorforpracticalwindmeasurementapplications.Thedesignedultrasonicwaveanemometerhasimportantreferenceapplicationvalueinenvironmentalmonitoringandwindpowergeneration.Ke����d�:ARM;CPLD;ultrasonicwave;timedifferencem

5、easurement;absolutewindspeed;averagewinddirection0引言够准确地测量风矢量信息，本文采取将两对收发一体的超近年来，风力发电取得了飞速的发展，它是新能源领域声波探头相互垂直放置，两两相对呈180�且每对超声波探中最具开发前景的发电方式之一�然而，风能发电比其它头间距离相等，安装在同一水平面上，分别表示东,南,西,能源发电的投入成本高，其中最重要的一个因素就是风能北(如图1(a)，(b)所示)�以相同频率发射超声波信号并［1］发电的稳定性问题�想要较好地控制风机发电，使其能测量其顺,逆向的传播时间�通过相应计算，可以得到风获得较

6、高的风能利用率就必须准确及时地测出风速和风速,风向的数值，其所测得的结果为平均的水平风速,风向，向，并使风机的变桨和主控系统进行相应的动作�与传统在对应的坐标上表示，如图1(c)所示�机械式风速风向仪相比，超声波风速仪具有明显的优点:不假设南北(东西)两对超声波收发器间的距离均为L，存在转动部件，不会发生因转动而带来的磨损,老化问题，超声波顺,逆传播时间为�，�，�，��其中，�南北北南东西西东西东灵敏度高，启动风速为零，测量速度快，不需特别维护等�为超声波由西到东,�为由东到西,�为由南到北,�东西南北北南［2］已被广泛应用于风电,气象和环境监测等领域，国内市为由北到南

7、传播所需时间，风速为VW，东西分量为V东西，场近几年刚起步而且被国外产品垄断(国内尚无同类可靠南北分量为V南北，超声波传播速度为VS�根据时差法可产品)，市场前景很大�［3，4］求得1超声波风速风向测量原理在自然环境中，风速,风向可能是随机变化的，为了能东西方向上风速为收稿日期:2011�11�02*基金项目:国家自然科学基金资助项目(60972003);四川省科技支撑计划重大项目(2011GZ0239)102传感器与微系统第31卷�0，当�南北>�北南，且�东西<�西东��+，当�<�，且�<�0南北北南东西西东2�