申请/专利权人：浙江托普云农科技股份有限公司

申请日：2022-01-14

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN114791511B

主分类号：G01P5/24

分类号：G01P5/24;G01P13/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2022.08.12#实质审查的生效;2022.07.26#公开

摘要：本发明提供了一种基于特征波提取的超声波测风电路、方法及测风器，超声波测风电路包括控制模块、脉冲通道选择驱动模块、四个换能器、回波通道选择模块、程控放大模块、滤波模块、判断模块和测量模块，所述控制单元分别连接脉冲通道选择驱动模块、回波通道选择模块、程控放大模块、滤波模块、判断模块和测量模块，所述脉冲通道选择驱动模块依次连接四个换能器及回波通道选择模块，所述四个换能器基于四个方向设置。本发明提供的超声波测风速风向方法，电路设计简单，测量精度高。

主权项：1.一种基于特征波的超声波测风电路，其特征在于，包括控制模块、脉冲通道选择驱动模块、四个换能器、回波通道选择模块、程控放大模块、滤波模块、判断模块和测量模块，所述控制模块分别连接脉冲通道选择驱动模块、回波通道选择模块、程控放大模块、滤波模块、判断模块和测量模块，所述脉冲通道选择驱动模块依次连接四个换能器及回波通道选择模块，所述四个换能器基于四个方向设置；所述控制模块发送3个正向脉冲信号，T2时间后对3个脉冲信号进行换向，得到3个反向脉冲信号，再发送3个正向脉冲信号与3个反向脉冲信号共同激发任意一个换能器，其中，T为脉冲信号的一个周期；所述脉冲通道选择驱动模块控制3个正向脉冲信号和3个反向脉冲信号一正一负成对推挽式工作生成处理后的超声波信号；所述回波通道选择模块接收处理后的超声波信号选通相反方向的换能器接收相应回波信号传输至程控放大模块；所述程控放大模块对接收到的回波信号进行处理得到第一滤波信号并传输至滤波模块中；所述滤波模块对第一滤波信号进行滤波得到第二滤波信号，并将第二滤波信号一部分传输至测量模块中，另一部分经过判断模块后得到第三滤波信号并传输至所述控制模块中，所述控制模块基于第三滤波信号对回波信号的幅度进行判断，若不合适，则控制模块通过PWM+RC滤波的方式调节程控放大模块的增益；所述测量模块对接收到的第二滤波信号进行判断得到脉冲中断信号，并将脉冲中断信号反馈至控制模块中，所述测量模块接收到第二滤波信号时且选取8个回波对应的第二滤波，依次记录8个回波对应的第二滤波的时间并反馈至所述控制模块；所述控制模块对于读取到的8个回波对应的第二滤波的时间进行处理，基于相邻两个第二滤波的时间差得到特征波信号，进而得到实际的渡越时间，结合超声波传播的时间差，得到东西和南北的风速进而矢量合成风速和风向值；所述程控放大模块包括跟随单元、谐振单元、放大单元及滤波单元，所述跟随单元及谐振单元分别连接所述放大单元，放大单元包括运算放大器，运算放大器的4脚接地，6脚接-5V电压；所述跟随单元包括跟随器、电阻R1和电容C1，跟随器的输入端连接回波通道选择切换的输出端，跟随器的输出端分别连接电阻R1的一端和电容C1的一端，电阻R1的另一端接地，电容C1的另一端连接运算放大器的3脚；所述谐振单元包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2及电容C3，电阻R2的一端连接PWM信号端，电阻R2的另一端连接电容C2一端和运算放大器的1脚，电容C2的另一端接地，电阻R3的一端连接5V电压，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电容C3的一端并接地，电容C3的另一端连接运算放大器的2脚；所述滤波单元包括电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电阻R5及电阻R6，所述电容C4和电容C5并联并一端连接5V电压，另一端接地，电容C6的一端连接运算放大器的5脚及电阻R5的一端，另一端接地，电阻R5与电阻R6串联，电阻R5的一点连接运算放大器的5脚，电阻R6的另一端连接电容C7的一端运算放大器的7脚，电容C7的另一端连接带通滤波模块；脉冲通道选择驱动模块包括电阻R7-电阻R15、电容C8-C9、二极管D1-D4、三极管Q1-Q2及变压器TR1，电阻R7和电阻R8串联，电阻R7的另一端连接的信号输出端、电阻R8的另一端接地，电阻R8的一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接变压器TR1的6脚，变压器TR1的5脚连接5.4V电压，电阻R9和电阻R10串联，电阻R9的另一端连接的信号输出端、电阻R10的另一端接地，电阻R10的一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极连接变压器TR1的4脚；变压器TR1的1脚分别连接换能器的2脚及电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地；变压器TR1的3脚分别连接二极管D1的正极及二极管D2的负极，二极管D1的负极及二极管D2的正极分别连接电阻R12的一端及换能器的1脚，电阻R12的另一端连接电阻R11的一端；电阻R13串联电容C8，换能器的1脚连接电阻R13的另一端，电容C8的另一端分别连接二极管D3的负极、二极管D4的正极及电容C9的一端，二极管D3的正极及二极管D4的负极分别接地，电容C9的另一端分别连接电阻R14的一端和电阻R15的一端，电阻R14的另一端连接3.3V电压，电阻R15的另一端接地，电阻R14和电阻R15之间的输出端连接回波通道选择模块；所述测量模块包括测量芯片、晶体谐振器X2-X3、电阻16-24、电容C10-14，所述测量芯片的型号为TDC-MS1030；晶体谐振器X2的1脚分别连接电容C10的一端、电阻R16的一端及TDC-MS1030的1脚，TDC-MS1030的2脚连接电阻R16的另一端、电容C11的一端及晶体谐振器X2的3脚，电容C11的另一端接地，电容C10的另一端接地，晶体谐振器X2的2脚和4脚分别接地；晶体谐振器X3的一端连接电容C12的一端、电阻R21的一端及TDC-MS1030的15脚，TDC-MS1030的16脚分别连接电容C13的一端、电阻R21的另一端及晶体谐振器X3的另一端，电容C13的另一端及电容C12的另一端分别接地，TDC-MS1030的25脚和26脚分别连接电阻R23与电阻R22的一端，电阻R23与电阻R22的另一端分别接3.3V电压，7脚连接电阻R17再接地，5脚连接电阻R18再接信号输入端，18脚连接电容C14再接地，12脚连接电阻R24再接控制模块，27脚接收第二滤波信号，32脚连接电阻R19再接3.3V电压。

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