针对传统机械式风速仪测量精度低、使用寿命短、维护成本高等缺点,本文介绍了一种由北京波恩仪器公司生产的高精度超声波风速风向测量系统:以C8051F020芯片为核心,利用其强大的控制、采集、运算功能,完成超声波信号的收发控制、时差判断、数据处理等功能,提高风速风向测量的精度和可靠性;对该测量系统的工作原理和方式进行了分析,给出了设计思想和硬件电路,并进行了试验;试验结果表明,波恩仪器公司所设计的超声波风速风向测量系统灵敏度高、测量范围广、安装维修方便,可在工业、农业、环境观测、气象监测、交通隧道等领域广泛使用风速仪。
波恩仪器公司生产的本款仪器外形采用了中国传统文化中“天圆地方”和“太极”元素，突破了印象中气象仪器的固有外形风速仪。产品造型设计融入了“外圆内方，圆中有方，方中有圆”的多层结构，并贯穿了本产品的全系列。
应用场所：
主要应用于家庭气象站
农田气象检测
智慧城市监测
环境气象监测
主要特点：
l 免维护风速仪，使用寿命长
l 无移动部件风速仪，零磨损
l 工程塑料外壳风速仪，更轻便
l 采用超声波探头反射式风速仪，结构更紧凑
l 采用声波相位补偿技术风速仪，精度更高
风速的测量是空气动力学及相关学科研究的基础之一风速仪。当前使用的风速仪种类繁多,工作原理和性能也都不相同。风速与温度的相关性比较强,温度是特别难以精确测量的量,超声波时差法可以消除空气中温度的影响。波恩仪器公司以设计和实现一种利用超声波时差法测量风速风向的测量系统为目标,对硬件电路设计,超声波回波数据采集,时差提取方法等内容进行了研究。
超声波风速风向仪硬件电路主要包括三个部分:主控模块,发射驱动模块,回波调理模块.主控模块采用DSP+FPGA架构,DSP负责时差提取,测量控制,与上位机通信等,FPGA配合DSP控制方波激励,通道选择,采集控制和数据存储等,并用12位高精度ADC做数字采集风速仪。发射驱动模块将方波信号通过通道切换芯片选通后,升压至300Vpp,激励换能器发射超声波信号.回波调理模块应用电荷放大器将换能器电荷信号转变为微弱电压信号,程控放大器将其放大用于数字采集。设计合理适用的仪器结构,可以根据实际需要调节传感器距离。根据结构建立风速风向解算的数学模型，设计时差提取算法,根据回波信号性质提出一种基于可变阈值过零点检测的回波到时算法，详细设计测量系统主程序和与上位机的通信协议。波恩仪器公司的技术人员还分析了超声波风速风向仪的误差来源,依据误差的不同分类设计不同的误差校正算法。
技术指标：
测量范围
精 度
分辨率
风速
0 - 70m/s
± 5 ％
0.1m/s
风向
0 - 359 °
± 3 °
1 °
数字输出
RS232 、 RS485 、 SDI-12 （选其一）
通讯波特率
4800 - 19200
通讯协议
ModBus 、 NMEA-0183
防护等级
IP65
操作温度
-20 ℃ - +60 ℃
工作湿度
0 - 100RH
电源需求
VDC: 5-30V
电源功耗
0.3W
外型尺寸 / 重量
Φ110 × 140mm 0.18kg
材料
ASA