基于STM32F的超声波风速风向仪设计·97·基于STM32F的超声波风速风向仪设计刘德荣，王瑛，王铁流，张炳洋(北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京100124)摘要：为提高风电机组的发电效率及降低作业事故，针对风电机组的风速参数控制要求给出了基于STM32F系列处理器实现的超声波风速风向仪测量系统。该仪器运用超声波时差算法测量风速风向，简化了信号处理部分的硬件设计，经有效的软件滤波平滑算法并通过风洞标定后，获得较高精度和稳定性。设计的超声波风速风向仪在气象监测和风力发电机组的运行控制等应用方面具有实际使用价值。关键词：STM32：风速仪；超声波测速；时差法中图分类号：TP274 文献标识码：A文章编号：1000—8829(2017)06—0097—04Design of the Ultrasonic Anemometer Based on STM32FLIU De—rong，WANG Ying，WANG Tie-liu，ZHANG Bing—yang(College of Electronic Information and Control Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China)Abstract：In order to improve the power generation efficiency of the wind turbine and reduce the operationalaccidents。
an ultrasonic wind speed and direction measurement system based on the STM32F series processor iSpresented．The instrument uses ultrasonic time difference algorithm to measure the wind speed and direction风速 风向，which simplifies the hardware design of the signal processing part，and the high accuracy and stability are ob—tained after the effective software filter smoothing algorithm and the wind tunnel calibration．The designed ultra—sonic wind instrumenthas practical value in the meteorological monitoring and the operating control of windturbines and other applications．Key words：STM32；anemometer；ultrasonic wind speed measurement；time difierenee method随着全球对低碳经济的关注以及国家对新能源产业的扶持，国内的风力发电产业发展迅猛111。
但是风力发电较其他发电方式的技术和成本要求较高，其中主要因素之一就是风力发电机组运转的稳定性问题。而提高稳定性的办法之一就在于风电机组需要根据风速风向作为控制参数，实时对机组叶片进行变桨或停机控制。因传统的机械式风速仪长期运行会产生磨损以及遇到冬天的冰雪覆盖等状况，直接影响风速测量的结果，本研究采用超声无接触测量，精度高、寿命长、稳定性好，十分适合风电设备工作的恶劣环境。1 时差法测量原理在自然环境中，风速、风向可能是随机变化的。为收稿日期：2016—10—28作者简介：刘德荣(1991一)，男，硕士研究生，主要研究领域为电子与通信工程；王瑛(1961一)，女，硕士，副教授风速 风向，主要研究方向为智能化信息处理、虚拟仪器；张炳洋(1992一)，男，硕士研究生，主要研究领域为电子与通信工程。了能够准确地测量风矢量信息，需要采用两对收发一体的超声波探头正交放置，测量方向按时针方向旋转，先从南到北，再从西到东，从北到南，最后从东到西，且每对超声波探头间距离严格相等’2 J。初期的直射式超声测风仪，两对探头安装在同一水平面，收发声程为两个探头的直线距离。为使测试仪结构小巧，本文设计成反射式，在探头上方加装了椭圆剖面曲线的反射顶盖口o，并将4个探头以V型安装在椭圆曲面的两个焦点附近，在声程不变时水平距离明显减小，这样既可以保证超声波探头的测量精度，又减小了外壳尺寸，安装更加方便，并且增加的顶盖具有一定保护探头的功效。
如图1(a)所示。本文所设计的超声波风速风向仪将采用直接时差法进行测量。图1(b)为一维时差法测风示意图一o，￡为超声波在传感器A和传感器B与反射点C之间的距离，即L=ac=bc。假设咒。为传感器A发送超声波到传感器B接收所需要的时间，咒。为传感器B发送超声波到传感器A接收所需要的时间。因为超声波在空气中的传播速度受温度和气压等因素影响，所以假设万方数据
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