一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的方向自校準(zhǔn)超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的方向自校準(zhǔn)超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)及方法，通過數(shù)個(gè)基于Zigbee協(xié)議的無線傳輸模塊建立起一張基于虛擬機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，各Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括兩對(duì)超聲波探頭，每對(duì)探頭兩兩相對(duì)且兩對(duì)超聲波探頭相互交叉垂直設(shè)置，通過獲取每對(duì)探頭超聲波的傳播時(shí)間以及兩個(gè)探頭的間距，計(jì)算獲得兩個(gè)分方向上的風(fēng)速度；對(duì)兩個(gè)方向上的風(fēng)速矢量合成得到自然風(fēng)的速度與方向；通過電子羅盤獲得Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的擺放位置與地磁北極的偏角得到自然風(fēng)的實(shí)際方向。
【專利說明】-種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的方向自校準(zhǔn)超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)及方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超聲測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的方向自校準(zhǔn) 超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，現(xiàn)有的風(fēng)速風(fēng)向儀主要包括機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向儀、熱敏式風(fēng)速風(fēng)向儀以及超 聲波風(fēng)向儀等。機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向儀存在機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高，在沙塵、低溫、結(jié) 冰等環(huán)境中無法正常工作，并且存在活動(dòng)部件，易磨損，壽命短。受機(jī)械結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理的 限制，機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向儀的測(cè)量精度低。
[0003] 熱敏式風(fēng)速風(fēng)向儀的基本原理是將置于氣流中的物體加熱到一定溫度，通過計(jì)算 物體熱量損失計(jì)算風(fēng)速。熱敏式風(fēng)速風(fēng)向儀受環(huán)境溫度變化影響大，只適用于溫度變化慢 的低風(fēng)速測(cè)量，實(shí)際應(yīng)用較少。
[0004] 超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀不存在活動(dòng)的機(jī)械部件，對(duì)惡劣測(cè)量環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。但現(xiàn)有的 超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀在測(cè)量風(fēng)速時(shí)需要考慮氣候環(huán)境對(duì)超聲波傳播速度的影響，需要手動(dòng)校 準(zhǔn)方向，且單節(jié)點(diǎn)獨(dú)自工作，不能準(zhǔn)確測(cè)量所需區(qū)域的風(fēng)速風(fēng)向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的方向自校準(zhǔn)超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)及方 法，以便對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)量。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的方向自校準(zhǔn)超聲波測(cè)風(fēng)方法，通過數(shù)個(gè)基于Zigbee協(xié)議 的無線傳輸模塊建立起一張基于虛擬機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，各Zigbee網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)包括兩對(duì)超聲波探頭，每對(duì)探頭兩兩相對(duì)且兩對(duì)超聲波探頭相互交叉垂直設(shè)置，通過 獲取每對(duì)探頭超聲波的傳播時(shí)間以及兩個(gè)探頭的間距，計(jì)算獲得兩個(gè)分方向上的風(fēng)速度； 對(duì)兩個(gè)方向上的風(fēng)速矢量合成得到自然風(fēng)的速度與方向；通過電子羅盤獲得Zigbee網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)的擺放位置與地磁北極的偏角得到自然風(fēng)的實(shí)際方向。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，計(jì)算風(fēng)速和方向的方法如下：
[0009] 測(cè)量一對(duì)超聲波探頭的安裝距離L，無風(fēng)條件時(shí)超聲波在空氣中的傳播速度C，超 聲波在順風(fēng)時(shí)的傳播速度和逆風(fēng)時(shí)的傳播速度，得到順風(fēng)時(shí)和逆風(fēng)時(shí)超聲波的傳播時(shí)間差

【權(quán)利要求】
1. 一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的方向自校準(zhǔn)超聲波測(cè)風(fēng)方法，其特征在于；通過數(shù)個(gè)基于 Zigbee協(xié)議的無線傳輸模塊建立起一張基于虛擬機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，各 Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括兩對(duì)超聲波探頭，每對(duì)探頭兩兩相對(duì)且兩對(duì)超聲波探頭相互交叉垂 直設(shè)置，通過獲取每對(duì)探頭超聲波的傳播時(shí)間W及兩個(gè)探頭的間距，計(jì)算獲得兩個(gè)分方向 上的風(fēng)速度；對(duì)兩個(gè)方向上的風(fēng)速矢量合成得到自然風(fēng)的速度與方向；通過電子羅盤獲得 Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的擺放位置與地磁北極的偏角得到自然風(fēng)的實(shí)際方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)風(fēng)方法，其特征在于計(jì)算風(fēng)速和方向的方法如下： 測(cè)量一對(duì)超聲波探頭的安裝距離以無風(fēng)條件時(shí)超聲波在空氣中的傳播速度C，超聲波 在順風(fēng)時(shí)的傳播速度和逆風(fēng)時(shí)的傳播速度，得到順風(fēng)時(shí)和逆風(fēng)時(shí)超聲波的傳播時(shí)間差tl、 t2,通過下式計(jì)算得到風(fēng)速值Vi :
同理得到另一對(duì)超聲波探頭方向上的速度V2,合成兩個(gè)方向的速度VI，V2即得到實(shí)際 風(fēng)速
與風(fēng)向角
根據(jù)ViV2的正負(fù)值，判定出風(fēng)向角位于哪一個(gè)象 限，將0歸到W正北方向?yàn)榱泓c(diǎn)的0° -360°的區(qū)間內(nèi)，得到風(fēng)向值。
3. -種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的方向自校準(zhǔn)超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于：包括若干個(gè)基于 Zigbee無線傳輸模塊建立的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，所述的Zigbee網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)均包括Zigbee無線傳 輸模塊和單片機(jī)，單片機(jī)還分別連接有超聲探頭驅(qū)動(dòng)電路、超聲波發(fā)射與接收電路、電子羅 盤；各Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的超聲波發(fā)射與接收電路均包括兩對(duì)超聲波探頭，每對(duì)探頭兩兩相 對(duì)且兩對(duì)超聲波探頭相互交叉垂直設(shè)置，通過獲取每對(duì)探頭超聲波的傳播時(shí)間W及兩個(gè)探 頭的間距，計(jì)算獲得兩個(gè)分方向上的風(fēng)速度；通過電子羅盤獲得Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的擺放位 置與地磁北極的偏角得到自然風(fēng)的實(shí)際方向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于；所述的Zigbee網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)還 包括與單片機(jī)連接的溫濕度傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于；所述的Zigbee網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)還 包括與單片機(jī)連接的串行接口，通過串行接口就地獲取節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于；所述的Zigbee網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)還 包括與單片機(jī)連接的液晶顯示模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于；所述的Zigbee網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)還 包括與單片機(jī)連接的無線通信模塊，通過無線通信模塊將測(cè)量到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01P5/24GK104391131SQ201410668101
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】郭建中, 李霖, 劉昕, 劉世博 申請(qǐng)人:陜西師范大學(xué)