基于STM32的超声波风速低采样检测技术

但 强

(中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 400039)

0 引言

伴随着半导体技术及超声波换能器技术的发展,基于超声波时差原理的气体流速仪器仪表广泛应用于气象、风电、通风系统监测、精准计量等领域[1]。相较于机械式、差压式风速仪,它具有测量下限低、宽量程、精度高、线性度好等优点,与热线热膜风速仪相比,其受环境温度、杂质等因素影响小,因此该技术在风速风向领域应用前景广阔。超声波时差原理可细分为时差法、相差法及频差法,相差法相对简单,但需要保证信号相移在一个超声波周期内,测量范围较为小[2-3],而频差法测量精度较低,测量周期较长,因此这2种方法实际应用较少[4],绝多数超声波风速产品采用时差法。

当前主要采用FPGA[5-6]和ARM核心[3,7-8]进行超声波风速测量系统设计,基于FPGA的系统多用于高速采集或运算量较大的应用中,功耗相对较高,而低功耗应用多采用ARM设计,目前超声波飞行时间检测主要采用固定阈值法,测量稳定性较差;此外,也有多芯片结合的设计方式,例如文献[9-10]采用了ARM和CPLD芯片,由CPLD负责超声波信号的驱动与接收,ARM负责数据处理及通讯,文献[11-12]也提出一种基于单片机和MS1022时间测量芯片结合的低成本设计。本文基于STM32提出一种低速率采样的双向风速检测模组的设计方法,设计模组不借助高速ADC及时间转换芯片等辅助芯片,仅利用内部计时器及ADC资源完成超声波信号的低速率无失真采样,通过调整测量频率和休眠时间可优化整机功耗,该方法具有低成本、低功耗的特点,可满足电池供电或在线实时监测等应用场景的双向测风需求。……