CN110161279B - 一种结构简单的超声波风速测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构简单的超声波风速测量装置，包括主控模块、显示模块、电源及数据下载模块、超声波发送模块和超声波接收模块，主控模块的输入端与电源及数据下载模块电连接，主控模块的输出端分别与显示模块、超声波发送模块和超声波接收模块电连接；本发明的主控模块控制超声波发送模块发送多次超声波，并通过超声波接收模块接收多次超声波，再由主控模块计算处理得出当前风速的大小和方向，并通过显示模块显示数据，具有结构简单，操作简便，测量精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及气象监测领域，特别是一种结构简单的超声波风速测量装置。
背景技术
风作为一种自然现象,本身又蕴藏着巨大的能量，能对人类活动产生重大影响。全球能源危机日益加重，清洁能源的开发必然是发展的方向。目前世界各地越来越重视对风参数的观测研究。风向风速测量仪应用于测量目的地的风向风速，其测量到的瞬时风向风速，经计算处理可输出瞬时风速风向值、平均风速风向值、最大风速等数据。在民航运输中，风对飞机安全进场离场影响很大：飞机起降时必须根据近地面的风速和风向选择适宜的起飞、着陆方向；低空风场情况复杂时，还会根据实际情况推迟或取消航班。所以，风的精确测量对飞行安全具有重要的意义。风向风速测量仪还广泛地应用于气象(为台风数据提供准确的数据参考)、公路、桥梁(为建造公路、桥梁提供依据)、新能源(风能发电前期提供风能数据)等行业，前景广阔。根据超声波流体检测技术，利用超声波传播时在不同的流体中流动时所呈现的信息不同，可以进行不同流体状态的检测。超声波检测技术在大气监测方面得到广泛应用，并且在工业生产方面，呈现出很多运用超声波技术的测量仪器。随着检测技术的发展，智能化的发展趋势下，传统的机械式风速测量仪器已经不能满足要求，由于机械式风速测量仪器在室外使用过程中容易受到外界环境的影响，导致测量误差较大，且随着使用时间的增长，机械式仪器容易产生磨损，进一步影响测量精度，在设备维护方面成本也较高；市面上虽然也有超声波风速仪，但其制作复杂且昂贵，因此，研究一种结构简单，生产成本低的基于超声波技术的快速、精确、智能的风速仪是非常必要的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、生产成本低的结构简单的超声波风速测量装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种结构简单的超声波风速测量装置，包括主控模块、显示模块、电源及数据下载模块、超声波发送模块和超声波接收模块，所述主控模块的输入端与所述电源及数据下载模块电连接，所述主控模块的输出端分别与所述显示模块、超声波发送模块和超声波接收模块电连接。
所述主控模块包括主控芯片U1、按键K1、晶体振荡器Y1、电阻R3、电容C1、电容C2和电容C3；所述主控芯片U1的1、2、4、5引脚与所述超声波发送模块电连接；所述主控芯片U1的3、12、13引脚与所述超声波接收模块电连接；所述主控芯片U1的10和11引脚与所述电源及数据下载模块电连接，所述按键K1的1引脚分两路，一路通过所述电阻R3接地，另一路接所述主控芯片U1的9引脚；所述按键K1的2引脚接所述按键K1的1引脚与主控芯片U1的9引脚之间的节点；所述按键K1的4引脚分3路，第一路接所述按键K1的3引脚，第二路接5V电源，第三路通过所述电容C3接所述按键K1的1引脚与主控芯片U1的9引脚之间的节点；所述主控芯片U1的20引脚接地；所述主控芯片U1的18引脚通过所述电容C1接所述电阻R3与地的节点；所述主控芯片U1的19引脚分两路，一路通过所述电容C2接所述主控芯片U1的20引脚与地的节点，另一路通过所述晶体振荡器Y1接所述电容C1与主控芯片U1的18引脚的节点；所述主控芯片U1的31引脚分两路，一路接5V电源，另一路与所述显示模块电连接；所述主控芯片U1的40引脚分两路，一路接5V电源，另一路与所述显示模块电连接；所述主控芯片U1的26、27、28、32、33、34、35、36、37、38、39均与所述显示模块电连接。
所述显示模块包括显示屏LCD、电阻RP1、电阻RP2、电阻RP3、电阻RP4、电阻RP5、电阻RP6、电阻RP7、电阻RP8和可调电阻RW1；所述可调电阻RW1的第一接线端子分两路，一路接5V电源，另一路接所述显示屏LCD的2引脚；所述可调电阻RW1的第二接线端子接所述显示屏LCD的3引脚；所述可调电阻RW1的第三接线端子分两路，一路接地，另一路接所述显示屏LCD的1引脚；所述显示屏LCD的4引脚接所述主控芯片U1的28引脚；所述显示屏LCD的5引脚接所述主控芯片U1的27引脚；所述显示屏LCD的6引脚接所述主控芯片U1的26引脚；所述显示屏LCD的7引脚分两路，一路通过所述电阻RP1接所述主控芯片U1的40引脚，另一路接所述主控芯片U1的39引脚；所述显示屏LCD的8引脚通过所述电阻RP2接所述主控芯片U1的38引脚；所述显示屏LCD的9引脚通过所述电阻RP3接所述主控芯片U1的37引脚；所述显示屏LCD的10引脚通过所述电阻RP4接所述主控芯片U1的36引脚；所述显示屏LCD的11引脚通过所述电阻RP5接所述主控芯片U1的35引脚；所述显示屏LCD的12引脚通过所述电阻RP6接所述主控芯片U1的34引脚；所述显示屏LCD的13引脚通过所述电阻RP7接所述主控芯片U1的33引脚；所述显示屏LCD的14引脚通过所述电阻RP8接所述主控芯片U1的32引脚；所述显示屏LCD的15引脚分两路，一路接5V电源，另一路接所述主控芯片U1的31引脚；所述显示屏LCD的16引脚接地。
所述电源及数据下载模块包括USB接口U8、充电接口U7、六脚开关K2、转接芯片U4、晶体振荡器Y2、二极管D1、电阻R2、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14；所述充电接口U7的1引脚分两路，一路接所述USB接口U8的8引脚，另一路接所述转接芯片U4的16引脚；所述充电接口U7的2引脚分两路，一路接所述USB接口U8的7引脚，另一路接所述转接芯片U4的6引脚；所述充电接口U7的3引脚分两路，一路接所述USB接口U8的6引脚，另一路接所述转接芯片U4的5引脚；所述充电接口U7的4引脚分两路，一路接所述USB接口U8的5引脚，另一路接地；所述六脚开关K2的4引脚接所述充电接口U7的1引脚与所述转接芯片U4的16引脚的节点；所述六脚开关K2的6引脚接5V电源；所述六脚开关K2的1、2、3、5引脚悬空；所述转接芯片U4的1引脚接地；所述二极管D1的正极接所述主控芯片U1的10引脚，负极接所述转接芯片U4的2引脚；所述转接芯片U4的3引脚通过所述电阻R2接所述主控芯片U1的11引脚；所述转接芯片U4的4引脚通过所述电容C13接地；所述转接芯片U4的7引脚通过所述电容C10接地；所述转接芯片U4的8引脚分两路，一路通过所述晶体振荡器Y2接所述电容C10与转接芯片U4的7引脚的节点，另一路通过所述电容C11接地；所述电容C14的一端接所述转接芯片U4的16引脚；另一端接地；所述电容C12的一端接所述电容C4与所述转接芯片U4的16引脚的节点，另一端接所述电容C14与地的节点；所述转接芯片U4的9、10、11、12、13、14、15引脚悬空。
所述超声波发送模块包括数据分配器U10、反相器U2、反相器U5、超声波发射探头TA1、超声波发射探头TA2、超声波发射探头TB1、超声波发射探头TB2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7；所述反相器U5的7引脚接地；所述反相器U5的6引脚通过所述电阻R4接5V电源，所述反相器U5的1、3、5引脚接所述主控芯片U1的1引脚；所述反相器U5的2引脚分两路，一路接所述反相器U5的11引脚，另一路接所述反相器U5的13引脚；所述反相器U5的4引脚通过所述电阻R4接5V电源；所述反相器U5的6引脚接所述反相器U5的4引脚与所述电阻R4的之间的节点；所述反相器U5的7引脚接地；所述反相器U5的8和9引脚悬空；所述反相器U5的12引脚分两路，一路接所述数据分配器U10的2引脚，另一路通过所述电阻R5接5V电源；所述反相器U5的10引脚接所述电阻R5与所述反相器U5的12引脚的节点；所述反相器U5的14引脚接所述电阻R5与5V电源的节点；所述反相器U2的1、3、5引脚接所述主控芯片U1的2引脚；所述反相器U2的2引脚分两路，一路接所述反相器U2的11引脚，另一路接所述反相器U2的13引脚；所述反相器U2的4引脚通过所述电阻R6接5V电源；所述反相器U2的6引脚接所述反相器U2的4引脚与所述电阻R6的之间的节点；所述反相器U2的7引脚接地；所述反相器U2的8和9引脚悬空；所述反相器U2的12引脚分两路，一路接所述数据分配器U10的12引脚，另一路通过所述电阻R7接5V电源；所述反相器U2的10引脚接所述电阻R7与所述反相器U2的12引脚的节点；所述反相器U2的14引脚接所述电阻R7与5V电源的节点；所述超声波发射探头TA1的第一接线端分两路，一路接所述电阻R4与所述反相器U5的4引脚之间的节点，另一路接所述超声波发射探头TB1的第一接线端；所述超声波发射探头TA1的第二接线端接所述数据分配器U10的6引脚；所述超声波发射探头TB1的第二接线端接所述数据分配器U10的3引脚；所述超声波发射探头TA2的第一接线端分两路，一路接所述电阻R6与所述反相器U2的4引脚之间的节点，另一路接所述超声波发射探头TB2的第一接线端；所述超声波发射探头TA2的第二接线端接所述数据分配器U10的8引脚；所述超声波发射探头TB2的第二接线端接所述数据分配器U10的11引脚；所述数据分配器U10的1引脚接所述主控芯片U1的4引脚；所述数据分配器U10的4引脚分两路，一路接所述数据分配器U10的10引脚，另一路接所述主控芯片U1的5引脚；所述数据分配器U10的5引脚接所述数据分配器U10的2引脚；所述数据分配器U10的7引脚接地；所述数据分配器U10的9引脚接所述数据分配器U10的12引脚；所述数据分配器U10的13引脚接所述主控芯片U1的4引脚与所述数据分配器U10的1引脚的节点；所述数据分配器U10的14引脚接5V电源。
所述超声波接收模块包括模拟开关芯片U9、数据处理芯片U3、数据处理芯片U6、超声波接收探头RA1、超声波接收探头RA2、超声波接收探头RB1、超声波接收探头RB2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8和电容C9；所述超声波接收探头RA1的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的2引脚；所述超声波接收探头RA1的第二接线端分两路，一路接所述超声波接收探头RB1的第二接线端，另一路接地；所述超声波接收探头RA1的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的2引脚；所述超声波接收探头RB1的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的3引脚；所述超声波接收探头RA2的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的14引脚；超声波接收探头RA2的第二接线端分两路，一路接所述超声波接收探头RB2的第二接线端，另一路接地；所述超声波接收探头RB2的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的13引脚；所述模拟开关芯片U9的1引脚接所述主控芯片U1的3引脚；所述模拟开关芯片U9的4引脚接所述数据处理芯片U6的1引脚；所述模拟开关芯片U9的5、6、7、9、10、11引脚悬空；所述模拟开关芯片U9的8引脚和15引脚接地；所述模拟开关芯片U9的12引脚接所述数据处理芯片U3的1引脚；所述模拟开关芯片U9的16引脚接5V电源；所述电容C5的一端通过所述电阻R8接所述数据处理芯片U3的2引脚，另一端接地；所述电容C4的一端接所述数据处理芯片U3的3引脚，另一端接地；所述数据处理芯片U3的4引脚接地；所述数据处理芯片U3的5引脚通过所述电阻R9接5V电源；所述数据处理芯片U3的6引脚通过所述电容C6接地；所述数据处理芯片U3的7引脚分两路，一路接所述主控芯片U1的13引脚，另一路通过所述电阻R10接所述电阻R9与5V电源的之间的节点；所述数据处理芯片U3的8引脚接所述电阻R9与5V电源的之间的节点；所述电容C8的一端通过所述电阻R11接所述数据处理芯片U6的2引脚，另一端接地；所述电容C7的一端接所述数据处理芯片U6的3引脚，另一端接地；所述数据处理芯片U6的4引脚接地；所述数据处理芯片U6的5引脚通过所述电阻R12接5V电源；所述数据处理芯片U6的6引脚通过所述电容C9接地；所述数据处理芯片U6的7引脚分两路，一路接所述主控芯片U1的12引脚，另一路通过所述电阻R13接所述电阻R12与5V电源的之间的节点；所述数据处理芯片U6的8引脚接所述电阻R12与5V电源的之间的节点。
所述主控芯片U1的型号为AT89C51单片机。
本发明的有益效果是：本发明的主控模块控制超声波发送模块发送多次超声波，并通过超声波接收模块接收多次超声波，再由主控模块计算处理得出当前风速的大小和方向，并通过显示模块显示数据，具有结构简单，操作简便，测量精度高等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明的电路原理图第一部分；
图3是本发明的电路原理图第二部分；
图4是本发明的电路原理图第三部分；
图5是本发明的电路原理图第四部分；
图6是本发明的电路原理图第五部分。
具体实施方式
参照图1至图6，一种结构简单的超声波风速测量装置，包括主控模块、显示模块、电源及数据下载模块、超声波发送模块和超声波接收模块，所述主控模块的输入端与所述电源及数据下载模块电连接，所述主控模块的输出端分别与所述显示模块、超声波发送模块和超声波接收模块电连接。
所述主控模块包括主控芯片U1、按键K1、晶体振荡器Y1、电阻R3、电容C1、电容C2和电容C3；所述主控芯片U1的1、2、4、5引脚与所述超声波发送模块电连接；所述主控芯片U1的3、12、13引脚与所述超声波接收模块电连接；所述主控芯片U1的10和11引脚与所述电源及数据下载模块电连接，所述按键K1的1引脚分两路，一路通过所述电阻R3接地，另一路接所述主控芯片U1的9引脚；所述按键K1的2引脚接所述按键K1的1引脚与主控芯片U1的9引脚之间的节点；所述按键K1的4引脚分3路，第一路接所述按键K1的3引脚，第二路接5V电源，第三路通过所述电容C3接所述按键K1的1引脚与主控芯片U1的9引脚之间的节点；所述主控芯片U1的20引脚接地；所述主控芯片U1的18引脚通过所述电容C1接所述电阻R3与地的节点；所述主控芯片U1的19引脚分两路，一路通过所述电容C2接所述主控芯片U1的20引脚与地的节点，另一路通过所述晶体振荡器Y1接所述电容C1与主控芯片U1的18引脚的节点；所述主控芯片U1的31引脚分两路，一路接5V电源，另一路与所述显示模块电连接；所述主控芯片U1的40引脚分两路，一路接5V电源，另一路与所述显示模块电连接；所述主控芯片U1的26、27、28、32、33、34、35、36、37、38、39均与所述显示模块电连接；进一步地，本实施例中，所述主控芯片U1的型号为AT89C51单片机，所述晶体振荡器Y1用于给所述主控芯片U1提供稳定的晶振频率，确保主控芯片U1的正常运行，所述按键K1为复位按键，当所测风速并非正常测试或者需要再次测试风速则可以按压按键K1使主控芯片U1复位，即可重新测量风速，操作简便。
所述显示模块包括显示屏LCD、电阻RP1、电阻RP2、电阻RP3、电阻RP4、电阻RP5、电阻RP6、电阻RP7、电阻RP8和可调电阻RW1；所述可调电阻RW1的第一接线端子分两路，一路接5V电源，另一路接所述显示屏LCD的2引脚；所述可调电阻RW1的第二接线端子接所述显示屏LCD的3引脚；所述可调电阻RW1的第三接线端子分两路，一路接地，另一路接所述显示屏LCD的1引脚；所述显示屏LCD的4引脚接所述主控芯片U1的28引脚；所述显示屏LCD的5引脚接所述主控芯片U1的27引脚；所述显示屏LCD的6引脚接所述主控芯片U1的26引脚；所述显示屏LCD的7引脚分两路，一路通过所述电阻RP1接所述主控芯片U1的40引脚，另一路接所述主控芯片U1的39引脚；所述显示屏LCD的8引脚通过所述电阻RP2接所述主控芯片U1的38引脚；所述显示屏LCD的9引脚通过所述电阻RP3接所述主控芯片U1的37引脚；所述显示屏LCD的10引脚通过所述电阻RP4接所述主控芯片U1的36引脚；所述显示屏LCD的11引脚通过所述电阻RP5接所述主控芯片U1的35引脚；所述显示屏LCD的12引脚通过所述电阻RP6接所述主控芯片U1的34引脚；所述显示屏LCD的13引脚通过所述电阻RP7接所述主控芯片U1的33引脚；所述显示屏LCD的14引脚通过所述电阻RP8接所述主控芯片U1的32引脚；所述显示屏LCD的15引脚分两路，一路接5V电源，另一路接所述主控芯片U1的31引脚；所述显示屏LCD的16引脚接地；本实施例中，采用LCD1602A液晶屏作为显示屏显示数据，它具有超薄、功耗低、体积小等优点，被广泛用于低功耗电子产品和智能仪表中；所述可调电阻RW1用于控制LCD1602A液晶屏，用户可通过调节可调电阻RW1的大小来改变显示屏的亮度，显示屏的其他引脚用于接收主控芯片U1发送过来的数据信息。
所述电源及数据下载模块包括USB接口U8、充电接口U7、六脚开关K2、转接芯片U4(型号为CH340G)、晶体振荡器Y2、二极管D1、电阻R2、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14；所述充电接口U7的1引脚分两路，一路接所述USB接口U8的8引脚，另一路接所述转接芯片U4的16引脚；所述充电接口U7的2引脚分两路，一路接所述USB接口U8的7引脚，另一路接所述转接芯片U4的6引脚；所述充电接口U7的3引脚分两路，一路接所述USB接口U8的6引脚，另一路接所述转接芯片U4的5引脚；所述充电接口U7的4引脚分两路，一路接所述USB接口U8的5引脚，另一路接地；所述六脚开关K2的4引脚接所述充电接口U7的1引脚与所述转接芯片U4的16引脚的节点；所述六脚开关K2的6引脚接5V电源；所述六脚开关K2的1、2、3、5引脚悬空；所述转接芯片U4的1引脚接地；所述二极管D1的正极接所述主控芯片U1的10引脚，负极接所述转接芯片U4的2引脚；所述转接芯片U4的3引脚通过所述电阻R2接所述主控芯片U1的11引脚；所述转接芯片U4的4引脚通过所述电容C13接地；所述转接芯片U4的7引脚通过所述电容C10接地；所述转接芯片U4的8引脚分两路，一路通过所述晶体振荡器Y2接所述电容C10与转接芯片U4的7引脚的节点，另一路通过所述电容C11接地；所述电容C14的一端接所述转接芯片U4的16引脚；另一端接地；所述电容C12的一端接所述电容C4与所述转接芯片U4的16引脚的节点，另一端接所述电容C14与地的节点；所述转接芯片U4的9、10、11、12、13、14、15引脚悬空；本实施例中，通过所述USB接口U8为整个仪器提供5V工作电源，所述六脚开关K2为整个电路的电源的控制开关，此外，用户也可通过所述USB接口U8来实现数据收发，所述转接芯片U4用于将USB转为串口、IrDA红外接口或打印接口，有效提高超声波风速测量装置的兼容性和实用性，进一步地，本实施例中，通过所述转接芯片U4的2、3引脚来与所述主控芯片U1实现数据的收发。
本实施例中，所述超声波发送模块包括数据分配器U10(型号为SN74LS125A)、反相器U2(型号为74LS04)、反相器U5(型号为74LS04)、超声波发射探头TA1、超声波发射探头TA2、超声波发射探头TB1、超声波发射探头TB2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7；所述反相器U5的7引脚接地；所述反相器U5的6引脚通过所述电阻R4接5V电源，所述反相器U5的1、3、5引脚接所述主控芯片U1的1引脚；所述反相器U5的2引脚分两路，一路接所述反相器U5的11引脚，另一路接所述反相器U5的13引脚；所述反相器U5的4引脚通过所述电阻R4接5V电源；所述反相器U5的6引脚接所述反相器U5的4引脚与所述电阻R4的之间的节点；所述反相器U5的7引脚接地；所述反相器U5的8和9引脚悬空；所述反相器U5的12引脚分两路，一路接所述数据分配器U10的2引脚，另一路通过所述电阻R5接5V电源；所述反相器U5的10引脚接所述电阻R5与所述反相器U5的12引脚的节点；所述反相器U5的14引脚接所述电阻R5与5V电源的节点；所述反相器U2的1、3、5引脚接所述主控芯片U1的2引脚；所述反相器U2的2引脚分两路，一路接所述反相器U2的11引脚，另一路接所述反相器U2的13引脚；所述反相器U2的4引脚通过所述电阻R6接5V电源；所述反相器U2的6引脚接所述反相器U2的4引脚与所述电阻R6的之间的节点；所述反相器U2的7引脚接地；所述反相器U2的8和9引脚悬空；所述反相器U2的12引脚分两路，一路接所述数据分配器U10的12引脚，另一路通过所述电阻R7接5V电源；所述反相器U2的10引脚接所述电阻R7与所述反相器U2的12引脚的节点；所述反相器U2的14引脚接所述电阻R7与5V电源的节点；所述超声波发射探头TA1的第一接线端分两路，一路接所述电阻R4与所述反相器U5的4引脚之间的节点，另一路接所述超声波发射探头TB1的第一接线端；所述超声波发射探头TA1的第二接线端接所述数据分配器U10的6引脚；所述超声波发射探头TB1的第二接线端接所述数据分配器U10的3引脚；所述超声波发射探头TA2的第一接线端分两路，一路接所述电阻R6与所述反相器U2的4引脚之间的节点，另一路接所述超声波发射探头TB2的第一接线端；所述超声波发射探头TA2的第二接线端接所述数据分配器U10的8引脚；所述超声波发射探头TB2的第二接线端接所述数据分配器U10的11引脚；所述数据分配器U10的1引脚接所述主控芯片U1的4引脚；所述数据分配器U10的4引脚分两路，一路接所述数据分配器U10的10引脚，另一路接所述主控芯片U1的5引脚；所述数据分配器U10的5引脚接所述数据分配器U10的2引脚；所述数据分配器U10的7引脚接地；所述数据分配器U10的9引脚接所述数据分配器U10的12引脚；所述数据分配器U10的13引脚接所述主控芯片U1的4引脚与所述数据分配器U10的1引脚的节点；所述数据分配器U10的14引脚接5V电源；本实施例中，所述超声波发射探头TA1、超声波发射探头TA2、超声波发射探头TB1、超声波发射探头TB2均采用分体式的超声波发射探头，当装置工作时，主控芯片U1发送指令，通过所述数据分配器U10将指令对应发送给各个超声波发射探头，从而控制4个超声波发射探头发出超声波，所述反相器U2和反相器U5用于放大4个超声波发射探头发出超声波，确保所述超声波接收模块能够接收到发出去的超声波信号，有效提高系统的稳定性。
本实施例中，所述超声波接收模块包括模拟开关芯片U9(型号为SN74HC257DR)、数据处理芯片U3(型号为CX20106A)、数据处理芯片U6(型号为CX20106A)、超声波接收探头RA1、超声波接收探头RA2、超声波接收探头RB1、超声波接收探头RB2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8和电容C9；所述超声波接收探头RA1的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的2引脚；所述超声波接收探头RA1的第二接线端分两路，一路接所述超声波接收探头RB1的第二接线端，另一路接地；所述超声波接收探头RA1的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的2引脚；所述超声波接收探头RB1的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的3引脚；所述超声波接收探头RA2的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的14引脚；超声波接收探头RA2的第二接线端分两路，一路接所述超声波接收探头RB2的第二接线端，另一路接地；所述超声波接收探头RB2的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的13引脚；所述模拟开关芯片U9的1引脚接所述主控芯片U1的3引脚；所述模拟开关芯片U9的4引脚接所述数据处理芯片U6的1引脚；所述模拟开关芯片U9的5、6、7、9、10、11引脚悬空；所述模拟开关芯片U9的8引脚和15引脚接地；所述模拟开关芯片U9的12引脚接所述数据处理芯片U3的1引脚；所述模拟开关芯片U9的16引脚接5V电源；所述电容C5的一端通过所述电阻R8接所述数据处理芯片U3的2引脚，另一端接地；所述电容C4的一端接所述数据处理芯片U3的3引脚，另一端接地；所述数据处理芯片U3的4引脚接地；所述数据处理芯片U3的5引脚通过所述电阻R9接5V电源；所述数据处理芯片U3的6引脚通过所述电容C6接地；所述数据处理芯片U3的7引脚分两路，一路接所述主控芯片U1的13引脚，另一路通过所述电阻R10接所述电阻R9与5V电源的之间的节点；所述数据处理芯片U3的8引脚接所述电阻R9与5V电源的之间的节点；所述电容C8的一端通过所述电阻R11接所述数据处理芯片U6的2引脚，另一端接地；所述电容C7的一端接所述数据处理芯片U6的3引脚，另一端接地；所述数据处理芯片U6的4引脚接地；所述数据处理芯片U6的5引脚通过所述电阻R12接5V电源；所述数据处理芯片U6的6引脚通过所述电容C9接地；所述数据处理芯片U6的7引脚分两路，一路接所述主控芯片U1的12引脚，另一路通过所述电阻R13接所述电阻R12与5V电源的之间的节点；所述数据处理芯片U6的8引脚接所述电阻R12与5V电源的之间的节点；本实施例中，所述超声波接收探头RA1、超声波接收探头RA2、超声波接收探头RB1、超声波接收探头RB2均采用分体式的超声波接收探头，当4个超声波接收探头接收到超声波发送模块发出的超生波后，首先通过所述模拟开关芯片U9将数据传输给数据处理芯片U3和数据处理芯片U6，本实施例中，所述数据处理芯片U3和数据处理芯片U6用于对接收到的超声波信号进行整形滤波，以达到减小信号干扰的目的，本实施例中，将4个超声波接收探头接收到的数据分成两组，经数据处理芯片U3和数据处理芯片U6处理后传输给所述主控芯片U1，所述主控芯片U1在对两组数据进行计算(本实施例中，采用时差法计算)处理，得到当前的风速大小和方向，通过将数据分成两组进行计算，主控芯片U1可将两组数据进行比对，若计算得到的数据误差较大，则重新控制超声波发送模块发射超声波，有利于进一步减少测量误差，提高测量精度。
本发明的主控模块控制超声波发送模块发送多次超声波，并通过超声波接收模块接收多次超声波，再由主控模块计算处理得出当前风速的大小和方向，并通过显示模块显示数据，具有结构简单，操作简便，测量精度高等优点。
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。
Claims (1)
1.一种结构简单的超声波风速测量装置，其特征在于它包括主控模块、显示模块、电源及数据下载模块、超声波发送模块和超声波接收模块，所述主控模块的输入端与所述电源及数据下载模块电连接，所述主控模块的输出端分别与所述显示模块、超声波发送模块和超声波接收模块电连接；
所述主控模块包括主控芯片U1、按键K1、晶体振荡器Y1、电阻R3、电容C1、电容C2和电容C3；所述主控芯片U1的1、2、4、5引脚与所述超声波发送模块电连接；所述主控芯片U1的3、12、13引脚与所述超声波接收模块电连接；所述主控芯片U1的10和11引脚与所述电源及数据下载模块电连接，所述按键K1的1引脚分两路，一路通过所述电阻R3接地，另一路接所述主控芯片U1的9引脚；所述按键K1的2引脚接所述按键K1的1引脚与主控芯片U1的9引脚之间的节点；所述按键K1的4引脚分3路，第一路接所述按键K1的3引脚，第二路接5V电源，第三路通过所述电容C3接所述按键K1的1引脚与主控芯片U1的9引脚之间的节点；所述主控芯片U1的20引脚接地；所述主控芯片U1的18引脚通过所述电容C1接所述电阻R3与地的节点；所述主控芯片U1的19引脚分两路，一路通过所述电容C2接所述主控芯片U1的20引脚与地的节点，另一路通过所述晶体振荡器Y1接所述电容C1与主控芯片U1的18引脚的节点；所述主控芯片U1的31引脚分两路，一路接5V电源，另一路与所述显示模块电连接；所述主控芯片U1的40引脚分两路，一路接5V电源，另一路与所述显示模块电连接；所述主控芯片U1的26、27、28、32、33、34、35、36、37、38、39均与所述显示模块电连接；
所述显示模块包括显示屏LCD、电阻RP1、电阻RP2、电阻RP3、电阻RP4、电阻RP5、电阻RP6、电阻RP7、电阻RP8和可调电阻RW1；所述可调电阻RW1的第一接线端子分两路，一路接5V电源，另一路接所述显示屏LCD的2引脚；所述可调电阻RW1的第二接线端子接所述显示屏LCD的3引脚；所述可调电阻RW1的第三接线端子分两路，一路接地，另一路接所述显示屏LCD的1引脚；所述显示屏LCD的4引脚接所述主控芯片U1的28引脚；所述显示屏LCD的5引脚接所述主控芯片U1的27引脚；所述显示屏LCD的6引脚接所述主控芯片U1的26引脚；所述显示屏LCD的7引脚分两路，一路通过所述电阻RP1接所述主控芯片U1的40引脚，另一路接所述主控芯片U1的39引脚；所述显示屏LCD的8引脚通过所述电阻RP2接所述主控芯片U1的38引脚；所述显示屏LCD的9引脚通过所述电阻RP3接所述主控芯片U1的37引脚；所述显示屏LCD的10引脚通过所述电阻RP4接所述主控芯片U1的36引脚；所述显示屏LCD的11引脚通过所述电阻RP5接所述主控芯片U1的35引脚；所述显示屏LCD的12引脚通过所述电阻RP6接所述主控芯片U1的34引脚；所述显示屏LCD的13引脚通过所述电阻RP7接所述主控芯片U1的33引脚；所述显示屏LCD的14引脚通过所述电阻RP8接所述主控芯片U1的32引脚；所述显示屏LCD的15引脚分两路，一路接5V电源，另一路接所述主控芯片U1的31引脚；所述显示屏LCD的16引脚接地；
所述电源及数据下载模块包括USB接口U8、充电接口U7、六脚开关K2、转接芯片U4、晶体振荡器Y2、二极管D1、电阻R2、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14；所述充电接口U7的1引脚分两路，一路接所述USB接口U8的8引脚，另一路接所述转接芯片U4的16引脚；所述充电接口U7的2引脚分两路，一路接所述USB接口U8的7引脚，另一路接所述转接芯片U4的6引脚；所述充电接口U7的3引脚分两路，一路接所述USB接口U8的6引脚，另一路接所述转接芯片U4的5引脚；所述充电接口U7的4引脚分两路，一路接所述USB接口U8的5引脚，另一路接地；所述六脚开关K2的4引脚接所述充电接口U7的1引脚与所述转接芯片U4的16引脚的节点；所述六脚开关K2的6引脚接5V电源；所述六脚开关K2的1、2、3、5引脚悬空；所述转接芯片U4的1引脚接地；所述二极管D1的正极接所述主控芯片U1的10引脚，负极接所述转接芯片U4的2引脚；所述转接芯片U4的3引脚通过所述电阻R2接所述主控芯片U1的11引脚；所述转接芯片U4的4引脚通过所述电容C13接地；所述转接芯片U4的7引脚通过所述电容C10接地；所述转接芯片U4的8引脚分两路，一路通过所述晶体振荡器Y2接所述电容C10与转接芯片U4的7引脚的节点，另一路通过所述电容C11接地；所述电容C14的一端接所述转接芯片U4的16引脚；另一端接地；所述电容C12的一端接所述电容C4与所述转接芯片U4的16引脚的节点，另一端接所述电容C14与地的节点；所述转接芯片U4的9、10、11、12、13、14、15引脚悬空；
所述超声波发送模块包括数据分配器U10、反相器U2、反相器U5、超声波发射探头TA1、超声波发射探头TA2、超声波发射探头TB1、超声波发射探头TB2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7；所述反相器U5的7引脚接地；所述反相器U5的6引脚通过所述电阻R4接5V电源，所述反相器U5的1、3、5引脚接所述主控芯片U1的1引脚；所述反相器U5的2引脚分两路，一路接所述反相器U5的11引脚，另一路接所述反相器U5的13引脚；所述反相器U5的4引脚通过所述电阻R4接5V电源；所述反相器U5的6引脚接所述反相器U5的4引脚与所述电阻R4的之间的节点；所述反相器U5的7引脚接地；所述反相器U5的8和9引脚悬空；所述反相器U5的12引脚分两路，一路接所述数据分配器U10的2引脚，另一路通过所述电阻R5接5V电源；所述反相器U5的10引脚接所述电阻R5与所述反相器U5的12引脚的节点；所述反相器U5的14引脚接所述电阻R5与5V电源的节点；所述反相器U2的1、3、5引脚接所述主控芯片U1的2引脚；所述反相器U2的2引脚分两路，一路接所述反相器U2的11引脚，另一路接所述反相器U2的13引脚；所述反相器U2的4引脚通过所述电阻R6接5V电源；所述反相器U2的6引脚接所述反相器U2的4引脚与所述电阻R6的之间的节点；所述反相器U2的7引脚接地；所述反相器U2的8和9引脚悬空；所述反相器U2的12引脚分两路，一路接所述数据分配器U10的12引脚，另一路通过所述电阻R7接5V电源；所述反相器U2的10引脚接所述电阻R7与所述反相器U2的12引脚的节点；所述反相器U2的14引脚接所述电阻R7与5V电源的节点；所述超声波发射探头TA1的第一接线端分两路，一路接所述电阻R4与所述反相器U5的4引脚之间的节点，另一路接所述超声波发射探头TB1的第一接线端；所述超声波发射探头TA1的第二接线端接所述数据分配器U10的6引脚；所述超声波发射探头TB1的第二接线端接所述数据分配器U10的3引脚；所述超声波发射探头TA2的第一接线端分两路，一路接所述电阻R6与所述反相器U2的4引脚之间的节点，另一路接所述超声波发射探头TB2的第一接线端；所述超声波发射探头TA2的第二接线端接所述数据分配器U10的8引脚；所述超声波发射探头TB2的第二接线端接所述数据分配器U10的11引脚；所述数据分配器U10的1引脚接所述主控芯片U1的4引脚；所述数据分配器U10的4引脚分两路，一路接所述数据分配器U10的10引脚，另一路接所述主控芯片U1的5引脚；所述数据分配器U10的5引脚接所述数据分配器U10的2引脚；所述数据分配器U10的7引脚接地；所述数据分配器U10的9引脚接所述数据分配器U10的12引脚；所述数据分配器U10的13引脚接所述主控芯片U1的4引脚与所述数据分配器U10的1引脚的节点；所述数据分配器U10的14引脚接5V电源；
所述超声波接收模块包括模拟开关芯片U9、数据处理芯片U3、数据处理芯片U6、超声波接收探头RA1、超声波接收探头RA2、超声波接收探头RB1、超声波接收探头RB2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8和电容C9；所述超声波接收探头RA1的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的2引脚；所述超声波接收探头RA1的第二接线端分两路，一路接所述超声波接收探头RB1的第二接线端，另一路接地；所述超声波接收探头RA1的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的2引脚；所述超声波接收探头RB1的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的3引脚；所述超声波接收探头RA2的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的14引脚；超声波接收探头RA2的第二接线端分两路，一路接所述超声波接收探头RB2的第二接线端，另一路接地；所述超声波接收探头RB2的第一接线端接所述模拟开关芯片U9的13引脚；所述模拟开关芯片U9的1引脚接所述主控芯片U1的3引脚；所述模拟开关芯片U9的4引脚接所述数据处理芯片U6的1引脚；所述模拟开关芯片U9的5、6、7、9、10、11引脚悬空；所述模拟开关芯片U9的8引脚和15引脚接地；所述模拟开关芯片U9的12引脚接所述数据处理芯片U3的1引脚；所述模拟开关芯片U9的16引脚接5V电源；所述电容C5的一端通过所述电阻R8接所述数据处理芯片U3的2引脚，另一端接地；所述电容C4的一端接所述数据处理芯片U3的3引脚，另一端接地；所述数据处理芯片U3的4引脚接地；所述数据处理芯片U3的5引脚通过所述电阻R9接5V电源；所述数据处理芯片U3的6引脚通过所述电容C6接地；所述数据处理芯片U3的7引脚分两路，一路接所述主控芯片U1的13引脚，另一路通过所述电阻R10接所述电阻R9与5V电源的之间的节点；所述数据处理芯片U3的8引脚接所述电阻R9与5V电源的之间的节点；所述电容C8的一端通过所述电阻R11接所述数据处理芯片U6的2引脚，另一端接地；所述电容C7的一端接所述数据处理芯片U6的3引脚，另一端接地；所述数据处理芯片U6的4引脚接地；所述数据处理芯片U6的5引脚通过所述电阻R12接5V电源；所述数据处理芯片U6的6引脚通过所述电容C9接地；所述数据处理芯片U6的7引脚分两路，一路接所述主控芯片U1的12引脚，另一路通过所述电阻R13接所述电阻R12与5V电源的之间的节点；所述数据处理芯片U6的8引脚接所述电阻R12与5V电源的之间的节点；
所述主控芯片U1的型号为AT89C51单片机；
所述超声波接收探头RA1、超声波接收探头RA2、超声波接收探头RB1、超声波接收探头RB2均采用分体式的超声波接收探头，将四个超声波接收探头接收到的数据分成两组，经数据处理芯片U3和数据处理芯片U6处理后传输给所述主控芯片U1，所述主控芯片U1在对两组数据采用时差法进行计算，得到当前的风速大小和方向，主控芯片U1将两组数据进行比对，若计算得到的数据误差较大，则重新控制超声波发送模块发射超声波。
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