风向风速仪是船舶重要的导航设备之一，可以为船舶提供相对和实际的风速数据，直接影响船舶的航行安全。
向和风速传感器是气象设备要素的核心，它是收集风向和风速信息并计算测量值的重要部分。文研究了超声波风向和风速传感器技术的使用，并使用了NI推出的Microwindows图形系统和基于Cotex-M0内核的Freescale MKL05Z微控制器来模拟和研究该实现。向和速度传感器系统。
向和速度的环境因素是海上航行中重要的航行信息。测量的准确性和稳定性直接关系到海上航行的安全，许多导航设备必须依靠其提供的信息。
向和速度传感器用于船舶的气象仪器中。器信息控制和交互功能用于测量和计算风向和风速。此，本文设计并研究了基于超声波测量的风向和速度传感器系统。不仅可以获取风向和风速信息，还可以提供实时的操作观察界面，以达到适应船舶的目的。系统使用数字信号处理技术来满足天气元素的测量要求。感器是一种检测设备，可以检测到测量的信息，并且可以根据特定规则将检测到的信息转换为电信号或其他所需形式的信息输出，以响应传输，处理，信息的存储和显示，记录和控制要求是自动检测和控制的主要链接。声波传感器是利用超声波的特性开发的传感器。
声波是一种机械波，其振动频率高于声波。
是由一个在张力激励下振动的传感器产生的。具有高频，短波长和小的衍射现象。别地，它具有良好的方向性并且可以被射线定向。
播，低噪声干扰和其他特征可能会遇到杂质，否则界面将产生大反射并形成回声反射。系统主要使用两对120 kHz探头，分别固定在南北，北南和南北四个方向上，即一条线对应于其中一个要发送的探针，一个探针用于接收。于探头两端都带有正负压电效应，高频声能和电能相互转换，以实现超声波的传输和接收[1 ]。统使用时差法计算风向和风速。
声波风速计通过测量在穿过风速分量的固定路径上声音脉冲的两个相反方向之间的传输时间差来测量风速。文研究的超声波风速和风向传感器使用四个位于四个方向的超声波探头：东，西，南和北，每对探头之间的距离相等，并测量从从超声波从东向西传播的那一刻起。部时间tWE。为超声波传感器是固定的，所以每个超声波的传输距离d是已知的。于超声波在静止空气中的传播速度是固定的，因此tEW与tWE和d之差可用于计算东西向风速vWE的值；可以使用相同的方法来测量tSN和tNS，然后计算南北风速值vNS。vWE和vNS的矢量合成是风速的最终值。向可以通过vWE和vNS的比值来确定。测试方法间接消除了温度，湿度和大气压力对超声波测风的影响，并且风速和声速可以从公式（3）和（4）。样，使用这种方法，可以获得另一个坐标轴系中的风向矢量，从而可以获得两个探头之间的相对风速和风向。了获得真实风的速度和方向，必须进行矢量合成计算。置北风传感器指示器指向船首方向，并以船首为Y轴建立坐标系，将真实风速定义为相对风速之和和船速矢量，并且将真实风向定义为相对于船首和船首的真实风向。统硬件主要由基于Cotex-M0架构的飞思卡尔MKL05Z微控制器和信号处理电路组成[2]。中，信号处理电路通过放大和滤波将获得的超声回波包络转换为可由单片机接收的数字信号，并将其发送到MKL05Z以进行数据处理和计算。并将最终数据传输到基于Microwindows的手动交互界面。[3]。大器滤波电路的设计是用于测量小信号的系统的核心，因此该器件使用OP07放大器芯片。OP07芯片是一种低噪声，不稳定的双极性运算放大器集成电路，具有非常低的输入失调电压，因此无需额外的调零动作[4]。OP07还具有低输入偏置电流和高开环增益的特性。种小失调和高开环增益特性使OP07特别适用于高增益测量设备和来自放大传感器的微弱信号。于从超声传感器接收到的信号是非常弱的超声信号，因此必须对接收到的信号进行放大和滤波。于系统测量开始信号和结束信号之间的时间差，并且上升沿必须尽可能坚硬，因此必须使用高速比较器。此，将第二放大之后的包络信号与比较器AD790的电压进行比较以产生方形数字信号。系统使用AD790高速比较器，最大延迟时间为45纳秒，可以满足精度要求。先，单片机系统初始化，控制芯片初始化。微控制器加电时，它会自动在FLASH存储器上执行复制到零的异常向量表并执行指令，然后定义硬件并映射RAM存储器空间，定义堆栈，然后对其进行引导代码以复制在RAM空间中运行的软件。行操作[5]。后，软件控制单片机和信号电路，选通模拟开关，控制op07芯片的电源并打开控制输入AD790的比较电压，等待接收脉冲产生一个中断并计数接收到的信号。间信息输入到缓冲区中，并计算公式。次测量十组数据，然后取平均值以获得数据的均匀变换，以消除偶发的脉冲误差。检查并处理了上述数据后，通过公式计算出真实风的方向和速度，并通过RS232接口传输到上层Microwindows图形系统的接口，以进行人机交互[ 6]。形系统提供了用户友好的操作界面和控制方法，以及一整套工具和相应的应用程序，可以直观地控制设备。文设计的系统使用nicrowindows图形系统和TinyWidget控件集。者均基于X Window系统，它可以保证基于设备的基本操作，它消耗较少的资源，并可以为用户提供良好的界面和便捷的操作。
统在服务器端和客户服务端采用处理模式。层提供用于外部控制设备的驱动程序，例如显示接口，鼠标，键盘等，并可以通过操作系统将数据信息传输到应用程序；中间层是独立于设备的图形引擎，其程序位于内存的服务器端。础驱动程序提供诸如线程，图形绘图，字体和文本管理之类的功能；窗口API和控制层使用图形引擎的功能来管理窗口，设计，发送绘图请求和管理事件。件处理包括风向显示，风速显示，温度和湿度显示，参数链接功能。程序首先使用GrOpen（）初始化图形系统的Nano-X库，并建立与服务器端图形引擎的连接。时，恒温阀芯它调用设备驱动程序以初始化I / O设备，例如显示仪器，键盘和鼠标。后，它调用GrNewGC创建图形句柄GC，并分配图形上下文的数据结构和图形窗口的创建，并定义窗口的不同属性。Nano-X中，您必须在窗口中指示应处理的事件，例如风向和风速的计算或设备的检测等，所有这些都使用GrSelectEvevts函数记录并选择事件；最后，使用GrMapWindow函数显示窗口并调用GrMainLoop函数，以使主程序进入消息处理循环。件之后，每次系统收到消息时，它都会唤醒相应的注册事件处理程序以处理该消息。理程序是用于切换案例的结构化选择指令，每个事件对应于案例指令的不同响应和处理。文介绍了使用超声波风传感器进行风测量的原理，分析并使用了风速和风向测量的数学模型，并使用了超低功耗单片机控制和测量信号采集电路，并使用高精度，低延迟仪表放大器和有源滤波。设备对接收到的超声信号进行放大和滤波，并通过图形系统显示该信号，仅达到紧急交互的目的。械旋转模式固有的惯性不具有启动风速，并且风速和风向的测量精度非常高，与传统机械型相比具有明显的优势。
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