近年來隨著我國“一帶一路”戰(zhàn)略的推進(jìn),海洋成為了我國戰(zhàn)略發(fā)展的重要組成部分,如何加強(qiáng)我國海洋監(jiān)控能力成為了目前我國海洋研究的重點(diǎn)內(nèi)容。海上風(fēng)速、風(fēng)向是海洋氣象觀測的重要組成部分。由于海洋環(huán)境伴隨著高濕度、高鹽份、高腐蝕性等特點(diǎn),傳統(tǒng)的機(jī)械式測風(fēng)裝置會(huì)顯現(xiàn)出一定的局限性,主要體現(xiàn)在易磨損、精度低、遲滯性增強(qiáng)、維護(hù)成本高等方面。為避免傳統(tǒng)測風(fēng)儀的缺點(diǎn),本文設(shè)計(jì)并研發(fā)了一款基于超聲波的風(fēng)速風(fēng)向儀,利用超聲波信號(hào)在風(fēng)環(huán)境中傳播速度的矢量疊加原理,選擇時(shí)間差的方法測量出風(fēng)速風(fēng)向。本課題中硬件部分遵循模塊設(shè)計(jì)原則,選擇STM32F103處理器作為本設(shè)備的主控芯片,設(shè)計(jì)搭接了電源電路、超聲波換能器驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)放大電路、濾波比較電路、通訊電路、加熱電路、陀螺儀校準(zhǔn)電路等各類電路模塊,捕捉不同環(huán)境下的超聲波信號(hào),采用時(shí)差法原理進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向的確定。軟件開發(fā)環(huán)境為Keil uVision5,開發(fā)語言為C語言,融合了風(fēng)速風(fēng)向獲取軟件、加熱控制軟件、通訊軟件、陀螺儀校準(zhǔn)軟件等在內(nèi)的主要軟件模塊,完成對(duì)儀器整機(jī)的開發(fā),實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)速風(fēng)向的測量功能�？紤]到海上環(huán)境的復(fù)雜性,艦船晃動(dòng)和海水腐蝕會(huì)對(duì)風(fēng)速風(fēng)向儀造成一定...

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 課題來源及研究目標(biāo)
        1.3.1 課題來源
        1.3.2 研究目標(biāo)
    1.4 本文寫作組織與架構(gòu)
第二章 系統(tǒng)基本原理介紹
    2.1 超聲波換能器介紹
        2.1.1 超聲波介紹
        2.1.2 超聲波換能器的選擇
    2.2 常見超聲波測風(fēng)方法介紹
        2.2.1 互相關(guān)法
        2.2.2 頻率差法
        2.2.3 相位差法
    2.3 時(shí)差法分析
        2.3.1 時(shí)差法測量原理
        2.3.2 信號(hào)傳播路徑的選取
    2.4 技術(shù)路線
    2.5 本章小結(jié)
第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
    3.1 硬件系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.2 主控電路的設(shè)計(jì)
    3.3 電源電路設(shè)計(jì)
        3.3.1 24 V轉(zhuǎn)12V穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)
        3.3.2 24 V轉(zhuǎn)±5V電源電路設(shè)計(jì)
        3.3.3 5 V轉(zhuǎn)3.3V電源電路設(shè)計(jì)
    3.4 超聲波信號(hào)發(fā)射電路的設(shè)計(jì)
        3.4.1 發(fā)射信號(hào)選通電路設(shè)計(jì)
        3.4.2 超聲波換能器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
    3.5 超聲波信號(hào)接收電路的設(shè)計(jì)
        3.5.1 接收信號(hào)選通電路設(shè)計(jì)
        3.5.2 信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)
        3.5.3 帶通濾波電路設(shè)計(jì)
        3.5.4 信號(hào)整流及反相電路設(shè)計(jì)
        3.5.5 信號(hào)比較電路設(shè)計(jì)
    3.6 姿態(tài)校準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)
    3.7 系統(tǒng)加熱電路設(shè)計(jì)
    3.8 系統(tǒng)通訊電路設(shè)計(jì)
        3.8.1 RS-232 通訊電路設(shè)計(jì)
        3.8.2 RS-485 通訊電路設(shè)計(jì)
    3.9 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)
    3.10 本章小結(jié)
第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    4.1 軟件開發(fā)環(huán)境介紹
    4.2 系統(tǒng)軟件整體架構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.3 風(fēng)速風(fēng)向測量軟件設(shè)計(jì)
        4.3.1 換能器收發(fā)控制過程實(shí)現(xiàn)
        4.3.2 信號(hào)傳播時(shí)間的獲取
        4.3.3 風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)的計(jì)算
    4.4 姿態(tài)校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)
    4.5 加熱電路控制軟件的設(shè)計(jì)
    4.6 通訊模塊軟件設(shè)計(jì)
    4.7 本章小結(jié)
第五章 系統(tǒng)調(diào)試以及測試分析
    5.1 電路板調(diào)試
        5.1.1 電路板初始測試
        5.1.2 電路板信號(hào)測試
    5.2 風(fēng)洞試驗(yàn)測試
    5.3 電磁兼容性測試
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡介
作者攻讀碩士學(xué)位期間獲得的成果
附錄



本文編號(hào)：3836142