一種風向測量方法及系統的製作方法
2023-08-11 15:35:51 1
專利名稱：一種風向測量方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風向測量方法及系統。
背景技術：
氣象信息在人們的生產、生活中有著非常重要的作用，風速風向是氣象信息的重要組成部分。通常的風速風向採集方法是把風相採集模塊輸出的格雷碼直接接在處理器的IO 口上，用IO ロ直接讀取，可靠性低，而處理器在計算平均風向時，是通過計算每ー個瞬時風向的正餘弦值，計算三角函數需要佔用微處理器的一大部分空間，影響處理器的性能。
發明內容
本發明的目的是解決現有風向測量中可靠性低，微處理器佔用資源過大的問題。本發明為解決上述技術問題而提出一種風速風向測量方法，該方法的具體步驟如下
1).利用風向傳感器測量風向度數，把風向度數轉換成ニ進位格雷碼信號；
2).把ニ進位格雷碼轉換成自然ニ進位碼；
3).建立自然ニ進位碼和風向度數之間的關係，自然ニ進位碼小於71時，或者說風向度數小於180度時，自然ニ進位碼與風向度數的關係為風向度數=自然ニ進位碼x2. 5，在自然ニ進位碼大於184時，或者說風向度數大於180度時，ニ進位碼與風向度數的關係為風向度數=(ニ進位碼—184) χ2· 5+180 ；
4).利用處理器內的正餘弦表把測量風向度數轉換成正餘弦值，根據滑動平均法計算平均正餘弦值，再將計算得到平均正餘弦值通過正餘弦表找到其對應的度數，即求的平均風向度數。所述步驟I)中的風向度數轉換成ニ進位格雷碼的過程如下把O到360度之間的風向值對應144組格雷碼，間隔為2. 5度，即第I組為O度，第2組為2. 5度，第3組為5度…·第144組為357. 5。所述的步驟2)中的格雷碼轉換成自然ニ進位碼的法則是保留格雷碼的最高位作為自然ニ進位碼的最高位，而次高位自然ニ進位碼為高位自然ニ進位碼與次高位格雷碼相異或，而自然ニ進位碼的其餘各位與次高位自然ニ進位碼的求法相類似。本發明還提供了ー種風向採集系統，包括處理器和風向採集模塊，所述的風向採集模塊包括風向傳感器和格雷碼採集器，風向傳感器的輸出端與格雷碼採集器的輸入端相連，格雷碼採集器的輸出端與處理器內部自帶的低解析度AD轉換器相連，處理器用於將格雷碼採集器輸出端的ニ進位格雷碼值轉換成自然ニ進位碼，再把自然ニ進位轉換成風向度數，並根據瞬時風向度數計算平均風向度數。所述的處理器在計算平均風向度數時先利用正餘弦表把瞬時風向度數轉換成正餘弦值，根據滑動平均法計算平均正餘弦值，再利用正餘弦表把平均正餘弦值轉換成風向度數，即得到平均風向度數。
所述的處理器為單片機。本發明的有益效果是本發明通過格雷碼和風向度數之間的關係，根據採集到的格雷碼值計算出瞬時風向度數，然後利用正餘弦表將瞬時風向度數轉換成其對應的正餘弦值，並利用正餘弦值計算平均風向度數，減少了資源的佔有。本發明不需要増加硬體晶片，利用處理器內部自帶的低解析度AD轉換器就可以實現，不會佔用處理器過多的資源。
圖I是本發明風向採集系統的硬體結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進ー步說明。
本發明的風向測量方法的實施例
本發明的風向測量方法的流程如圖所示，該方法的具體步驟如下
I.利用風向傳感器測量風向值，風向傳感器通過感受風向輸出風向度數，並把風向度數轉換成格雷碼，O到360度之間的風向度數對應144組格雷碼，間隔為2. 5度，即第I組為O度，第2組為2. 5度，第3組為5度…·第144組為357.5。2.把接收到的八位ニ進位格雷碼轉換成八位自然ニ進位碼，其具體轉換過程為保留八位格雷碼的最高位第八位作為自然ニ進位碼的第八位，而第七位自然ニ進位碼為第八位自然ニ進位碼與第七位格雷碼相異或，以此類推，得到八位自然ニ進位碼其它位，最終把八位ニ進位格雷碼轉換成八位自然ニ進位碼。3.建立自然ニ進位碼和風向度數之間的關係，自然ニ進位碼小於71時，或者說風向度數小於180度時，自然ニ進位碼與風向的關係為風向度數=自然ニ進位碼x2. 5，在自然ニ進位碼大於184時，或者說風向大於180度時，ニ進位碼與風向度數的關係為風向度數=(ニ進位碼一184) χ2· 5+180。4.計算2分鐘和10分鐘的平均風向度數，先利用正餘弦表把瞬時風向度數轉換成正餘弦值，根據算術平均法和滑動平均法計算出2分鐘和10分鐘的平均正餘弦值，兩分鐘風向平均值以以三秒鐘風向為步長，十分鐘風向平均值以一分鐘的風向為步長，再利用正餘弦表把2分鐘和10分鐘的平均正餘弦值分別轉換成2分鐘平均風向度數和10分鐘平均風向度數。本發明的風向測量系統的實施例
如圖I所示，該發明的風向測量系統包括處理器和風向採集模塊，風向採集模塊包括風向傳感器和格雷碼採集器，風向傳感器的輸出端與格雷碼採集器的輸入端相連，格雷碼採集器的輸出端與處理器內部自帶的低解析度AD轉換器相連。處理器用於將格雷碼採集器輸出端的ニ進位格雷碼值轉換成自然ニ進位碼，再把自然ニ進位轉換成風向度數，井根據瞬時風速值和瞬時風向度數計算平均風速值和平均風向度數。該風向採集系統的工作過程如下風向傳感器在保證12V直流電壓供電條件下開始採集工作，風向傳感器通過感受風向，輸出八位高低電平信號，八位格雷碼格雷碼採集器一次記錄下八根信號線上高低電平，並且使八個高電平信號，按照高低位組成ー個字節的ニ進位數，該ニ進位數即為格雷碼值，格雷碼採集器將採集到的格雷碼輸出給處理器內部自帶的低解析度AD轉換器，該低解析度AD轉換器根據格雷碼與風向度數之間對應關係和格雷碼值，計算出瞬時風向度數值，處理器通過查找內部保存的正餘弦表將瞬時風向度數轉換成正餘弦值，利用滑動平均法求出正餘弦值平均值，處理器再通過 查表將計算的平均正餘弦值轉成角度，即得出平均風向度數。
權利要求
1.一種風向測量方法，其特徵在於該風向測量方法的具體步驟如下 1).利用風速傳感器和風向傳感器分別測量風速和風向度數，把風向度數轉換成二進位格雷碼信號； 2).把二進位格雷碼轉換成自然二進位碼； 3).建立自然二進位碼和風向度數之間的關係，自然二進位碼小於71時，或者說風向度數小於180度時，自然二進位碼與風向度數的關係為風向度數=自然二進位碼x2. 5，在自然二進位碼大於184時，或者說風向度數大於180度時，二進位碼與風向度數的關係為風向度數=(二進位碼—184) x2. 5+180 ； 4).利用處理器內的正餘弦表把測量風向度數轉換成正餘弦值，根據滑動平均法計算平均正餘弦值，再將計算得到平均正餘弦值通過正餘弦表找到其對應的度數，即求的平均風向度數。
2.根據權利要求I所述的風向測量方法，其特徵子在於所述步驟I)中的風向度數轉換成二進位格雷碼的過程如下把0到360度之間的風向值對應144組格雷碼，間隔為2. 5度，即第I組為0度，第2組為2. 5度，第3組為5度… 第144組為357. 5。
3.根據權利要求I所述的風向測量方法，其特徵在於所述的步驟2)中的格雷碼轉換成自然二進位碼的法則是保留格雷碼的最高位作為自然二進位碼的最高位，而次高位自然二進位碼為高位自然二進位碼與次高位格雷碼相異或，而自然二進位碼的其餘各位與次高位自然二進位碼的求法相類似。
4.一種風向測量系統，其特徵在於該風向測量系統包括處理器和風向採集模塊，所述的風向採集模塊包括風向傳感器和格雷碼採集器，風向傳感器的輸出端與格雷碼採集器的輸入端相連，格雷碼採集器的輸出端與處理器內部自帶的低解析度AD轉換器相連，處理器用於將格雷碼採集器輸出端的二進位格雷碼值轉換成自然二進位碼，再把自然二進位轉換成風向度數，並根據瞬時風向度數計算平均風向度數。
5.根據權利要求4所述的風向測量系統，其特徵在於所述的處理器在計算平均風向度數時先利用正餘弦表把瞬時風向度數轉換成正餘弦值，根據滑動平均法計算平均正餘弦值，再利用正餘弦表把平均正餘弦值轉換成風向度數，即得到平均風向度數。
6.根據權利要求4所述的風向測量系統，其特徵在於所述的處理器為單片機。
全文摘要
本發明涉及一種風速測量方法及系統，該測量方法的主要步驟包括利用風速傳感器測量風向，把風向轉換成二進位格雷碼信號；把二進位格雷碼轉換成自然二進位碼，建立自然二進位碼和風向度數之間的關係；利用查表法把風向度數轉換成正餘弦值，根據滑動平均法計算平均正餘弦值，根據平均正餘弦值查表得出其所對應的風向度數。本發明不需要增加硬體晶片，利用處理器內部自帶的低解析度AD轉換器就可以實現，不會佔用處理器過多的資源。
文檔編號G01P5/00GK102818912SQ20121002741
公開日2012年12月12日 申請日期2012年2月8日 優先權日2011年11月30日
發明者周鋒, 周躍峰, 張文慧 申請人:凱邁(洛陽)環測有限公司