1. 研究目的与意义及国内外研究现状

在民航运输中，风对飞机安全进场离场影响很大：风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（如存在低空风切换 ）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。

超声波测风仪是超声波检测在气体介质中的一种新的应用。超声波测风与传统的转环式、旋桨式测风相比具有独特的优点：它没有旋转部件，不存在机械磨损和因结冰而冻住部件的问题；频响快，在被测风速范围内输出是线性的；能够测定任意指定方向的风速分量；能够从理论上进行标定。这一技术在大气科学和工业部门日趋广泛应用。本课题将设计一种基于时差法的低成本高精度超声波测风系统，采用互相关时延估计法进行高精度时延估计，以msp430单片机，tdc-gp2芯片等架构为核心设计整个超声波测风系统，通过对低空定点风速与风向的精确测量，实现对机场低空风场情况的实时监测。

2. 研究的基本内容

本设计主要包含msp430单片机，tdc-gp2芯片，超声波换能器，lcd显示屏等几大部分构成。msp430运算速度高，资源丰富，足以承担本设计的运算任务，且相比较dsp成本低廉。tdc-gp2芯片兼具高速脉冲产生，温度测量，时钟控制等功能，关键是ＡＬＵ算数逻辑单元可以实现高精度的时间间隔测量。这也是此方案得以实施的前提。一般超声波测量精度比较低，大概在1mm左右，且测量范围受限，主要原因就是时间测量精度不够，用这款芯片正好弥补了这一缺陷。超声波换能器主要用来实现超声波和电信号之间的转换，通过驱动电路，实现超声波的发射和接收。lcd用来显示当前实时的风向风速。

主要原理是使用两对超声波发射和接收模块分别由东南西北四个方向放置。超声波在正常环境下传播速度是一定的340m/s，但是如果在有风的环境下，其传播速度会受风速影响，如果是顺风，则传播速度增大，逆风则相反。所以通过测量一对超声波发射接收模块之间的超声波传播时间，可以计算出波速，从而可以间接计算出风的速度。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

一：方案：

本设计主要包含msp430单片机，tdc-gp2芯片，超声波换能器，lcd显示屏等几大部分构成。msp430运算速度高，资源丰富，足以承担本设计的运算任务，且相比较dsp成本低廉。tdc-gp2芯片兼具高速脉冲产生，温度测量，时钟控制等功能，关键是ＡＬＵ算数逻辑单元可以实现高精度的时间间隔测量。这也是此方案得以实施的前提。一般超声波测量精度比较低，大概在1mm左右，且测量范围受限，主要原因就是时间测量精度不够，用这款芯片正好弥补了这一缺陷。超声波换能器主要用来实现超声波和电信号之间的转换，通过驱动电路，实现超声波的发射和接收。lcd用来显示当前实时的风向风速。

本设计的主要原理如下列框图所示

4. 参考文献

[1]俞飞，姬鸿丽。低空风切换的分析与预报[j],四川气象，2001（3）：18-19.

[2]程小畅。超声波回波信号解调及其包络相关时延估计算法[j].传感技术学报，2006（6）：2571-2573.

[3]唐娟。不同环境下的时延估计算法及其仿真研究[d]。南京：南京信息工程大学，2007：10-13.