基于SF1 Light的超声波风速风向测量系统——高精度、低功耗的创新解决方案

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大家好！今天想和大家分享一篇关于超声波风速风向测量系统的研究论文，题目为《基于SF1 Light的超声波风速风向测量系统》。这篇论文提出了一种利用FPGA和RISC-V内核的SF1芯片设计的高精度、低功耗风速风向仪，非常适合气象、环境监测和农业等领域的需求。

系统亮点

• 高精度测量
  
  
  • 采用时差法原理，通过测量超声波在顺风和逆风方向传播的时间差，计算出风速和风向。
  • 测量范围广：风速0-75 m/s（分辨率0.01 m/s，精度±0.1 m/s），风向0-360°（精度±1°）。
    
    
• 低功耗设计
  
  
  • 基于SF1芯片（FPGA+MCU架构），优化了硬件电路和软件算法，显著降低了系统功耗。
    
    
• 多功能集成
  
  
  • 除了风速和风向，还能实时监测温度、湿度、大气压等环境参数，并通过4G模块将数据上传至云端（OneNET平台），方便远程查看和分析。
    
    
• 抗干扰能力强
  
  
  • 采用超声波换能器和先进的信号调理电路（如带通滤波、高速运放），有效减少了环境噪声对测量结果的影响。
    
    
  
  

系统框图与工作原理

• 硬件部分：包括超声波换能器驱动电路、信号调理电路（OPA189运放、带通滤波）、温湿度传感器（AHT20+BMP280）和4G通信模块。
• 软件部分：基于AHB总线架构，通过PWM模块控制超声波发射，ADC模块处理回波信号，MCU完成数据计算和传输。
  
  

实际应用与测试结果

• 测试表明，该系统在多种气象条件下均能稳定工作，测量精度高，且维护成本低（无机械磨损）。
• 适用于风力发电、城市环境监测、航海船舶等领域。
  
  

个人观点

这篇论文的创新点在于将SF1芯片的FPGA灵活性与RISC-V的低功耗特性结合，实现了高性能的超声波风速测量。对于从事气象设备或物联网开发的朋友来说，这种设计思路非常值得借鉴。

论文来源：《工业控制计算机》2024年第37卷第3期

注： 本文基于公开研究整理，欢迎补充或指正！