Ультразвуковой анемометр Опции

[brag]

Вот слепил таккой девайс из почти подручных материалов.
Мож кому будет интересно..

Принцип взят из этой темы http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=65996 + немного мозга. Отдельная благодарность ее учасникам за инфу
Контроллер - атемга88 на плате от какого-то старого проекта.
Датчики брал вот такие http://voron.ua/catalog/018090 дешевые. По скольку мне прислали не пару, а 2 передатчика - так и поставил. передатчик тоже OK работает в качестве приемника
Схема простая. добротности датчиков для расстояния 100мм (взял исходя из нужных критериев) достаточно, так что все прямо к мк. Компаратору опору немного сместил и поднял все это дело над землей.

Принцип основан на измерении разности фаз сигнала туда и обратно и выдача на комп по UART, дальше вся обработка на матлабе.

Тактовая частота 20мгц. резонансная около 42кгц(подстраивал).
У таймера1 2 прерывания в центре цикла и в конце, тоесть прерывания вылетают с частотой ~84кгц всегда из одного места: sleep; rjmp -1;

Код

OCR1B=TMVAL_PI-1; // middle
    OCR1A=TMVAL_PI*2-1;

главное - успеть их обработать, до наступления следующего прерывания.
В обработчике собственно дрыгание ногами и проверка флага ICR, который выставляется по одному фронту(без разницы какому) компаратора.

CODE

static void tih1(){
PORTC^=(PC_US00|PC_US01);
icr1();
}

static void tih2(){
PORTC^=(PC_US12|PC_US13);
icr2();
}

void tihInit(){
setTih1();
}

ISR(iTmr1CmpA){ // full cycle, 40khz
pTih();
}

ISR(iTmr1CmpB){ // middle of cycle
pTih();
}

В стейт-машине
1. делается 4096 холостых тактов
2. берется значение ICR, которое по сути является фазой(если свернуть к +-PI) и интегрируется 2048 раз
3. меняются местами приемник/передатчик
4. повторяется 1-3
5. вычисляется разность фаз(со сварачиванием ессно) выдается результат по uart ( cbkDfrdy(dfi); )

Разность фаз может быть как положительная, так и отрицательная, те можно мерять и направление ветра.

Вот примерно такой код

CODE

// --------------------------------------------------------
static CallbackF pTih;
static long g_integ;
static int g_icrint1,g_icrint2;
static U16 g_ctr;
static U8 g_st;

static void tih1();
static void tih2();

static void tmrReset(){
TCCR1B=(TCCR1B&~0x07);
TCNT1H=0;
TCNT1L=0;
TCCR1B|=(1<<CS10);
TIFR1=0x27;
}

static void setTih1(){
DIDR0=(1<<ADC2D)|(1<<ADC3D);
PORTC=0x30|PC_US00;
DDRC=PC_US00|PC_US12|PC_US01;
ADMUX=3;
pTih=tih1;
tmrReset();
}

static void setTih2(){
DIDR0=(1<<ADC0D)|(1<<ADC1D);
PORTC=0x30|PC_US12;
DDRC=PC_US00|PC_US12|PC_US13;
ADMUX=1;
pTih=tih2;
tmrReset();
}

#define T_PREAMBLE 4096
#define LS_INTC 11

static inline char getIcr(int *picr){
if(TIFR1&(1<<ICF1)){
int icr=ICR1L;
icr|=(U16)ICR1H<<8;
TIFR1=(1<<ICF1);
if(icr>=TMVAL_PI)icr-=TMVAL_PI*2; // if fi>=180 fi=fi-360;
*picr=icr;
return 1;
}
return 0;
}

static void icr1(){
int icr;

switch(g_st){
case 0: // start
g_ctr=0;
g_st=1;
break;
case 1:
if((++g_ctr)>=T_PREAMBLE){
g_ctr=0;
g_integ=0;
g_st=2;
}
break;
case 2:
if(!getIcr(&icr))break;
g_integ+=icr;
if((++g_ctr)>=(1<<LS_INTC)){
g_icrint1=g_integ>>LS_INTC;
g_st=0;
setTih2();
}
break;
default:
g_st=0;
break;
}
}

static void icr2(){
int icr;

switch(g_st){
case 0: // start
g_ctr=0;
g_st=1;
break;
case 1:
if((++g_ctr)>=T_PREAMBLE){
g_ctr=0;
g_integ=0;
g_st=2;
}
break;
case 2:
if(!getIcr(&icr))break;
g_integ+=icr;
if((++g_ctr)>=(1<<LS_INTC)){
g_icrint2=g_integ>>LS_INTC;

int dfi=g_icrint1-g_icrint2;
if(dfi>=TMVAL_PI)dfi-=TMVAL_PI*2; // wrap phase
else if(dfi<-TMVAL_PI)dfi+=TMVAL_PI*2;

cbkDfrdy(dfi);
//outhex(dfi);
//outhex(g_icrint1);uartch(' ');outhex(g_icrint2);
//uartstr_P("\r\n",2);

g_st=0;
setTih1();
}
break;
default:
g_st=0;
break;
}
}

Самое важное здесь выполнить tmrReset в начале каждого измерения иначе фаза будет прыгать рандомически. Ну и успеть полностью обработать прерывание(когда идет замер фазы) примерно за 230 тактов, в моем случаи.

Мне нужно мерять не скорость ветра, а расход воздуха, м3/час. Поэтому эта колбаса помещается в трубе диаметром 125мм.
Формулы простые, все основано на Википедии + Wolfram mathematica

l=0.1; % расстояние между датчиками
d=0.125; % диаметр трубы
vs0=20.0457*sqrt(t+273.15); % скорость звука, t - температура в °C, берется с термодатчика тем же прибором.
dt=y/20e6; % y-разность фаз.
v=-l/dt + sqrt(l^2 + dt^2* vs0^2)/dt; % вычисляем скорость ветра, м/с
va=v*pi*(d/2)^2*3600; % расход воздуха, м3/час

Вот так выглядит результат. Пока тест, дул ртом (в одну и в другую сторону)

[brag]

Хм, у меня скоростя от 0.25 до 5.5 м/с - врядли их можно нормально измерить трубкой. да еще и зависят от сопротивления.
тут нужен измеритель, который не оказывает сопротивления.

Вариант со сжатым воздухом неплохой. можно попробовать обычным компрессором, только вот датчик давления тоже нормальный прийдется прикупить, стрелочный манометр не прокатит
только вот у нас газ сжимаемый, значт нужно уже 2 датчика. + потери на трение. сомневаюсь, что точность этого метода будет выше, чем "моего" ультразвукового

[Tanya]

Хм, у меня скоростя от 0.25 до 5.5 м/с - врядли их можно нормально измерить трубкой. да еще и зависят от сопротивления.
тут нужен измеритель, который не оказывает сопротивления.

Все оказывает. И свет, и ультразвук. Есть еще проволочный термоанемометр. Им же даже соотношение бензин-воздух в машинах регулируют.
Но он тоже влияет.