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基于单片机的风速风压测量系统
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2010-10-22
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本文在了解压力传感器工作原理以及单片机相关知识的前提下,介绍了一种新型的的风速风压测量系统。该系统采用单片机技术, 由压力传感器采集数据,对传感器模拟信号提取放大,并进行模数转换,单片机负责控制系统各部分器件的工作并对数字信号进行处理。然后将压力信息显示在LED接收面板上,同时将信息经串口发送给上位机软件,并由上位机显示出来。该系统以AT89S52作为微处理器,具有强大的数据计算处理能力及控制能力,此外由于其内部集成了多种硬件电路接口,有效地降低了成本,减小了装置体积。在压力传感器部分,选用霍尼韦尔公司的传感器,型号为24PCEFH2G[13]。此外,上位机通信显示部分采用LabVIEW虚拟仪器软件,采用可视化的图形编程语言,以在计算机屏幕上建立图形化的面板来替代常规的传统仪器面板。
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基于单片机的风速风压测量系统
摘要
本文在了解压力传感器工作原理以及单片机相关知识的前提下,
介绍了一种新型的的风速风压测量系统。该系统采用单片机技术由压
力传感器采集数据,对传感器模拟信号提取放大,并进行模数转换,
单片机负责控制系统各部分器件的工作并对数字信号进行处理。然后
将压力信息显示在 接收面板上,同时将信息经串口发送给上位机
软件,并由上位机显示出来。该系统以 AT89S52 作为微处理器,具
有强大的数据计算处理能力及控制能力,此外由于其内部集成了多种
硬件电路接口,有效地降低了成本,减小了装置体积。在压力传感器
部分,选用霍尼韦尔公司的传感器,型号为
。此外,
上位机通信显示部分采用 虚拟仪器软件,采用可视化的图形
编程语言,以在计算机屏幕上建立图形化的面板来替代常规的传统仪
器面板。
系统硬件设计是本课题的重点研究内容,系统分为四个模块,分
别为电源模块、数据采集模块、信号处理模块、以及与上位机通信模
块。硬件系统主要完成压力数据的采集、处理、显示、及原理图 、
版图设计。软件部分也是本论文的主要工作所在,软件主要完成
单片机工作、模数转换器件、以及上位机软件的控制。同时微控制器
软件设计采用了模块化设计方法,增强了软件系统的可移植性、可读
性和稳定性。
经过实际的测量,本系统可对外界风速风压进行较为准确的测量。
本装置具有高灵敏度、小型、简单、低耗等优点。其测量精度、稳定
性和可靠性都高于传统的测量仪器。
关键词:单片机,风压风速,数据采集,数据处理, 压力传感器,
显示,上位机
THE SYSTEM OF WIND PRESSURE AND
SPEED BASED ON THE SINGLE-CHIP
COMPUTER
ABSTRACT
In this article, with the knowledge about the work principle of the pressure sensor
and knowledge about the single - chip computer technology, we introduce a new system
of wind pressure and speed measurement, based on single-chip computer. The system
uses microcomputer technology, the data collected by the pressure sensor, the sensor
analog signal extraction amplification and for analog-digital conversion, microcomputer
control system for the work of the various parts of the device and digital signal for
processing. Then the pressure of information displayed in the LED panel on the receiver,
while the information sent to the host computer via serial port software, shown by the
host computer. As microprocessors of the system, AT89S52 has powerful data processing
power and control ability, in addition to its internal integration of a variety of hardware
interfaces, effectively reduces the cost and reduce the device volume. Some of the
pressure sensor, use Honeywell’s sensor model 24PCEFH2G. In addition, the host
computer communication showed that some use LabVIEW virtual instrument software
using a visual graphical programming language to build a computer screen graphical
panel to replace the traditional conventional instrument panel.
System hardware design is the focus of research content in this issue, the system is
divided into four modules, namely, power supply modules, data acquisition module,
signal processing module, as well as with the host computer communication module.
Hardware system accomplished the pressure data acquisition, processing, display, and
schematics, PCB layout. Software part is where the main work of this thesis, the software
was completed for SCM work, ADC parts, and PC software control. Micro-controller
software design also uses a modular design methods, software portability, readability and
stability.
After the actual measurement, the system can be more accurate external wind pressure
measurements. This device has high sensitivity, small, simple, low cost and so on. The
measurement is more accuracy, stability and reliability than traditional measuring
instruments.
Keywords: microcontroller, air pressure, wind speed, data acquisition, data processing,
pressure sensor, LED display, PC
第一章 引言
课题背景及研究意义
风在日常生活中得到越来越广泛的应用,但是人们目前还无法对其进行极为有
效的控制,但是风速的变化和分布也是有一定的规律可循的。简言之,风速可分解
为缓慢变化的分量和快速变化的分量。在一定的时间尺度上,风俗的平均值可认为
是不变的,是缓慢变化的量。风速和风压的测量在很多领域都有很重要的作用如
环境检测和控制、天气预报、运动休闲、大气环流测量、局部热控系统环流状态测
试等方面。而且风压和风速是日常生活中很关注的一件事情对于航海、航空、渔
业和农业以及风力发电站等部门来说风压和风速的具体大小则更为重要。随着检
测技术的发展以及人们对环境要求的提高传统的机械式风速仪已不能满足测量精
度和功能的要求。因此有必要研制一种有一定风速测量范围能同时测风压的传感
器。由于环境空间很小要求传感器尺寸尽可能小以减少对气流的影响。采用基于
压力传感器的单片机测量系统能省去转换器电路结构简单、编程处理简单、体
积小、重量轻、使用方便 便用于远程风速风压测压。从而使其具有许多明显的优
点:便于集成和批量化生产从而保证了传感器性能的重复性和均匀性;降低了传
感器校准的复杂性和频繁性;还可以实现传感器的多功能化、系统化和智能化。
在工业生产中,经常使用压力传感器来监测和控制生产过程中的各个参数。这
些监测和控制系统均离不开数据信息的传输。很多情况下,由于条件所限,采用普
通有线电缆引出信号是无法满足要求或者跟本无法实现的。一个比较好的解决方案
就是采用无线传输技术,将采集的数据通过无线链路发送到数据接收端,构成无线
数据传输系统。目前许多应用领域都采用无线的方式进行数据传输,这些领域涉及
到小型无线网络、工业数据采集系统、无限遥控系统、非接触 智能卡等。无线
传输有一些独特的优势,首先,无线通信的数据 传输距离比较远;其次,无线通
信设备在使用过程中不需要连接通信电缆,简化了工作流程,降低了成本。因此无
线数据采集系统的开发有着非常重要的现实意义。
风速风压传感器发展现状
目前国内外使用的风压和风速传感器其传感部件大多以机械类传感部件为主
此类传感器一般体积大、测量精度不高、灵敏度较低、响应时间也较长价格也相
当昂贵。而且传统的风速计控制和测量一般采用片内或片外电路方式实现电路结
构复杂能够测量风速大小但是很难测量和计算风压而且系统采用的较多周边元器
件占用面积大。对于风速的测量一般有三种方法。其一是利用一维风速传感器将
传感器经过特殊的封装再辅以外部机械传动装置来实现二维风向的测量或者单纯
利用机械传感装置如风向标。其二是单独制作硅二维风向传感器风向和风速分
别由各自的传感器来测量。其三是二维风向和风速传感器由一个传感部件构成。
本文介绍的风速与风压智能测定装置是采用高动态性能压力传感器
[1
,
2]
并结合单片
机技术进行设计其测量精度、稳定性和可靠性都较高。相对于其他方法而言此传
感器测量风压和风速是一次性完成的无须考虑二者在测量时间上的不同步而导致
的测量误差而且避免了繁琐的机械传动装置。
课题研究内容
在工业生产中风压值是经常需要采集的一个参数。由于风机经常离控制室的
距离较远其数据采集比较困难。本课题主要内容是由压力传感器采集数据,对传
感器模拟信号提取放大,并进行模数转换,单片机负责控制系统各部分器件的工作
并对数字信号进行处理。然后将压力信息显示在接收面板上,同时将信息经串
口发送给上位机软件,并由上位机显示出来。该设计由单片机控制的,过程完全由
软件控制完成,中间不需人工干预,提高了系统的测量精度和可靠性。
系统硬件设计是本课题的重点研究内容,硬件结构整体设计是对方案设计的具
体化实现。本系统采用模块化设计的思想,根据功能对系统进行模块划分,设计中
考虑到各个模块之间接口的可靠性以及较强的抗干扰能力。系统分为四个模块,分
别为电源模块、数据采集模块、信号处理模块、以及与上位机通信模块。硬件系统
主要完成压力数据的采集、处理、显示、及原理图、版图设计。
软件部分也是本论文的主要工作所在,软件主要完成单片机工作、模数转换器
件、以及上位机软件的控制。同时微控制器软件设计采用了模块化设计方法,增强
了软件系统的可移植性、可读性和稳定性。
图 基于单片机的风速风压测量系统
Fig. 1.1 THE SYSTEM OF WIND PRESSURE AND SPEED BASED ON THE SINGLE-CHIP
COMPUTER
第二章 系统硬件设计
部分
是整个系统的核心,它直接关系到系统的功能、速度、成本、功耗和体系
结构等重要方面,所以要慎重选择。如果系统工作任务较多,计算量较大,就要考
虑使用 位。如果任务量更繁重,就要考虑采 位 处理器。本系统数据计
算量较小,对内存要求较低,同时考虑到实现成本,因此采用 ! 系列 " 位单片机
#"$
即可完成任务。
%"$&! 型单片机主要性能
本课题设计中选用的是 '()* 公司的 %"$&! 型单片机,此款单片机有如下
特点
、+,-+(*./ 0可以满足设计需要。
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资源评论
- zswd8907122013-03-29应该是一篇课程论文 实用性不大
- yaoyaohaohao2012-10-28不是我的方法,不过资料还行
- wmhyyzyq2012-12-27方法不错,思路明确,可以使用,感谢楼主分享
- bngdyz2013-03-08资料一般,只是word文档,没意思
sksyyg
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