基于单片机的风速风向检测系统设计

"基于单片机的风速风向检测系统设计" 知识点1：风速风向检测系统的重要性 风速风向测量是气象监测的重要组成部分，对人类更好地研究及利用风能和改善生活生产有积极的影响。 知识点2：风速风向传感器原理 风速传感器的感应组件为三杯式风杯组件，当风速大于0.4m/s 时就产生旋转，信号变换电路为霍尔集成电路。在水平风力驱动下风杯组旋转，通过主轴带动磁棒盘旋转，其上的数十只小磁体形成若干个旋转的磁场，通过霍尔磁敏元件感应出脉冲信号，其频率随风速的增大而线性增加。 知识点3：风向传感器原理 风向传感器的感应组件为前端装有辅助标板的单板式风向标。角度变换采用的是七位格雷码光电码盘。当风向标随风旋转时，通过主轴带动码盘旋转，每转动2.8125°，位于码盘上下两侧的七组发光与接收光电器件就会产生一组新的七位并行格雷码，经过整形、倒相后输出。 知识点4：单片机设计 P89LPC921是一款单片封装的微控制器，适合于许多要求高集成度、低成本的场合。可以满足多方面的性能要求。P89LPC921采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2 到4 个时钟周期。 知识点5：硬件电路设计 该风速风向测量系统主要由电源模块、主控制模块、输入输出模块和通信模块四部分构成。硬件电路示意图如图2 所示。 知识点6：电源模块设计 电源包括LPC921 芯片工作的3.3V电源和测风传感器工作的5 V 电源。电源稳压芯片采用AS1117。AS1117 是一个低压差电压调节器系列，其压差在1.2V输出，负载电流为800mA 时为1.2V，有多个固定电压输出型号，包括3.3V和5V。 知识点7：主控制模块设计 P89LPC921 集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。20 脚TSSOP 封装的LPC921 芯片，除去电源、地、晶振、复位管脚，还有15 个可用I/O 口。 知识点8：RS485 通信协议设计 本系统提供了两种通信方式，一种是RS485 通信，采用M A X 4 8 5 E 收发器，接口电路如图3 中所示。另一种是采用短距离无线方式传输，因为很多情况下，风速风向观测点距离数据处理中心并不远。 知识点9：继电器控制设计 输出部分主要是单片机输出引脚通过驱动电路控制继电器，在此，继电器选用台湾欣大继电器9 4 6 H -1C-5D，工作电压5V，驱动电流70mA。驱动电路三极管采用9013H，直流增益150，限流电阻R5 选8.2K 或5 . 6 K。 知识点10：风速风向数据处理 风速风向数据处理是通过单片机的两个通用定时计数器，对风速脉冲进行定时和计数，通过计算单位时间内的脉冲数计算出风速。风向则是检测输入的风向格雷码，将格雷码转换成二进制码，通过查表的方式求出风向角度，最后确定风向。