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学士学位论文--:基于单片机控制的风速风向的测量.doc
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学士学位论文--:基于单片机控制的风速风向的测量.doc
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滨江学院
毕业论文(设计)
题 目 基于单片机控制的风速风向的测量
院 系 滨江自动控制系
专 业 测控技术与仪器
- 1 -
目录
摘要 ......................................................................................................................................................................................3
第 1 章 绪论 ........................................................................................................................................................................3
1.1 问题的提出 ..............................................................................................................................................................3
1.2 国内外的发展动态 ..................................................................................................................................................4
1.3 研究的内容 ..............................................................................................................................................................4
1.4 研究内容 ..................................................................................................................................................................4
1.4.1 风速测量方法
..................................................................................................................................................5
1.4.2 风向测量方法
..................................................................................................................................................6
第 2 章 系统整体硬件电路分析设计................................................................................................................................7
2.1 单片机部分 ..............................................................................................................................................................7
2.1.1 单片机型号
......................................................................................................................................................7
2.1.2 硬件系统的主电路设计
..................................................................................................................................8
2.2 风速测量的设计 ....................................................................................................................................................11
2.2.1 风速传感器
....................................................................................................................................................11
2.2.2 信号放大部分
................................................................................................................................................11
2.2.3 AD 转化器工作原理
.......................................................................................................................................13
2.2.4 显示部分
........................................................................................................................................................15
2.3 风向测量的设计 ....................................................................................................................................................16
第 3 章 软件系统的设计..................................................................................................................................................20
3.1 风速软件设计 ........................................................................................................................................................21
3.2 风速部分程序 ........................................................................................................................................................22
3.3 风向软件设计 ........................................................................................................................................................24
3.4 风向部分程序 ........................................................................................................................................................25
第 4 章 硬件电路图与仿真设计......................................................................................................................................26
4.1 硬件电路图设计工具与仿真工具 ........................................................................................................................26
4.1.1 硬件电路图原理图设计工具
........................................................................................................................26
4.1.2 硬件电路仿真工具
........................................................................................................................................26
4.2 硬件电路设计.........................................................................................................................................................27
4.3 电路仿真设计 ........................................................................................................................................................28
4.3.1 风速测量仿真
................................................................................................................................................28
4.3.2 风向测量仿真
................................................................................................................................................29
4.3.3 仿真分析
........................................................................................................................................................30
第 5 章 系统的调试 ..........................................................................................................................................................31
5.1 硬件调试 ................................................................................................................................................................31
5.2 软件调试 ................................................................................................................................................................31
- 2 -
参考文献 ............................................................................................................................................................................32
附录 ....................................................................................................................................................................................33
风速程序:....................................................................................................................................................................33
风向程序:....................................................................................................................................................................38
致谢: ................................................................................................................................................................................41
ABSTRACT ......................................................................................................................................................................42
- 3 -
基于单片机控制的风速风向的测量
叶成龙
南京信息工程大学滨江学院测控技术与仪器专业,南京 210044
摘要
人类社会发展的历史与能源的开发和利用水平密切相关,每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。在
自然界中,风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机,各国都在加紧对风力的开发和利
用,尽量减少二氧化碳等温室气体的排放,保护我们赖以生存的地球。
本文介绍了用 AT89S52 系列单片机设计监测风速风向的数据采集处理系统以及显示模块。对于风速该系统采用单片机技
术。压力传感器采集的数据交给单片机处理,再由液晶显示屏显示测量的风速值。对于风向该系统利用编码器在 0-360°范
围内进行测量收集信号,在多圈旋转的情况下能够实现单圈自动归零,通过单片机进行格雷码转化处理,测量风向通过数码
管显示。软件部分的设计采用模块编程,方便今后的维护和改进。
关键词:风向 风速 单片机 传感器
第 1 章 绪论
1.1 问题的提出
风是农业生产的环境因子之一。风速适度对改善农田环境起着重要作用。风对农业也会产生消极作用。
它能传播病原体,蔓延植物病害。高空风是粘虫、稻飞虱、稻纵卷叶螟、飞蝗等害虫长距离迁飞的气象条
件。大风使叶片机械擦伤、作物倒伏、树木断折、落花落果而影响产量。大风还造成土壤风蚀、沙丘移动,
而毁坏农田。在干旱地区盲目垦荒,风将导致土地沙漠化。牧区的大风和暴风雪可吹散畜群,加重冻害。
地方性风的某些特殊性质,也常造成风害。由海上吹来含盐分较多的海潮风,高温低温的焚风和干热风,
都严重影响果树的开花、座果和谷类作物的灌浆。防御风害,多采用培育矮化、抗倒伏、耐摩擦的抗风品
种。营造防风林,设置风障等更是有效的防风方法。所以测量风速风向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。
我国的风力资源极为丰富,绝大多数地区的平均风速都在每秒 3 米以上,特别是东北、西北、西南
高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区,风力发
电是很有前途的。尤其是目前能源紧张,风力发电成为新潮发电方式的情况下,对风速风向的测量和控制
尤为重要。所以研究风的变化意义巨大。
- 4 -
1.2 国内外的发展动态
风是大自然普遍存在的,而风这一定义的出现以及开始进行测量则是有很久的历史,在奴隶社会初期,
我国的人们就开始进行简单的测量以及判断,只是那个时候的测量方法是通过旗帜来判断的,一旗帜飘扬
的方向以及平率来进行判断风向风速,这种方法只能进行简单的判断,而在东汉的进一步发展将风向风速
的测量有一定的发展,但是在进行测量的时候依旧是只能进行判断,而无法得出准确的值,但是现在使用
传感器来进行测量就能够了解到某一时刻的准确的风向风速,同时还能进行计算某一段的风向风速的平均
值。目前,在工农业生产领域,工厂的自动流水生产线,全自动加工设备,都大量地采用了各种各样的传
感器,它们在合理化地进行生产,减轻人们的劳动强度,避免有害的作业发挥了巨大的作用。在军事国防
领域,各种侦测设备,红外夜视探测,雷达跟踪、武器的精确制导,没有传感器是难以实现的。在航空航
天领域,空中管制、导航、飞机的飞行管理和自动驾驶,仪表着陆盲降系统,都需要传感器。人造卫星的
遥感遥测都与传感器紧密相关。没有传感器,要实现这样的功能那是不可能的。国内外使用的传感器及其
部件大多以机械的为主,此类传感器一般是体积大,测量精度不高,响应时间长,灵敏度低,价格昂贵。
而且,它们的电路复杂,占用面积大。为了使传感器的测量精度,稳定性和可靠性都较高,同时避免繁琐
的机械传动,传感器的研究方向已经向着小型化,低功耗,集成化,智能化方向发展。
1.3 研究的内容
风速风向是经常需要采集的一个参数,由于机械式的风速传感器响应时间比较长,体积大,而且价格
比较贵,要实现在一个不是很广阔的地方测量风速就会比较难,所以本课题研究的是设计一个小型的测量
系统,此测量风速系统要电路简单,精度高,体积小,成本低,容易实现。
风速风向系统的功能主要是能对当前的风速风向进行测量并在显示器件上显示,而且测量系统要求具
有一定的精度,在断电及其他影响情况下仍能准确的工作,尤其是风向测量部分,要求具有断电保护或者
记忆功能,能够时刻反应风向情况。本课题研究的是设计一个小型的测量系统,此测量系统电路简单,精
度高,体积小,成本低,容易实现。对于风速在 0-80m/s 的范围内,在单片机的控制下,采用合适的测
量方法对电压的变化进行测量,同时要求风速的测量达到一定的精度,误差不超过 5%并且对风速进行显示。
对于风向在 0-360°范围内进行测量,在多圈旋转的情况下能够实现单圈自动归零,单片机处理测量风向
能够显示并且达到一定的精度。
1.4 研究内容
早期的测量系统无论是结构上还是测量方法上都比较简单,大多数情况下就是使用一些简单的仪表,
完全由人来进行转速测量,整个系统的成本较低,但可靠性不高,实现的功能单一。随着电子技术、计算
机技术、现代控制技术等技术的迅猛发展,测速系统得到了不断的发展与完善,功能更强大。传感器的种
类越来越多。全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出,传感器领
域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将
日益激烈。
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