基于單片機(jī)的風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘　要:介紹了一種風(fēng)速風(fēng)向傳感器原理,選用LPC921單片機(jī)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋z測(cè)系統(tǒng),給出了系統(tǒng)硬件電路圖和軟件流程圖,分析了硬件設(shè)計(jì)和軟件編程中的一些問題。

　　1 引言

　　風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量是氣象監(jiān)測(cè)的重要組成部分, 測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向?qū)θ祟惛玫匮芯考袄蔑L(fēng)能和改善生活生產(chǎn)有積極的影響。

　　本系統(tǒng)針對(duì)傳感器的特點(diǎn)選用了LPC921 單片機(jī),通過I/O 口輸出高低電平,通過放大電路驅(qū)動(dòng)繼電器,控制傳感器電源的開關(guān)。利用單片機(jī)的兩個(gè)通用定時(shí)計(jì)數(shù)器, 對(duì)風(fēng)速脈沖進(jìn)行定時(shí)和計(jì)數(shù), 通過計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)計(jì)算出風(fēng)速。風(fēng)向則是檢測(cè)輸入的風(fēng)向格雷碼, 將格雷碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼, 通過查表的方式求出風(fēng)向角度, 最終確定風(fēng)向。最后設(shè)計(jì)RS485 通信協(xié)議,保證通信可靠性, 將風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)送往上位機(jī)進(jìn)行顯示和發(fā)布。

　　2 傳感器工作原理

　　本系統(tǒng)采用長(zhǎng)春氣象儀器研究所的EC9 -1 系列高收稿日期:2010-03-05動(dòng)態(tài)性能測(cè)風(fēng)傳感器。EC9 - 1 系列傳感器具有動(dòng)態(tài)性能好、線性精度高、靈敏度高、測(cè)量范圍寬、互換性好、抗風(fēng)強(qiáng)度大等特點(diǎn)。

　　風(fēng)速傳感器的感應(yīng)組件為三杯式風(fēng)杯組件, 當(dāng)風(fēng)速大于0.4m/s 時(shí)就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn), 信號(hào)變換電路為霍爾集成電路。在水平風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下風(fēng)杯組旋轉(zhuǎn), 通過主軸帶動(dòng)磁棒盤旋轉(zhuǎn), 其上的數(shù)十只小磁體形成若干個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng), 通過霍爾磁敏元件感應(yīng)出脈沖信號(hào), 其頻率隨風(fēng)速的增大而線性增加。

　　計(jì)算公式:V=0.1F。

　　V:風(fēng)速,單位:m/s; F:脈沖頻率,單位:Hz風(fēng)向傳感器的感應(yīng)組件為前端裝有輔助標(biāo)板的單板式風(fēng)向標(biāo)。角度變換采用的是七位格雷碼光電碼盤。

　　當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)時(shí), 通過主軸帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn), 每轉(zhuǎn)動(dòng)2.8125°,位于碼盤上下兩側(cè)的七組發(fā)光與接收光電器件就會(huì)產(chǎn)生一組新的七位并行格雷碼,經(jīng)過整形、倒相后輸出。方位- 角度- 格雷碼- 二進(jìn)制碼對(duì)照表是風(fēng)向測(cè)量單片機(jī)編程的重要依據(jù)。傳感器結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。

圖1 傳感器結(jié)構(gòu)組成圖

　　3 硬件電路設(shè)計(jì)

　　該風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量系統(tǒng)主要由電源模塊、主控制模塊、輸入輸出模塊和通信模塊4 部分構(gòu)成。硬件電路示意圖如圖2 所示。

圖2 硬件電路示意圖