基于單片機的風速風向檢測系統(tǒng)設計

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

　　1 引言

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

　　本系統(tǒng)針對傳感器的特點選用了LPC921 單片機,通過I/O 口輸出高低電平,通過放大電路驅(qū)動繼電器,控制傳感器電源的開關。利用單片機的兩個通用定時計數(shù)器, 對風速脈沖進行定時和計數(shù), 通過計算單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)計算出風速。風向則是檢測輸入的風向格雷碼, 將格雷碼轉(zhuǎn)換成二進制碼, 通過查表的方式求出風向角度, 最終確定風向。最后設計RS485 通信協(xié)議,保證通信可靠性, 將風速風向數(shù)據(jù)送往上位機進行顯示和發(fā)布。

　　2 傳感器工作原理

　　本系統(tǒng)采用長春氣象儀器研究所的EC9 -1 系列高收稿日期:2010-03-05動態(tài)性能測風傳感器。EC9 - 1 系列傳感器具有動態(tài)性能好、線性精度高、靈敏度高、測量范圍寬、互換性好、抗風強度大等特點。

　　風速傳感器的感應組件為三杯式風杯組件, 當風速大于0.4m/s 時就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn), 信號變換電路為霍爾集成電路。在水平風力驅(qū)動下風杯組旋轉(zhuǎn), 通過主軸帶動磁棒盤旋轉(zhuǎn), 其上的數(shù)十只小磁體形成若干個旋轉(zhuǎn)的磁場, 通過霍爾磁敏元件感應出脈沖信號, 其頻率隨風速的增大而線性增加。

　　計算公式:V=0.1F。

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

　　當風向標隨風旋轉(zhuǎn)時, 通過主軸帶動碼盤旋轉(zhuǎn), 每轉(zhuǎn)動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- 二進制碼對照表是風向測量單片機編程的重要依據(jù)。傳感器結構組成如圖1 所示。

圖1 傳感器結構組成圖

　　3 硬件電路設計

　　該風速風向測量系統(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 部分構成。硬件電路示意圖如圖2 所示。

圖2 硬件電路示意圖