基于單片機的風速風向檢測系統設計

摘　要:介紹了一種風速風向傳感器原理,選用LPC921單片機設計了數據采集和數據傳輸的檢測系統,給出了系統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測的重要組成部分, 測量風速風向對人類更好地研究及利用風能和改善生活生產有積極的影響。

　　本系統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器, 對風速脈沖進行定時和計數, 通過計算單位時間內的脈沖數計算出風速。風向則是檢測輸入的風向格雷碼, 將格雷碼轉換成二進制碼, 通過查表的方式求出風向角度, 最終確定風向。最后設計RS485 通信協議,保證通信可靠性, 將風速風向數據送往上位機進行顯示和發布。

　　2 傳感器工作原理

　　本系統采用長春氣象儀器研究所的EC9 -1 系列高收稿日期:2010-03-05動態性能測風傳感器。EC9 - 1 系列傳感器具有動態性能好、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 時就產生旋轉, 信號變換電路為霍爾集成電路。在水平風力驅動下風杯組旋轉, 通過主軸帶動磁棒盤旋轉, 其上的數十只小磁體形成若干個旋轉的磁場, 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。

　　當風向標隨風旋轉時, 通過主軸帶動碼盤旋轉, 每轉動2.8125°,位于碼盤上下兩側的七組發光與接收光電器件就會產生一組新的七位并行格雷碼,經過整形、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。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