風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)

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1、基于單片機(jī)的風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間：2011-03-0116:46:08來(lái)源：電源技術(shù)應(yīng)用作者：????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?！　?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?！　”鞠到y(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

2、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?！　?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)?！　★L(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)

3、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?！　∮?jì)算公式:V=0.1F?！　: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?！　‘?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-

4、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　　3.1電源模塊　　電源包括LPC921芯片工作的3.3V電源和測(cè)風(fēng)傳感器工作的5V電源。電源穩(wěn)壓芯片采用AS1117?！　S1117是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列,其壓差在1.2V輸出,負(fù)載電流為800mA時(shí)為1.2V,有多個(gè)固定電壓輸出型號(hào),包括3.3V和5V。通過電源指示、防雷、穩(wěn)壓和

5、濾波處理,能夠?yàn)楦鱾€(gè)芯片和傳感器提供穩(wěn)定的工作電源?！　?.2主控制模塊和輸入輸出模塊　　P89LPC921是一款單片封裝的微控制器,適合于許多要求高集成度、低成本的場(chǎng)合?？梢詽M足多方面的性能要求。P89LPC921采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu),指令執(zhí)行時(shí)間只需2到4個(gè)時(shí)鐘周期。6倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51器件。P89LPC921集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能,這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本。　　20腳TSSOP封裝的LPC921芯片,除去電源、地、晶振、復(fù)位管腳,還有15個(gè)可用I/O口。P0口的P0.0到P0.6作為風(fēng)向七位格雷

6、碼的輸入引腳,P1.2腳同時(shí)是定時(shí)計(jì)數(shù)器0的引腳,我們將其作為風(fēng)速脈沖的輸入引腳。P1.0和P1.1用作RS485通信,P1.3作為RS485通信收發(fā)控制引腳。P1.7用作繼電器控制引腳,控制傳感器電源的導(dǎo)通和關(guān)閉。同時(shí),P0.4和P0.5也是用芯片程序下載接口,在此,用3腳跳線將P0.4和P0.5引出,使其作為復(fù)用引腳。LPC921采用ICP下載器下載程序,下載程序時(shí)要將電源和地與周圍電路隔離,因此電源和地的引腳應(yīng)使用2條跳線引出?！　PC921管腳可承受5V工作電壓,因此5V脈沖信號(hào)和格雷碼在經(jīng)過防雷,濾波后可以直接接到單片機(jī)

7、引腳上。輸出部分主要是單片機(jī)輸出引腳通過驅(qū)動(dòng)電路控制繼電器,在此,繼電器選用臺(tái)灣欣大繼電器946H-1C-5D,工作電壓5V,驅(qū)動(dòng)電流70mA。驅(qū)動(dòng)電路三極管采用9013H,直流增益150,限流電阻R5選8.2K或5.6K。為了防止繼電器的反向感生電動(dòng)勢(shì)燒壞三極管甚至前邊的電路比如單片機(jī),應(yīng)在繼電器兩端反向并聯(lián)二極管,該二極管的正極應(yīng)該在三極管集電極那端,負(fù)極接正5V端。繼電器的使用可以降低系統(tǒng)功耗,延長(zhǎng)傳感器的使用壽命?！　≈骺刂颇K電路圖如圖3所示。圖3主控制模塊電路圖　　3.3通信模塊　　本系統(tǒng)提供了兩種通信方式,一種是RS4

8、85通信,采用MAX485E收發(fā)器,接口電路如圖3中所示。另一種是采用短距離無(wú)線方式傳輸,因?yàn)楹芏嗲闆r下,風(fēng)速風(fēng)向觀測(cè)點(diǎn)距離數(shù)據(jù)處理中心并不遠(yuǎn),采用無(wú)線傳輸可以節(jié)省鋪線成本并提高應(yīng)用的靈活性。短距離無(wú)線傳輸采用的是華奧通HAC-UM數(shù)