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上海网网站建设,中阔浩潮建设工程有限公司网站,石家庄建站程序,网站页脚设计代码摘 要 风速、风向的测量在气象预报、环境监测、风力发电、航空航天等领域中有着重要意义。随着传感器技术、微处理器技术和网络通信技术的发展#xff0c;相比传统的人工观测#xff0c;数字化、智能化的气象仪器在观测精度、速度和稳定性等方面都有较大优势#xff0c;因此…摘 要风速、风向的测量在气象预报、环境监测、风力发电、航空航天等领域中有着重要意义。随着传感器技术、微处理器技术和网络通信技术的发展相比传统的人工观测数字化、智能化的气象仪器在观测精度、速度和稳定性等方面都有较大优势因此针对数字化的气象仪器进行设计具有较大意义尤其是便携式小型化的仪器虽然通过天气预报可以知道当前的风速风向信息但是这些都是大范围的无法感知某一局部区域的风速风向因此本文围绕风速风向仪进行设计。本次基于单片机的风速风向仪设计与实现整个系统包括单片机最小系统STC89C52RM-FS-N01风速传感器RM-FX-N01风向传感器压力传感器采集的数据变换并传送至单片机进行处理再由液晶显示屏显示测量的风速值。对于风向系统利用编码器在0360°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数据的转化处理测量风向也通过液晶显示屏显示。软件部分的设计采用模块化编程方式方便程序的维护和改进。关键词风向风速的测量单片机传感器2系统设计方案2.1系统总体方案设计本课题为“基于单片机的风速风向仪设计与实现”在功能上设计如下1具有基本测量功能可以检测风速风向2具有显示信息的功能可以显示风速、风向的基本信息3具有语音播报功能可以播报当前的风速风向大小4可以通过按键设定阈值当风速风向超过阈值时进行声音提示5具有无线传输功能可以将检测的数据传输到手机APP根据上述功能设计了如图2.1所示的系统总体架构整个系统包括单片机最小系统STC89C52RM-FS-N01风速传感器RM-FX-N01风向传感器MY1680语音播报模块OLED液晶ESP8266无线通信模块蜂鸣器ADC0832模数转换器等等在开发环境上采用Altium完成系统原理图的设计通过Keil平台和C语言完成软件程序的编写。图2-1系统总体设计框图2.2控制器方案选择单片机作为系统控制的核心其型号的选择直接影响到系统运行的稳定。在其型号的选择过程中需要对其硬件配置、兼容能力以及成本支出进行考量。为此提出以下几种方案。方案一选用STC89C52作为系统主控制器的方案选型STC89C52单片机设计时间长设计成本较低但在实际应用过程中可支持的传感器类型较少控制器运行速度缓慢影响实际应用的控制运行。方案二选用ESP8266芯片模组作为系统主控制器的方案选型ESP8266芯片模组被常用于嵌入式的系统研发中。自身具有良好的读写能力外设接口数量较多设有多个定时器。实际应用中由于ESP8266拥有较多库文件的支持因此用户可以根据自身需求进行库文件的选用在处理多路信号的过程中比较便利。方案三选用Arduino Mega 2560作为系统主控制器的方案选型。作为Arudino系列的一款应用单片机Arduino Mega 2560的外设IO接口数量较多系统处理能力强。作为开源硬件系统编译环境友好对于实际应用中的传感器链接都设有对应的库文件便于用户在系统程序编写过程中进行直接调取。通过对以上三种形式的单片机类型进行区分考虑到此次风速风量测量仪在实际设计过程中需要提升自身的处理能力传感器应用类型较多系统存储容量要求高因此选用方案一中的STC89C52单片机作为系统主控制器的方案选择。2.3风速测量模块和其他模块无线通信模块选型作为物联网数据传输的重要组成部分无线通信技术的选择直接影响到系统数据传输的稳定性需要根据系统的设计需求进行方案的正确选型针对此次系统设计提出以下几种无线通信技术进行方案选型。方案一选择蓝牙通信模块作为系统无线通信的技术蓝牙通信技术在实际生活中应用广泛例如蓝牙通信、蓝牙遥控等适用于短距离范围内的不需进行数据存储的场合。但是由于蓝牙通信技术两个固定设备之间的通信工作且易受到传输过程中障碍物的影响不能够实现点对面的实际通信需求因此应用范围受限。方案二选择WIFI通信作为系统无线通信的技术作为主流的无线通信技术其应用场合最多数据传输更为稳定。在使用不同服务器和云平台的过程中可对固件进行烧写便于接入。而且WIFI通信技术应用的芯片模块开发成本较低能够缩短系统的研发周期实用性强。通过以上方案的对比考虑到此次设计中的无线数据传输属于远距离的传输为了提高系统数据传输的可靠性综合各项因素选择方案二中WIFI无线通信技术。语音模块选型方案一MY1680-12P 是深圳市迈优科技有限公司自主研发的一款小巧的微集成MP3模块。采用MY1680-SOP16 MP3主控 芯片支持MP3、WAV格式双解码。模块内置FLASH存储芯片1-16M容量可选也可外接U盘或USB数据线连接电脑更 换FLASH的音频文件。该模块内置3W功放可以直接驱动3W的喇叭使用更方便。方案二采用国产YC系列语音芯片该类语音芯片可以播放特定的语音信息用户可以将需要播报的语音段发送给厂家由厂家进行烧录这种方式其最大的缺点就是播放的语音信息用户无法自行修改但是其成本低使用也较为方便并且由于国内网购发达通过购物网站与厂家联系要求修改语音信息也较为方便。综上所述考虑到此次风速风向测量设计中需要语音播报的风速风向情况因此选择方案一更加合适。风速测量系统方案与论证方案一三杯式风速计:三杯风速传感器主要采用优质铝合金型材表面经电镀喷塑处理具有良好的防侵蚀抗腐蚀特点。能有效的保证长期使用的仪表不起锈同时配合内部顺滑的轴承系统一起使用确保了采集信息的准确性。是一种使用方便性能好可靠性高的智能仪器仪表。可广泛用于测量温室气象站建筑施工等场所风速。方案二热式风速仪热线风速仪具有探头体积小对流场干扰小;响应快能测量非定常流速;能测量很低速低达0.3m/s等优点。当在湍流中使用热敏式探头时来自各个方向的气流同时冲击热元件从而会影响到测量结果的准确性。在湍流中测量时热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于转轮式探头。基于三杯式风速传感器的风速测量具有动态性能好、线性高、测量范围广、抗雷电干扰能力强等特点 。综合测量功能、可靠性、使用领域、性价比等要素三杯式风速仪利用 RS-FS-V05 风速变送器完成风速测量。该测试仪相较其它风速仪结构简单、抗干扰能力强能够实现通过采集风能参数合理开发和利用风能的目的因此本设计采用三杯式风速计。3硬件电路设计3.1单片机最小系统设计单片机介绍在本次风速风量测量仪的系统设计中系统将STC89C52单片机作为系统的主控核心如图3.1所示为单片机的最小系统图其中包括单片机、晶振电路、复位电路三个模块。单片机执行指令的过程中需要晶振为其提供时钟频率两者具有密切的联系。在实际应用中STC89C52芯片的工作效率高、系统功耗低。芯片可以兼容cmcs-51指令以此来提高系统工作过程中的便捷化程度。STC89C52芯片有8位的中央处理器以及用于信息数据存储的模块。STC89C52单片机可以完成多项信息处理为其实际应用中的产品设计提供可靠的解决手段。图3-1系统总体设计框图3.2风速风向电路设计在风速风量测量仪中需要实现对风速和风向的检测在此出于设计的实际情况选择的是直接通过风速传感器来完成该功能选用的是RM-FS-N01风速传感器和RM-FX-N01风向传感器这两种传感器都支持5V进行供电并且会将检测到的风速和风向以模拟量的形式进行输出因此单片机控制器只需要去检测去模拟量输出的电压大小就可以得到风速和风向参数其电路如图所示。图3-2风速和风向检测电路图4软件设计4.1软件设计思路本系统的软件设计包含3个部分分别为风速及风向模块、显示模块以及按键模块。通过主程序将三个子程序连通风速模块和风向模块作为输入显示模块。单片机通过接收风速及风向模块的信息来判断风速大小并将风速及风向信息显示在OLED上。4.2程序设计本文软件设计是以一个主程序实现对各个子程序的协调调用进而按照要求实现预设计的功能本系统的风速风量测量仪主程序流程图如图4.1所示在风速风量测量仪程序启动后然后进行系统初始化初始化函数包括分串口初始化液晶显示初始化。在系统的初始化工作完成后首先由单片机发出工作开始信号启动风速风向仪进入循环调用ADC083采集程序以读取风向读取风速风向并通过显示模块显示然后根据阈值进行报警判定接着检测是否有按键按下如果有则进行按键处理之后再通过显示模块显示更新后的风速及风向。4.3风速风向检测模块设计风速风向检测子程序设计在此搭配了ADC0832模数转换器来对风速风向进行检测其流程如图4.3所示风向检测当程序开始后选择CH1通道此时在第三个CLK时钟DAT会给低低电平然后读前8位数据再读后8位数据如果前后8位一致则输出结果如果不一致则输出0接着释放ADC0832然后通过液晶进行显示风向。风速检测采用的是CH0通道设计思路与风向相同。图4-1风速风向检测子程序流程图5系统测试5.1系统测试硬件调试根据风速风量测量仪的设计要求在完成系统硬件电路以及软件程序的设计工作之后需要对系统模型进行制作更好地验证整体系统各个功能的实现情况。在实物制作过程中需要根据系统原理图采用模块化的方式逐一进行相应元器件的选择购买同时还需要购买实物制作过程中应用到的电阻电容等器件。选择合适的实物焊接工具。在焊接工具与元器件准备完毕之后进行线路板的焊接工作。需要注意在焊接过程中不能够出现虚焊、漏焊、线路短路等情况的发生。这些问题都会造成系统电路无法正常进行工作。在实际焊接过程中需要注意焊接的温度合理控制焊接每一个引脚的时间避免造成器件出现破坏的情况。焊接顺序可按照整个线路板的布板位置进行逐个焊接。根据系统原理图进行整个实物的焊接工作之后需要对焊接点进行仔细检查避免出现漏焊或线路短路的问题及时进行线路补充随后进行线路板的清洁并进行上电测试。软件调试在完成硬件制作和软件编写后需要进行系统的联调在开始设计时主要是对一些简单的功能模块进行程序编写尤其是人机交互模块这样方便后续进行调试。在完成编写后通过平台的编译系统进行编译并根据提示进行软件程序的修改直到整个程序没有在KEIL软件上进行报错。然后通过JTAG或者串口下载器将编译生成的HEX文件下载到单片机中首次程序下载可以选择简单的程序以便进行程序功能的基础性判断随后逐渐增加程序来完成整体系统的功能设计。在程序下载完成之后需要及时进行功能调试可以利用在线调试系统来观察单片机内部寄存器的状态或者执行单步运行更加有助于找到问题点以便快速解决问题。系统进入后可以通过在菜单栏中的选择来对需要检测的数据变量寄存器值等进行监测在此以监控count变量为例通过在watch窗口输入该变量值就可以看到其默认值为0X0000在运行后其数值就会随着系统的运行而产生改变。如图5.1所示通过工具栏上的按钮还可以执行单步跳出循环等多种方式的执行操作方便设计人员进行调试。图5-1下载界面在完成所有的程序编写和调试后就可以将程序烧录至STC89C52的芯片中进行各个部分及整体程序的调试。将选好的元器件根据设计的电路图进行焊接组装并把编好的程序烧写进去。本节通过4部分演示。作品静态图如图5.2示主要部分有RM-FS-N01风速传感器、RM-FX-N01风向传感器、OLED液晶、ADC0832模数转换器、以及电容和电阻。图5-2静态实物图5.2测试结果在经过硬件设计软件设计后就需要进行硬件和软件的调试并对关键的功能进行测试而本章正是对风速风量测量仪的系统调试环节在此分别从硬件调试和软件调试两个方面开始论述在硬件调试方面主要采用了万用板来对风速风量测量仪进行实物的制作并通过电烙铁来进行焊接在软件调试方面则通过Keil软件自带的在线调试功能进行逐个的对功能进行测试和修改最终完成了整个风速风量测量仪的设计达到了课题任务需求。文章底部可以获取博主的联系方式获取源码、查看详细的视频演示或者了解其他版本的信息。所有项目都经过了严格的测试和完善。对于本系统我们提供全方位的支持包括修改时间和标题以及完整的安装、部署、运行和调试服务确保系统能在你的电脑上顺利运行。