【正文】 速成一定的函數(shù)關(guān)系，同時溫差的正負(fù)符號反映風(fēng)向的信息；熱脈沖型則通過測量脈沖在流體中傳輸速度反映流體的速度。硅的熱流量傳感器有三種工作原理分別為熱損失型風(fēng)速傳感 器，熱溫差型風(fēng)速傳感器以及熱脈沖型風(fēng)速傳感器 熱損失型風(fēng)速傳感器一般含有一個單元，其同時作為加熱單元和測溫單元，熱損失型風(fēng)速傳感器測量單個加熱單元的總的熱損失量。 在風(fēng)力的作用下風(fēng)杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。 研究內(nèi)容 早期的測量系統(tǒng)無論是結(jié)構(gòu)上還是測量方法上都比較簡單，大多數(shù)情況下就是使用一些簡單的儀表，完全由人來進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量，整個系統(tǒng)的成本較低，但可靠性不高，實現(xiàn)的功能單一。本課題研究的是設(shè)計一個小型的測量系統(tǒng)，此測量系統(tǒng)電路簡單，精度高，體積小，成本低，容易實現(xiàn)。而且，它們的電路復(fù)雜，占用面積大。在航空航天領(lǐng)域， 空中管制、導(dǎo)航、飛機(jī)的飛行管理和自動駕駛，儀表著陸盲降系統(tǒng)，都需要傳感器。所以研究風(fēng)的變化意義巨大。所以測量風(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。地方性風(fēng)的某些特殊性質(zhì)，也常造成風(fēng)害。大風(fēng)使葉片機(jī)械擦傷、作物 倒伏、樹木斷折、落花落果而影響產(chǎn)量。風(fēng)速適度對改善農(nóng)田環(huán)境起著重要作用。對于風(fēng)向該系統(tǒng)利用編碼器在 0360176。隨著全球氣候變暖和能源危機(jī)，各國都在加緊對風(fēng)力的開發(fā)和利用，盡量減少二氧化碳等溫室氣體的排放，保護(hù)我們賴以生存的地球。在自然界中，風(fēng)是一種可再生、無污染而且儲量巨大的能源。壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)交給單片機(jī)處理，再由液晶顯示 屏顯示測量的風(fēng)速值。 關(guān)鍵詞： 風(fēng)向 風(fēng)速 單片機(jī) 傳感器 第 1 章 緒論 問題的提出 風(fēng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境因子之一。高空風(fēng)是粘蟲、稻飛虱、稻縱卷葉螟、飛蝗等害蟲長距離遷飛的氣象條件。牧區(qū)的大風(fēng)和暴風(fēng)雪可吹散畜群，加重凍害。營造防風(fēng)林，設(shè)置風(fēng)障等更是有效的防風(fēng)方法。尤其是目前能源緊張，風(fēng)力發(fā)電成為新潮發(fā)電方式的情況下，對風(fēng)速風(fēng)向的測量和控制尤為重要。在軍事國防領(lǐng)域，各種偵測設(shè)備，紅外夜視探測，雷達(dá)跟蹤、武器的精確制導(dǎo)，沒有傳感器是難以實現(xiàn)的。 國內(nèi)外使用的傳感器及其部件大多以機(jī)械的為主，此類傳感器一般是體積大，測量精度不高，響應(yīng)時間長，靈敏度低，價格昂貴。 風(fēng)速風(fēng)向系統(tǒng)的功能主要是能對當(dāng)前的風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行測量并在顯示器件上顯示，而且測量系統(tǒng)要求具有一定的精度，在斷電及其他影響情況下仍能準(zhǔn)確的工作，尤其是風(fēng)向測量部分，要求具有斷電保護(hù)或者記憶功能，能夠時刻反應(yīng)風(fēng)向情況。范圍內(nèi)進(jìn)行測量，在多圈旋轉(zhuǎn)的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)單圈自動歸零，單片機(jī)處理測量風(fēng)向能夠顯示并且達(dá)到一定的精度。 全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。三個互成 120 度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面，整個架子連同風(fēng)杯裝在一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸上。 （ 2）熱敏式風(fēng)速計： 基于熱原理的硅風(fēng)速傳感器，在流體中存在一個熱源，通過測量熱源周圍的溫度場分布或熱源的熱損失，來得到關(guān)于流體的信息。在恒功率下，通過測量加熱單元的溫度而得到風(fēng)速大小，恒功率的反應(yīng)時間取決于加熱單元的熱電容和傳熱速率。在皮托管頭部的頂端 ,迎著來流開有一個小孔 ,小孔平面與流體流動方向垂直。 （ 4）超聲波式風(fēng)速計： 當(dāng)超聲波在空氣中傳播時，受到風(fēng)速的影響，順風(fēng)和逆風(fēng)情況下存在一個時間差，基于這個原理可制成的時差法超聲波風(fēng)速測量儀表。 （ 5） 壓力 式風(fēng)速計 : 當(dāng)風(fēng)在傳播過程中，對阻礙它前進(jìn)的物體會有一個壓力，利用風(fēng)對阻礙它傳播而產(chǎn)生的壓力可以制成一個壓力傳感器。光柵盤是在一定 直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)時，通過主軸帶動碼盤旋轉(zhuǎn)，沒轉(zhuǎn)動一定度數(shù)，位于碼盤上下兩側(cè)的四組發(fā)光與接收光電器件就會產(chǎn)生一組新的四位并行格雷 碼，進(jìn)過整形、倒相后輸出。如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計算量大，工作任務(wù)繁重就要考慮用高級一點的單片機(jī)， 像 16 位的單 片機(jī)。 AT89S52主要性能： ● 8KB可改編程序 Flash存儲器（可經(jīng)受 1000次的寫入 /擦除）。 ● 32條可編程 I/O線。 ●低功耗空閑和掉電模式 ●掉電后中斷可喚醒 ●看門狗定時器 ●雙數(shù)據(jù)指針 ●掉電標(biāo)識符 對于雙列直插封轉(zhuǎn)方式的 AT89S52，其引腳排列如圖 : 8 P 1. 0/ T 21P 2. 021P 1. 1/ T 2E X2P 2. 122P 1. 23V C C40P 1. 34P 1. 78P 0. 039P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 1. 45P 0. 138P 3. 4/ T 014P 1. 56P 0. 237P 1. 67X T A L 218X T A L 119V S S20P 0. 336R S T / V P D9P 0. 435P 3. 2/ I N T 012P 0. 534P 3. 3/ I N T 113P 0. 633P 3. 5/ T 115P 0. 732P 3. 6/ W R16E A / V P P31P 3. 7/ R D17A L E / P R O G30P S E N29P 2. 728P 2. 223P 2. 627P 2. 324P 2. 526P 2. 425U1A T 89 S 52C10 u fR10kS W P B+5X T A LC30 p fC30 p f 圖 單片機(jī)電路 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 硬件系統(tǒng)的主電路設(shè)計 風(fēng)速風(fēng)向系統(tǒng)的主電路設(shè)計主要有（ 1）系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計；（ 2）系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計；（ 3）電源電路設(shè)計； ? 系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計 系統(tǒng)時鐘電路的設(shè)計如圖 ，于時間要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖進(jìn)行設(shè)計就能使系統(tǒng)可靠起振，并穩(wěn)定運行，但由于圖中的 C C2 電容起著系統(tǒng)時鐘頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用，因此， 在實際應(yīng)用中一定要注意正確選擇參數(shù)，一般在 5～ 30pF。對于復(fù)位要求高的場合，大多采用這種方式。單片機(jī)復(fù)位電路如圖 ： 圖 RC 復(fù)位電路 10 ? 電源電路的設(shè)計 在整個單片機(jī)系統(tǒng)中，電源的設(shè)計是需要首先考慮，這決定了系統(tǒng)式采用是單電源方案還是多電源方案，系統(tǒng)的功耗有無特殊規(guī)定等。 設(shè)計電源首先要解決供電電流，估計供電電源的壽命，確定系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)。 為了給電路提供一個穩(wěn)定的 電流這里選用國家半導(dǎo)體開發(fā)出來的比較成熟的一種線性半導(dǎo)體器件7805，該芯片為正穩(wěn)壓電路 ,TO220封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過熱，過流 ,過載保護(hù)電路。 能敏感微小被測量，可制成血壓壓力傳感器。此壓力傳感器的量程是 2KP，輸入電壓是 5V，最大電壓時 10V，最大輸出電流是 3mA。在生產(chǎn)方面，官方采用 雙板、 CMOS或 EPROM等成功的工藝，從而提高器件的可靠性、增加成品率并降低成本。該四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。 LM324 的引腳排 12 列見圖 。C 工作溫度最高 :70176。由于它體積小，兼容性 強，性價比高而深受 單片機(jī) 愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。可是單片機(jī) I/O引腳本來就不多，使用串行器件可以節(jié)省 I/O資源。它們的通道選擇和配置都是通過軟件設(shè)置。 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； 8P 、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； C to +85176。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用 ； CLK 芯片時鐘輸入 ； 獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。當(dāng) ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。在第 3 個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功 能，其功能項見圖 ： 圖 選擇通道功能 當(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為“ 1”、“ 0”時，只對 CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。到第 3 個脈沖的下沉之后 DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。隨后輸出 8位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。但值得注意的是，在進(jìn)行 IN+與 IN的輸入時，如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為 00H。 風(fēng)向測量的設(shè)計 測風(fēng)向采用風(fēng)帶動風(fēng)向標(biāo)旋轉(zhuǎn)并帶動主軸，傳感器測量采用各種方向傳感器進(jìn)行方向測量的一種方法，按其信號輸出方式可以分為光電式，電阻式等，本文選用絕對式光電編碼器，其輸出的信號可以是 BCD碼，可以直接被單片機(jī)接受，靈敏度也很高較之電阻式傳感器使用更方 便。/2*（其中 *為位數(shù)），本文選用四位輸出。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。編碼盤有光電式、接觸式和電磁式三種。在一個四位光電碼盤上，有四圈數(shù)字碼道，每一個碼道表示二進(jìn)制的一位，里側(cè)是高位，外側(cè)是低位，在 360176。但由于制造和安裝精度的影響，當(dāng)碼盤回轉(zhuǎn)在兩碼段交替過程中， 會產(chǎn)生讀數(shù)誤差。因此，在兩數(shù)變換過程中，所產(chǎn)生的讀數(shù)誤差最多不超過“ 1”，只可能讀成相鄰兩個數(shù)中的一個數(shù)。該碼盤最外圈上的信號位的位置正好與狀態(tài)交線錯開，只有當(dāng)信號位處的光電元件 有信號時才讀數(shù)，這樣就不會產(chǎn)生非單值性誤差。 LED數(shù)碼管是由七段發(fā)光線段組成，每條線段可以是一個或幾個發(fā)光二極管。由于發(fā)光二極管通常需要幾個或幾十個毫安培的驅(qū)動電流才能發(fā)光，因此每個顯示模塊必須用一個七位的驅(qū)動器才能正常工作。顯示原理見圖 ： 單 片 機(jī)位 驅(qū) 動段 驅(qū) 動L E D 顯 示 圖 數(shù)碼管顯示原理 20 第 3 章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 軟件設(shè)計是基于硬件基礎(chǔ)上的，首先必須對系統(tǒng)有充分的了解，熟悉各種所用的芯片的時序以及各管腳的具體功能，還有硬件要實現(xiàn)的具體功能。同時軟件設(shè)計要盡可能實現(xiàn)功能模塊化，這樣既方便于調(diào)試、鏈接，又便于移植和修改。再利用 KEIL C 進(jìn)行編程時，先 建立一個工程項目，然后在項目中新建空白文檔，在空白文檔處輸入程序并保存，保存時后綴名為 .C。 uchar j。 if(channel==1)channel=3。 開始 使能芯片 產(chǎn)生時鐘信號 輸入通道控制字 讀取 2 字節(jié)數(shù)據(jù) 字節(jié)數(shù)據(jù)校驗 將值送入指示寄存器 結(jié)束 23 ADCS=0。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。i8。 _nop_()。 dat=1。i++) { j=0。 _nop_()。 j=j7。 ADCLK=0。 return(dat)。 if (KBA2==1) Wind_Gray+=0x0002。0x4F。//查表 求出風(fēng)向值 開始 四位引腳輸入 計算格雷碼 只取四位格雷碼 轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制碼 查表求方位 根據(jù)方位查風(fēng)向 26 第 4 章 硬件電路圖與仿真設(shè)計 硬件電路圖設(shè)計工具與仿真工具 硬件電路圖原理圖設(shè)計工具 Protel99se是應(yīng)用于 Windows9x/2020/NT操作系統(tǒng)下的 EDA設(shè)計軟件，采用設(shè)計庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及 3D模擬功能，是一個 32位的設(shè)計軟件，可以完成電路原理圖的設(shè)計。該編輯器除了具有強大的原理圖編輯功能以外，其分層組織設(shè)計功能、設(shè)計同步器、豐富的電氣設(shè)計檢驗功能及強大而完善的打印輸出功能，使用戶可以輕松完成所需的設(shè)計任務(wù)。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。④具有強大的原理圖繪制功能。由于傳感器在仿真 軟件庫中沒有原型 ， 由于傳感器輸出的信號是以電壓的大小來輸出信號的，所以在仿真時按原理對其進(jìn)行替換，通過改變電阻的阻值改變電壓的大小 。由于傳感器在仿真 軟件庫中沒有原型 ， 由于四位盤輸出的信號是以并行四位輸入的形式輸出的，所以在仿真時按原理對其進(jìn)行替換，通過四個開關(guān)控制電源的閉合代替格雷碼的輸入 。 風(fēng)向仿真電路利用開關(guān)控制電源的閉合模擬 P1口四位格雷碼輸入，通過單片機(jī)處理顯示出對應(yīng)風(fēng)向。接下來就是檢查復(fù)位引腳電壓