【正文】 源 電 路風 向 采 集 電 路風 速 采 集 電 路復 位 電 路晶 振 電 路顯 示 電 路 圖 硬件系統(tǒng)框圖 單片機部分 單片機型號 單片機是此系統(tǒng)的核心部件之一，因此單片機的選取影響整個系統(tǒng)的性能和系統(tǒng)的設(shè)計成本。 ● 3級加密程序存儲器。片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。復位電路的實現(xiàn)通常有兩種方式：即專用監(jiān)控電路和 RC復位電路。 單片機的電源設(shè)計包含 3 個內(nèi)容，一方面是如何降低電源的功耗 。 7805主要特點： （ 1）輸出電流可達 1A （ 2）輸出電壓 :+ 5V （ 3）過熱保護 （ 4）短路保護 電源電路如圖 ： 11 T R A N S220V12V1234B R I D G E1 32V VGNDIN OUT7 8 0 51 U F 1 U F5V+1 0 0 U F 圖 電源電路圖 風速測量的設(shè)計 風速傳感器 由于風的壓力是小于 2KP的，所以要選用一個微壓傳感器，這 里選用美國的 SMI系列硅微壓傳感器SM5551001D。 SM5551001D特性： 1）無需校準即能提供線性度優(yōu)于 1%的傳感信號，因此是一種性能優(yōu)越、集成化的單片硅器件。它有5 個引出腳，其中 “+” 、 “ ” 為兩個信 號輸入端， “V+” 、 “V ” 為正、負電源端， “Vo” 為輸出端。 。相同功能的器件還有 ADC0834，ADC0838， ADC0831。 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32μS ； CS_ 片選使能，低電平芯片使能 ； 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。直到第 11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。這里我們選用的芯片是 LM016L。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號， 前者成為碼盤 ，后者稱碼尺．按照讀出方式編 碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，電刷接觸導電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是 “ 1” 還是 “ 0” ；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是 “ 1” 還是 “ 0” ，通過 “ 1” 和 “ 0”的二進制 編碼來將采集來的物理信號轉(zhuǎn)換為機器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存 。四位二進制的碼盤各圈圓環(huán)分 別代表一位二進制的數(shù)字碼道，在同一個碼道上印制黑白等間隔圖案，形成一套編碼。為了消除非單值性誤差，可采用以下的方法 : （ 1）循環(huán)碼盤（格雷碼盤）： 循環(huán)碼習慣上又稱格雷碼，它也是一種二進制編碼，只有“ 0”和“ 1”兩個數(shù)。 LED 是一種通過控制半導體發(fā)光二極管來顯示文字、圖形、圖像等各種信息的顯示屏幕 ，在智能儀表中應(yīng)用較多。此外，由于要顯示的數(shù)字為 BCD碼，而七段數(shù)碼管的顯示模型為七段代碼，所以在顯示之前必須把 BCD碼轉(zhuǎn)換成七段代碼。軟件的開發(fā)工具我們用 KEIL C。 uchar ndat=0。 _nop_()。 ADDI=channelamp。 ADDI=(channel1)amp。 dat=0。 _nop_()。 ADCLK=1。 if(i7)ndat=1。 Unsigned int Wind_Gray=0。 while (Wind_Gray1) Wind_Drct^=Wind_Gray。它運行于 Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。 Proteus仿真實驗可以直觀的看到設(shè)計的效果，利用仿真可以節(jié)約設(shè)計的時間和成本。 系統(tǒng)電路仿真圖如圖 : 30 圖 風向電路仿真圖 仿真分析 Proteus軟件的仿真是依靠單片機程序來實現(xiàn)的，因此先將程序通過第三方 Keil C51軟件編譯，連接，執(zhí)行后產(chǎn)生一個 HEX文件，再與 Proteus仿真軟件進行關(guān)聯(lián)就可以實現(xiàn)仿 真。然后再檢查晶振 電路是否起振了，此，現(xiàn)在已經(jīng)很少有用外部擴 ROM的了），一定要將 EA引腳拉高，否則會出現(xiàn)程序亂跑的情況。確認電源電壓是否正常。 系統(tǒng)電路仿真圖如圖 。③提供軟件調(diào)試功能。這是一個易于使用的具有大量元件庫的原理圖編輯器，主要用于原理圖的設(shè)計。 if (KBA4==1) Wind_Gray+=0x0008。 dat=8。 _nop_()。 } for(i=0。 ADCLK=1。 ADCLK=0。 ADCLK=0。 ADCLK=0。 _nop_()。將 HEX文件導入到單片機里，用 PROTEUS與 KEIL C聯(lián)調(diào)，就完成了。然后給出程序的流程圖，并通過他進行軟 件的設(shè)計和調(diào)試。只要使不同段的發(fā)光二極管或小數(shù)點發(fā)光，可改 變所顯示的數(shù)字或字母。 （ 2）帶判位光電裝置的二進制循環(huán)碼盤： 這種碼盤是在四位二進制循環(huán)碼盤的最外圈再增加一圈信號位。工作時，碼盤的一側(cè)放置電源，另一邊放置光電接受裝置，每個碼道都對應(yīng)有一個光電管及放大、整形電路。由于光電碼盤與 電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖 所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。內(nèi)，所以可以用零位參考點對每圈的測量結(jié)果進行復位，輸出復位信號到單片機，即使斷電或者其他原因引起測量滯后也沒有影響，因為他的測量結(jié)果只與前后的位置有關(guān)。 15 作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8 位分辨率時的電壓精度為。當 2 位數(shù)據(jù)為“ 0”、“ 0”時，將 CH0 作為正輸入端 IN+， CH1 作為負輸入端 IN進行輸入。 單片機對 ADC0832的控制原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應(yīng)為 4條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制 ； C to +70176。 8 位分辨率； 串行 AD 轉(zhuǎn)換器 ADC0832 的使用單片機控制系統(tǒng)中通常要用到 AD 轉(zhuǎn)換，根據(jù)輸出格式，常用的 AD轉(zhuǎn)換方式可分為并行 AD 和串行 AD。C to +70176。 LM324 系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。其以硅為材料制成，具有獨特的三維結(jié)構(gòu)，采用輕細微機械加工和多次蝕刻制成惠斯通電橋于硅膜片上，當硅片上方受力時產(chǎn)生變形，電阻產(chǎn)生壓阻效應(yīng)而失去電橋平衡，輸 出與壓力成比例的電信號。 本文的電源設(shè)計除主要考慮到系統(tǒng)的供電外還考慮到電源的方便性，所以本文采用的是市電供電方式，解決了電池供電的麻煩，但是市電所帶來的問題主要有電壓過高且不穩(wěn)定，市電是交流電，沒辦法直接使用，所以本文 設(shè)計了專用的電源電路，原理如圖 ： 交 流 電 源 變 壓 器 整 流 電 路 濾 波 電 路 穩(wěn) 壓 電 源 負 載Ut tttUUU 圖 電源設(shè)計原理圖 為了給系統(tǒng)提供可靠的電流，變壓器選用 220V12V2A 的變壓器，整流采用二極管全橋整流方式，將負向電流整合成正向，為了整流安全，二極管中流過的最大電流應(yīng)大于流過的平均電流，二極管的反向電壓峰值應(yīng)比二極管在電路中承受的最高反向電壓大一倍左右，因此可以選用 2C12D二極管。 RC復位電路的實質(zhì)是一階充放電電路，現(xiàn)結(jié)合圖 31 所示，說明這種復位電路的特點?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 ● 8個中斷源。 ATMEL公司融入 Flash存儲器技術(shù)推出的 AT89系列單片機的最大特點就是在片內(nèi)含有 FLASH存儲器，并且是以 8031為核心構(gòu)成的。 風向測量方法 風向傳感器： 風向傳感器的感應(yīng)組件為前端有輔助標版的單板式風向標。 時差法是根據(jù)超聲波信號順流傳播時間和逆流傳播時間之差來計算流速的，最早應(yīng)用于超聲波流量計，它適用于大、 中口徑管道及敞開水道流量的測量，此法受溫度影響比較大。熱線風速計在小風速時靈敏度較高，適用于對小風速測量。轉(zhuǎn)速可以用電觸點、測速發(fā)電機或光電計數(shù)器等記錄。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等技術(shù)的迅猛發(fā)展， 測速系統(tǒng)得到了不斷的發(fā)展與完善，功能更強大。為了使傳感器的測量精度，穩(wěn)定性和可靠性都較高，同時避免繁瑣的機械傳動，傳感器的研究方向已經(jīng)向著小型化，低功耗，集成化，智能化方向發(fā)展 。 4 國內(nèi)外的發(fā)展動態(tài) 風是大自然普遍存在的，而風這一定義的出現(xiàn)以及開始進行測量則是有很久的歷史，在奴隸社會初期，我國的人們就開始進行簡單的測量以及判斷，只是那個時候的測量方法是通過旗幟來判斷的，一旗幟飄揚的方向以及平率來進行判斷風向風速，這種方法只能進 行簡單的判斷，而在東漢的進一步發(fā)展將風向風速的測量有一定的發(fā)展，但是在進行測量的時候依舊是只能進行判斷，而無法得出準確的值 ,但是現(xiàn)在使用傳感器來進行測量就能夠了解到某一時刻的準確的風向風速，同時還能進行計算某一段的風向風速的平均值。由海上吹來含鹽分較多的海潮風，高溫低溫的焚風和干熱風，都嚴重影響果樹的開花、座果和谷類作物的灌漿。風對農(nóng)業(yè)也會產(chǎn)生消極作用。 本文介紹了用 AT89S52 系列單片機設(shè)計監(jiān)測風速風向的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)以及顯示模塊。對于風速該系統(tǒng)采用單片機技術(shù)。它能傳播病原體，蔓延植物病害。防御風害，多采用培育矮化、抗倒伏、耐摩擦的抗風品種。目前， 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，工廠的自動流水生產(chǎn)線，全自動加工設(shè)備，都大量地采用了各種各樣的傳感器，它們在合理化地進行生產(chǎn)，減輕人們的勞動強度，避免有害的作業(yè)發(fā)揮了巨大的作用。 研究的內(nèi)容 風速風向是經(jīng)常需要采集的一個參數(shù)，由于機械式的風速 傳感器響應(yīng)時間比較長，體積大，而且價格比較貴，要實現(xiàn) 在一個不是很廣闊的地方測量風速就會比較難，所以本課題研究的是設(shè)計一個小型的測量系統(tǒng)，此測量風速系統(tǒng)要電路簡單，精度高，體積小，成本低，容易實現(xiàn)。傳感器的種類越來越多。當風杯轉(zhuǎn)動時，通過主軸帶動多齒轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，使下面光敏三極管接收上面發(fā)光二極管照射下來的光線，處于導通或截止狀態(tài)，形成與風杯轉(zhuǎn)速成正比的頻率信號，通過計數(shù)器計數(shù)，換算后得到實際風速值。 （ 3）皮托管式風速計： 標準皮托管是一根彎成直角的金屬細管 ,它由感測頭、外管、內(nèi)管、管柱與全壓、靜壓引出導管等組成。多普勒法適用于不潔凈流體的測量，而渦街法適用于管道流體流速的測量。本設(shè)計角度變化采用四位格雷碼光電碼盤。所以，它和 8051系列單片機是兼容的。 ●全雙工 UART串行通道。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。系統(tǒng)按鍵按下時該電路提供有效的復 位信號 RST（高電平），同時電容被短路放電；按鍵松開時， VCC 對電容充電，充電電流在電阻上， RST 依然為高電平，仍然復位，充電完成后，電容相當于開路， RST為低電平，正常工作。濾波電路的電容器較大，所以一般采用電解電容器，其具有極性，選擇時還要考慮耐壓。 SM5551001D壓力傳感器是一種將壓力轉(zhuǎn)換成電流 /電壓的器件，可用于測量壓力、位移等物理量。與單電源應(yīng)用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。C 封裝類型 :SOIC 3dB帶寬增益乘積 : 變化斜率 : 器件標號 :324 器件標記 :LM324AD 增益帶寬 : 工作溫度最低 :0176。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接接收，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少，封裝小，但需要軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)。 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； C ，工業(yè)級芯片溫寬為 ?40176。 DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 ； 但由于 DO端與 DI端在通信時并未同 時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當 2 位數(shù)據(jù)為“ 0”、“ 1”時，將 CH0作為負輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時，可是將電壓值 設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。絕對式編碼器的精度與它的位數(shù)有關(guān)，也就是他的輸出信號線的多少，精度計算公式為 F=360176。 17 光 源透 鏡碼 盤透 鏡光 敏 元 件放 大 整 形脈 沖 波 形轉(zhuǎn) 軸 圖 光電編碼器原理圖 絕對式編碼器是把被測轉(zhuǎn)角通過讀取碼盤上的圖案信息直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)代碼的檢測元件。碼盤轉(zhuǎn)到不同位置，光電元件接受光信號，并轉(zhuǎn)成相應(yīng)的電信號，經(jīng)放大整形后，成為相應(yīng)數(shù)碼電信號。圖 7所示就是帶判位光電裝置的二進制循環(huán)碼盤。 LED 七段數(shù)碼管根據(jù)其內(nèi)部 LED 的連接方法不同可分成共陰極和共陽極兩種接法。為了充分發(fā)揮單片機的智能化作用及降低成本，對于那些可用軟