文档介绍：风速风向记录仪设计与实现
——项目报告
一:实验名称
风速风向记录仪设计与实现
二:实验目的
通过实验创新环节来巩固和加深对嵌入式单片机系统的理解,具备嵌入式单片机测控系统软硬件调试和系统设计的开发技能。综合利用所学知识提高分析问题、解决问题的实际动手能力和研究能力。
三:实验要求
-60m/s,风向0-360度
,
±,风向±
≤
,记录间隔2秒-24小时连续可调
。
四:实验内容
根据风向、风速监测系统的要求,基于嵌入式单片机完成风向、风速记录仪的设计与实现。
五:实物简介
风向风速仪简介
风向、风速仪用于测量瞬时风速风向,具有自动显示功能。主要由支杆,风标,风杯,风速风向感应器组成,风标的指向即为来风方向,根据风杯的转速来计算出风速。内置或外接各种进口原装传感器,采用微功耗单片机对外部数据进行采样,并将采集的数据保存在系统不易失存储器内。通过RS-232或USB接口与个人电脑通讯。
用途
风向风速仪由微处理器和高动态特性的测风传感器组成。它适用于气象、能源、环保、农林以及军工等场所测量风向风速。
功能及特点
◆数据记录仪全程跟踪记录数据,数据准确、记录时间长。
◆记录风速风向的参数的变化,可以随时记录数据。
◆记录时间间隔可以在记录仪应用软件上进行设置,2秒至24小时任意可调,风速风向的变化随着时间的变化而变化,监测过程中风俗风向的变化值实时保存在电脑的硬盘中,十分方便。
使用方法
1、用随机附带的通讯电缆将记录仪与一般计算机的串行口相连接。
2、在计算机上运行记录仪应用程序可接收仪器测得的风速风向数据。
3、脱开记录仪与计算机的连接(也可不脱机工作,在机计算机上实时显示记录情况),将记录仪置于需检测的场合。
六:实验原理
YH4系列风速仪主要由YH12X智能风速传感器和YH42X智能风速显示器两部分组成:
风速传感器组成:YH12X系列风速风向传感器主要由风杯、齿轮、用于计数和通讯的控制器,以及风向采集单元组成。
YH12X风速传感器工作原理:当风杯随着气流的运动而转动时,风速轴带动码盘
与风杯成正比地转动,从而输出电脉冲信号,将机械转动信号转换成电信号。风向测量采用进口红外光电管,格雷码盘等器件。当风向标随着气流的运动而转动时,风向轴带动格雷码盘同时转动,从而输出七位格雷码信号,将机械位置信号转换成光电脉冲信号,通过微处理器CPU记录每秒种的产生的光电脉冲的个数,快速运算处理后即可的出气流的运动速度。计算原理如下:
每秒种产生光电脉冲的个数:n
齿轮的圆周半径: R (m)
齿轮的总个数: N
风杯轴承的传动系数:η
风杯的线速度: V1 (m/s)
风速:V (m/s)
风速的计算公式为: V =V1*η
风杯的转动线速度: V1 =2∏R *360*n/N
CPU计算完成后通过通讯单元电路将当前风速信息传递给控制中心或风速显示器。传感器也可通过转换处理将数据以其他形式输出,传递给其他智能设备。
YH42X风速显示器工作原理:风速显示器对接收到的风速信息进行处理,换算转化成实际风速风级显示到对应的显示器中,风速显示器还可以针对预先设定的报警参数,当风速超过其参数时发出对应的报警信息,本显示器可以设置三组报警参数,,以传输给PLC终端联动控制系统。
系统原理图:
PCB印制电路板设计图:
系统各单元电路的说明:
一、4个独立按钮的按键用来调节时间。
二、LCD1602---主要是显示实时时间、采样时间以及风向风速数据。
三、74LS245---是对风向传感器输出的7位格雷码进行整形驱动。
四、RS232---主要负责数据的传输发送。
仿真结果:
上位机运行:
传感器接口:
表5-4风速传感器管脚接口
管脚
接口
1
地 GND
2
频率输出
3
4
空
表5-5风向传感器的管脚接口
管脚
接口
1
G0
2
G1
3
G2
4
G3
5
G4
6
G5
7
G6
8
9
悬空
10
地GND
元器件清单:
元器件名称
数量
4按钮独立键盘
1
LCD1602
1
单片机最小系统
1
74LS08
1
74LS245
1
发光二极管
3
印刷电路板
1
510欧电阻
3
10K电位器
1
1K排阻
1
排针、排线、排插
若干
源程