基于AVR单片机的风速测量仪设计毕业论文 编号________ 本科生毕业设计 基于AVR 单片机的风速测量仪设计 Designs based AVRmonolithic integrated circuit's wind speed measuring instrument 2008 ----------------【精品文档】如有侵权，请联系网站删除 在对气象学越加重视的今天，气象数据的采集更显重要。风速是气象数据 中的一个重要的参数风速测量仪的电路图，对它的测量，将 会极大的影响到气象预报的准确性。随 着风力发电的快速发展，风速的测量也 被日益重视起来。本文介绍了一种基于 AVR 单片机的风速仪的设计,它利用测量 旋转体的转速测得风速。本设计中采用 ATMAGE16 单片机，并设计了集数据采集、 显示、传输于一体的便携式风速采集系 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 统，本设计的主要目的虽然为风速测量，但是当对外部传动部件做简单修改以后 不仅可以应用在风速的测量当中，也可 在转速测量控制，车辆行驶速度测定， 流速流量测量等方面发挥借鉴作用。 关键字：ATMEGA16 单片机，风速 AbstractAttached more moreimportance today'smeteorology, meteorological ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 datacollection moreimportant. Meteorological data wind speed importantparameter, its measurement, greatlyaffect weatherforecasting. rapiddevelopment windpower, wind speed measurements have also been increasing attention microcontroller-basedAVR anemometer design, which uses ----------------【精品文档】如有侵权，请联系网站删除 speedmeasurement rotatingbody measured wind speed. ATMAGE16 single-chipdesign, dataacquisition, display, transmission speed oneportable acquisition system, mainpurpose designalthough windspeed measurement, whenparts externaldrive after doing simplemodification can windspeed ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 measurementcan also speed,vehicle speed measured flow velocity measurement from roleplay. Keyword: ATMEGA16 microcontroller, anemometer, measured frequency-week law law----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 1.1风速测量装置概述 1.2基于单片机设计风速测量仪的优 第二章设计原理 2.1风速测量仪设计原理 2.2风速测量仪模型 15第三章 传感器的工作原理及实现方法 183.1 传感器工作原理 18----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 3.2红外传感计数器的原理 233.3 红外传感计数器检测方法 25第四章 技术介绍 264.1 mega16 单片机 264．2 系统扩展、接口技术 324．3 三总线概述 344．4 中断技术 40第五章 软件设计 475.1 475．2 程序结构 57第六章 硬件设计 67----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 6.1硬件结构图 676.2 地址所存器扩展电路 686.3 扩展程序存储器电路 696.4 显示电路 80参考文献 85----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 1.1风速测量装置概述 风力发电已成为当今世界的主流能 源之一。
目前，风力发电已成为世界上 公认的最接近商业化、市场竞争力最强 的可再生能源技术之一，与太阳能和生 物能源等其他可再生能源发电技术相 比，风能具有产业成熟度高、发电成本 低、自然环境和社会环境影响好等优点。 风力发电占用土地资源少，资金回收期 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 短，一般不会产生明显的自然生态影响，在社会上引起的争议很少，能较快实现 规模化发展。在对气象学越加重视的今 天，气象数据的采集更显重要。风速是 气象数据中的一个重要的参数，对它的 测量，将会极大的影响到气象预报的准 确性。随着风力发电的快速发展，风速 的测量也被日益重视起来。对于风速的 采集与测量，不同的应用场合有不同的 测量方法，常见的方式有：采用皮托管 测量风速，其基本原理是通过测量风速 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 经过时在皮托管上的静压与动压之差来计算风速；采用热气球测量风速，其基 本原理是通过测量风在吹过热气球时气 球的振动频率，进而换算出风速等。风 速测量的基本原理大致相似，都是通过 某个敏感元件的某个特征量的变化来计 算获得风速，只是存在测量精度上的区 别。
现代工业现场控制过程中，常常需 要对现场的风速进行采集与检测，通常 的做法是采用风速仪，通过记录风速仪 上的叶片因风转动而引起的脉冲数风速测量仪的电路图，再 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 通过程序转换成叶片的转圈数，进而换算成风速，将信号接入计算机，实现风 速的数据回放或曲线显示。这样的风速 采集系统原理简单，成本不高，但其最 大的缺陷是采集系统体积庞大、机动性 差，对于需要测量多点风速的场合并不 适用，若采取各点均布置风速传感器的 方案，则成本会大幅上升，控制方案也 会变得复杂，因此，传统的风速采集系 统由于不具备便携性而无法应用于多点 风速采集测量的场合。本文的设计旨在 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 解决这一突出问题。该设计的基本原理是将风速的感应装置（传感器）与采集 运算系统合而为一，为该装置设计采集 系统、数据存储系统，同时留出数据传 输接口，在必要时可以方便地与计算机 进行连接，以实现数据的转移与后期处 1.2基于单片机设计风速测量仪的 优点 风速、风力的测量在某些行业，譬 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 如煤炭，飞机，汽车，电力等都十分重要。
最则的风速仪，靠人工测量，精度 差，数据不及时。目前，国内使用的风 速仪，多数沿用机械传动，灵敏度低， 误差大，对于较多的测风点常采用一个 计数器测量，而野外自然风阵性变化较 大，这样会引起失真和较大误差。基于 单片机的风速仪，可以克朋目前风速仪 的弊端，作为目前风速仪的有益补充。 风速传感器将测得的风速直接转为数字 信号输入单片机系统，由单片机负责数 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 据的运算、存储和显示，同时预留出与ＰＣ机进行数据传输的接口（ＵＳＢ接 口或串行通信２３２接口）。这样即可将 风速测量系统与后期的数据采集、处理、 运算结合在一起，与ＰＣ机的联系断开， 实现了可移动性测量，具有一定的便携 本系统借助传统风速仪测量设备，以单片机为处理信号的工具，使风速的 测量精确，及时。并且，由于单片机的 使用，使本设计的体积较小，适合外出 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 携带，操作方便，可推广到工业生产中，具有较高的经济效益。因此，本文设计 了基于单片机的风速仪。 第二章 设计原理 2.1 风速测量仪设计原理 测量的系统框图如图1 所示。
测量系统框图图中传感器部分包括金属圆盘和红 整形放大 单片 ----------------【精品文档】如有侵权，请联系网站删除 外光电开关。金属圆盘上均匀的开出60~360 个槽，固定在旋转轴上。旋转体 每转一圈红外光电开关便可以输出 60~360 个脉冲信号，该脉冲信号经过整 形放大，送给mega16 单片机进行处理， 便可显示结果。Mega16 单片机属于MEGA 系列单片机是功能极强的 16 位高档单 片机，它既适用于简单的测控系统，又 适用于复杂的测控系统，他的性价比高， 组成应用系统灵活。 Mega16 单片机在这里的作用是采样 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 信号脉冲，并按照一定的计算公式求得所需要的被测量。首先测量转速，可由 下式计算： 其中： n——转速，单位：转/秒 Z——金属圆盘开槽数 t——采样时间, 后文中或称为闸 门时间，单位：秒 N——在闸门时间内传感器输出的 脉冲个数 在测量旋转轴径向某点的线速度，即所 求风速： ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 其中：v——线速度，单位：米/秒R——被测点距轴心的距离即金属 盘半径，单位：米 由于采用单片机进行处理，使其比 采用数字电路成本更低，精度更高。
关 键是本设计可以扩充几个功能，使其在 生产运用上更加方便。比如，可以设定 转速上下限报警。加入控制信号，可以 选侧测量的数值为瞬时速度，或者为平 均速度，这样可以进一步计算出瞬时加 速度，并且可以保存一段时间的测量平 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 均值等等。由上述两测量公式可知，对于某一确 定系统，Z 或线速度v需要测量的只有两个量— —闸门时间t 和在t 时间内输入的脉冲个 N。mega16单片机内含有两个具有独 立预分频器和比较器功能的 计数器，既可以对内部机器周期计数产生定时信号，也可以对外部输入脉 冲进行计数。其数控方式如下： 数控方式表----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 TMOD：GATE M1M0 GATE M1M0 时为计数方式，本系统中mega16 的两个定时计数器 皆工作于 位定时方式，用于产生测量的闸门时间，对信号脉冲的计数则由软 件完成，即两路传感器输出接入mega16 的两个外部中断输入引脚 引脚上出现一个负跳变时引起中断，在----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 中断朋务程序中计数输入脉冲个数，具体如下： M1M0=01 时处在工作方式 时为定时模式GATE：选通控制。
当GATE=1 时只有当 口为高电平且TRx GATE=0时，只需 TRx 置位为1，即选通定时/计数器x。 PD2 和PD3 分别是外部中断0，中断1 ----------------【精品文档】如有侵权，请联系网站删除 端口作为输入使用时，需要先向端口写入“1”使 内部的FET 截止，再读入引脚状态。 2.2 风速测量仪模型 市场上风速测量仪产品已经比较成 熟，不仅测量精度高，易 于操作，体积小，便于携 带，而且产品兹容了很多 功能，例如测量风向、气 温、空气湿度等等，其外 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 形小巧美观，功能强大，如下图： 速测量仪产品展示本设计目的是研究基于 AVR 单片机 的数字红外风速测量仪，故将重点放在 风速仪的电路设计以及软件设计上，故 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 对简易模型便不详细介绍，在设计模型的过程中，其关键点是在转子上的某个 半球型的扇叶上有一个小的风向舵。在 风速计旋转中, 这个风向舵根据其与风 向的相对位置不同, 便产生加速度或减 速度。如果我们假设一个与风向有关的 参考角度在固定部件上, 使用两个互成 角的传感器,就能够判定风的方向。
其计 算方法是首先测量每个传感器在转子转 动一周中各传感器的速度平均值。而风 向的每次变化将会引起两个传感器平均 ----------------【精品文档】如有侵 权，请联系网站删除 值的变化。然后对照与两个输入信号对应的角度参考表。单片机就能够计算并 显示风向的角度以度表示。 第三章 传感器的工作原理及实现方法 3.1 传感器工作原理 光电传感器是通过把光强度的变化 转换成电信号的变化来实现控制的。光 电传感器在一般情况下，有三部分构成， 它们分为：发送器、接收器和检测电路。 图3-1 传感器工作原理图 ----------------【精品文档】如有侵
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