基于单片机的风速检测系统-----蔡毅

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1、基于单片机的风速检测系统3川瞭望1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和比，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，资金冋收期短，~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。随着风力发电的快速发展，风速的测量也被円益重视起来。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，其基木原理是通过测量风速经过时在皮托管_h的静压与动压之差来计算风速;

2、采用热气球测暈风逨，其基木原理是通过测暈风在吹过热气球吋气球的振动频率，进而换算出风速等。风速测量的基本原理人致相似，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屮，常常需耍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，再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中成本不高,但其最人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，若采取各点均介置风速传感器的方案，则成本会大幅上升，控制方案

3、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。在图1屮风速传感器将测得的风速直接转换为数字信号输入单片机系统由单片机负责数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接口或申行通信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，与机的联系断开,实现了可移动性测量，具有一定的便携性2传感器的工作原理及实现方法2.1传感器工作原理为了实现该测量装置的便携性，减少外围设备和本身装置的体积，笔者采用脉冲式风速测量传感器作为该装置的风速采集传感器。脉冲式风速传感器的最大优点是原理简单、体积小、质量小，同时能够将风

4、速模拟量直接转换成电了脉冲数，因其与单片机相连，只耍在程序中建立“数”脉冲的程序，就能方便地实现风速的测量，省去了一般风速传感器还需要配置的A/D转换模块的程序，人人提高了检测装置的便携性。脉冲式风速检测传感器的基本工作原理是风速带动感应兀件叶片转动，叶片转动引发光电编码器输出脉冲信号，通过对单位时间内脉冲信号的计数，实现风速的测量。2.2检测方法传感器采用工程塑料叶片作为感应元件，当冇风吹过吋，带动叶片跟着转动，通过叶片轴部的光电编码器对转动的圈数进行标记和计数，同时每转动一圈，光电编码器输出一个阶跃脉冲信号，通过设计将光电编码器的输出与主MCU单片机的输入管脚连接在一起，通过单片机内部的

5、计数器即可实现对阶跃脉冲信号的计数，从而实现风速的测量，同吋，也省略丫A/D转换模块，简化丫风速检测系统的外ffl电路。3检测系统的系统框图出丁•便携的设计考虑，该装置采用普通的五号电池供电，而检测系统内部各个芯片的正常供电电压低于电池的供电电压，故需设计电源管理模块。电源管理模块主要釆用DC-DC控制芯片，口的是为整个检测系统提供稳定的、足够的电流，保证各部分电路的正常工作。主M⑶控制芯片采用高性能的AT89S51芯片，该芯片具有一个低功耗，高性能的CM0S8位单片机，片内含8kBytesISP(In2systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，

6、器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成Y通用8位中央处理器和TSPFlash存储单元，功能强人的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点:40个引脚，8kBytcsFlash片内程序存储器，128bytcs的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入/输出(1/0)口，5个屮断优先级2层屮断嵌套屮断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工申行通信U，看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设

7、置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器、中行门及外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外屮断激活或硬件复位。同时，该芯片还具有PD1P、TQFP和PLCC等3种封装形式,可适应不同产品的需求。