高精度风速测试高精度风速仪设计.doc

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1、毕业论文(设计)题目高精度风速仪设计目录1引言32设计原理33技术介绍43.18031单片机53．2系统扩展、接口技术53．3三总线概述63．4中断技术74软件设计84.1测频法与测周法84．2程序结构115硬件设计145.1硬件结构图145.2地址所存器扩展电路155.3扩展程序存储器电路165.4扩展8155可编程外围并行接口芯片185.4.18155的结构与引脚185.4.28155的RAM和I/O口地址185.4.38155的寄存器195.4.48155芯片的使用205.4.58031与8155的连

2、接205.5显示电路216结论21参考文献22致22ABSTRACT23附录：24高精度风速仪设计迺倜信息工程大学电子与信息工程系，210044摘要：本文介绍了一种基于Inter8031单片机的风速仪的设计,它利用测旋转体的转速测得风速。本设计中采用8031单片机主要由于其部资源较为丰富，处理速度较快，因而可以在不扩充计数器的情况下实时的测量脉冲信号并转化为转速数据，进而可以转变成线速度输出。此外，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

3、控制，车辆行驶速度测定，流速流量测量等方面发挥作用。关键字：8031单片机，风速仪，测周法与测频法1引言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。同时，风速、风力的测量在某些行业，譬如煤炭，飞机，汽车，电力等都十分重要。最初的风速仪，靠人工测量，精度差，数据不及时。目前，国使用的风速仪，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

4、的风速仪，可以克服目前风速仪的弊端，作为目前风速仪的有益补充。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。2设计原理测量的系统框图如图1所示。传感器整形放大单片机处理输出结果图1测量系统框图图中传感器部分包括金属圆盘和红外光电开关。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60~36

5、0个脉冲信号，该脉冲信号经过整形放大，送给8031单片机进行处理，便可显示结果。8031单片机属于MCS-51系列单片机是功能极强的8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。8031单片机在这里的作用是采样信号脉冲，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

6、：v=2πRn=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均值等等。由上述两测量公式可知，对于某一确定系统，Z和R都是常量，因此测量转速n或线速度v需要测量的只有两个量——闸门时间t和在t时间输入的脉冲个数N

7、。8031单片机含有两个16位定时/计数器，既可以对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：表1数控方式表TMOD：GATEM1M0GATEM1M0用于定时/计数器1用于定时/计数器0当=0时为定时方式，=1时为计数方式，本系统中8031的两个定时计数器皆工作于16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8031的两个外部中断输入引脚和，当引脚上出现一个负跳变时引起中断，在中断服务程序中计数输入脉冲个数，具体如下：M1M0=01

8、时处在工作方式1为16位计数器：选择定时或计数模式。当=1时为计数模式，当=0时为定时模式GATE：选通控制。当GATE=1时只有当端口为高电平且TRx置位为1时才选通定时/计数器x；当GATE=0时，只需TRx置位为1，即选通定时/计数器x。P3.3和P3.4分别是外部中断0，中断1请求端口，低电平有效。当I/O端口作为输入使用时，需要先向端口写入“1”使部的FET截止，再读入引脚状态。3技术介绍本系统在设计过