教育论文一种教学实验用风速测量系统的设计

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2、。　　[关键词]温度传感器风速检测风速传感器　　　　风速检测在环保气象、工业设备、采矿安全、卫生保健等诸多领域都具有十分重要的意义。随着我国风力发电事业的发展、检测技术的进步以及人们对环境要求的提高，人们对检测仪器测量精度和功能的要求越来越高。本文根据教学需要，开发出了教学实验用的风速测量系统，采用热电偶温度传感器进行风速测量，原理简单，成本低，易于实现，并且与单片机结合，可以实现数据存储、历史数据查询、记录打印、数据实时显示、风速报警等诸多功能，灵敏度高，响应速度快，能够很好地满足教学实验需要，并且可以实现功能扩展，从而向实际应用推广。　　　　一、风速传感器　　　　风速传感器是用于

3、测量空气流动速度的传感器。本文所设计的是基于热电偶温度传感器的风速传感器，它利用温度传感器的自身发热为其提供工作环境温度，而风流使热电偶的工作环境温度下降，导致输出端热电势发生变化。热电势的变化值是风速的函数，因此，我们可以通过测量热电势的变化值计算出此时的风速。　　我们可以通过查表的方法根据某时刻热电势的值直接得出对应的风速值，这种方法比较准确，可以快速地得出风速值，但是，需要建立庞大的数据库，精度越高，需要的数据越多，数据越大又会导致反应时间减慢，从而影响风速传感器的综合性能。为此，我们在满足精度要求的情况下，建立热电势与风速的函数关系式。由大量的实验数据得出，风速的对数值与热电

4、势近似成线性关系。如图1所示。为了提高测量精度，我们采用参考文献1中介绍的分段插值计算的方法，即先将曲线分段，用一个函数拟合，然后根据所测的热电势的值判断它属于曲线的哪一段，从而用该段的插值公式计算出相应的风速值。　　　　二、风速检测电路　　　　风速输出信号为交变正弦模拟信号，一般情况下在0-10V左右，输出信号首先通过交流滤波电路，然后，经运算放大器LM158放大，其放大倍数可根据每个热电偶的灵敏度进行调整，再经限幅电路、光耦隔离电路后，最后，通过施密特整形电路4098整形为单片机能够识别的标准的脉冲量，接入单片机的计数口。风速信号通过上述转换经过单片机采样、计算、存储等数字处理，

5、并通过标准RS-232接口可随时响应上位机的各种查询输出要求。　　　　三、数据处理电路　　　　处理电路的核心是单片机电路，本系统由80C51单片机，12位A/D转换器AD574，RAM6264及可编程并行I/O接口芯片Intel8255，显示电路，实时时钟DS1287，微型打印机接口等部件。80C51单片机是TQFP封装或LQFP封装，所以体积非常小。且内部有程序存储及数据存储器、A/D转换、电压基准、看门狗、复位电路等许多外设，省去了许多外围电路的空间和多余的功耗。80C51单片机承受的温度范围为：-45℃～+85℃，适合在野外工作。80C51单片机为3V供电，其本身为低功耗芯片。

6、而且内部不用的外设可以关闭，这大大降低了系统功耗。另外，80C51单片机可以设置为等待或停机等方式。因此，完全可以满足本系统的低功耗要求。　　数据进入80C51后，80C51首先发出使AD574为数据输出状态的命令(即使CE=1、CS=0、R/C=1)，当80C51通过由P2口扩展的I/O口寻址8255，将转换的数据读入8255的C口和A口，经加工处理后被测风速被存储并送LED显示，或打印记录。　　实时时钟选用了美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采

7、用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。上电时，单片机从DS1287中读取现在的时间，由于有内置电池，DS1287一直在运行，保持时间和当前时间一致，当停电以后重新来电，可保持当前时间不发生改变。DS1287内部有一个128字节的RAM，用于设置寄存器和当前时间的实时更新。同时，当外部电源电压低于3V时可自动切断外部电源改由内部自带的锂离子电池供电。在内部锂离子电池供电的情况下，时钟仍然正常工作，并保证内部128字节RAM的内容在10年内不会丢失