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51单片机风速仪

随着气象技术的发展，风速仪作为测量风速的一种重要工具，逐渐被应用到各个领域中。无论是航空领域、能源领域、还是生命科学领域，风速仪都能为人们提供有用的信息，协助各行各业的工作。然而，高档的商用风速仪价格昂贵，对于个人爱好者和学生来说，往往难以负担。因此，本文将介绍一款价格便宜、性能优良的51单片机风速仪的制作方法，帮助初学者了解风速的测量原理，并掌握基础的电路设计和编程能力。

一、风速仪的测量原理

风速仪是指用来测量风速的设备。常见的风速仪有热线式、加热式、旋转式、多孔式、压力式等多种类型。其中，多孔式风速仪是比较容易制作的一种类型，其利用多个压力孔来测量风速。

如图1所示，多孔式风速仪主要由两个传感器部分组成，分别为动压传感器和总压传感器。其中，动压传感器可以测量风速方向上的压力，而总压传感器则测量风速方向上的总压力。根据能量守恒定律，风速仪测量的风速可以根据动压和总压之间的差值来计算。


图1多孔式风速仪示意图

具体来说，风速的测量可以通过将动压和总压之间的差值转化为电信号来实现。以多孔式风速仪为例，我们可以在喇叭口和风叶之间安装多个压力孔，通过这些压力孔采集到喇叭口和风叶之间的动压和总压数据，然后通过模数转换器（ADC）将这些数据转换为数字信号，进而实现测量风速的功能。

二、风速仪的电路设计

为了实现多孔式风速仪，我们需要设计一个合适的电路，完成以下几项任务：

1、采集风速仪的动压和总压信号；

2、将数字信号转化为模拟信号；

3、通过电容麦克风模块进行信号放大和滤波；

4、将放大后的模拟信号输入51单片机进行数据处理。

电路设计的基本架构如图2所示。


图2电路设计框图

其中，风速仪的两个探头分别通过电阻分压器接入到51单片机的端口上。为了能够准确测量风速，我们需要在采集风速数据之前，对模拟信号进行放大和滤波。放大的部分通过电容麦克风模块实现，而滤波则通过滤波电路实现。探头的输出电压经过放大和滤波后，通过ADC采集转换成数字信号，最终可通过串口将风速数据传给计算机。

三、51单片机程序设计

为了实现多孔式风速仪，我们需要编写一个51单片机的程序，实现以下功能：

1、采集动压和总压信号；

2、将模拟信号转化为数字信号；

3、计算风速的数值；

4、将风速数据通过串口传输到计算机上。

程序的基本结构如下所示：


图351单片机程序流程图

在程序中，我们需要编写一个中断程序，用于实时采集动压和总压信号。同时，我们还需要编写一个ADC转换函数，将模拟信号转换为数字信号。在模拟信号转换为数字信号之后，我们可以根据多孔式风速仪的计算公式计算风速的数值。最后，将计算得到的风速数据通过UART串口输出，即可在电脑上显示。在编写程序时，要注意时序的精度和正确性，确保程序的运行稳定和可靠。

四、实际应用和拓展

通过本文的介绍，我们可以了解到多孔式风速仪的测量原理，掌握初步电路设计和51单片机程序编写方法。这种风速仪在实际使用中，不仅可以用于测量室内外的风速，还可以应用于大气环境调查、风能利用等众多领域。此外，在基础的风速仪程序架构上，我们还可以进一步进行拓展，比如将程序优化，提高数据采样精度、速度和稳定性；或者增加液晶显示屏，使风速测量更为直观、方便。

无论是在校学生、科技爱好者，还是工作者们在工作中，都可以利用这些简单的电路设计与计算机编程技能，制作出自己的风速仪，以满足专业的风速测量需求。