毕业论文(设计)高精度风速仪设计.docx

毕业论文(设计)

题目高精度风速仪设计

二00七年五月三十日

目录

1引言 2

2设计原理 3

3技术介绍 4

3.18031单片机 4

3.2系统扩展、接口技术 5

3.3三总线概述 5

3.4中断技术 7

4软件设计 8

4.1测频法与测周法 8

4.2程序结构 10

5硬件设计 13

5.1硬件结构图 13

5.2地址所存器扩展电路 14

5.3扩展程序存储器电路 15

5.4扩展8155可编程外围并行接口芯片 17

5.4.18155的结构与引脚 17

5.4.28155的RAM和1/0口地址 17

5.4.38155的寄存器 18

5.4.48155芯片的使用 19

5.4.58031与8155的连接 19

5.5显示电路 20

2

6结论 21

参考文献 21

致谢 22

ABSTRACT 23

附录： 24

高精度风速仪设计

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单片机主要由于其内部资源较为丰富，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

3

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

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60~360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：

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时间内输入的脉冲个数N。8031单片机内含有两个16位定时/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：

表1数控方式表

TMOD:

GATE

C/T

M1

MO

GATE

C/T

M1

MO

用于定时/计数器1用于定时/计数器0

4

当C/T=0