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基于ARM的超声测风仪研究与设计

作　者: 石佳
导　师: 于洋
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: ARM微处理器温湿度补偿风速测量超声波时差法
分类号: TH765.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 35次
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内容摘要

风是许多领域的环境因子之一,如今利用超声波进行风速测量得到了广泛的应用,但技术仍有许多不足。本文在传统超声测风仪的基本原理上,通过测量介质中温湿度数据并且进行有效的调节,进而补偿环境中温湿度因素的影响,设计了一种具有温湿度传感器的全天候超声测风仪。与其它各类仪表相比较,其优势在于：降低温度和湿度对其影响；测量精度较高；可实现智能化全天候测量。文中详细阐述了基于ARM的超声测风仪的设计过程和研究方法。首先,研究了目前风速测量的常用方法及其特点,比较不同测风系统的测量精度和测量适用范围,确定了基于ARM微控制器的时差法超声风速测量系统。其次,搭建硬件平台,以ARM处理器作为控制核心,SHT71数字式温湿度传感器作为温湿度信号采集系统进行模块化硬件设计,通过合理的选择与完善系统的电源电路、时钟电路、复位电路、收发电路以及A/D转换电路等器件设计,从而提高系统计时器精度、抗干扰能力及稳定性。软件方面包含启动代码、系统初始化、数据采集处理、串口通信、按键处理以及液晶显示等程序设计,并采用算术平均滤波法及温湿度补偿算法对测风仪接收的数据信号进行处理以求测量更加精确。最后结合实验装置进行实验验证并对系统误差进行分析,实验表明,该装置可以实现全天候精确测量风速,测量误差较小,为在恶劣环境下超声波风速测量的应用提供了有效的设计方法。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-19
  1.1 研究背景及意义  11
  1.2 常用的风速测量技术  11-14
    1.2.1 常用的风速测量技术介绍  11-14
    1.2.2 各种风速测量技术的比较  14
  1.3 超声波风速测量的研究现状  14-17
    1.3.1 国外研究现状  14-15
    1.3.2 国内研究现状  15-17
  1.4 本文的主要内容及创新点  17
  1.5 论文章节安排  17-19
第2章超声波风速测量的基本原理  19-26
  2.1 超声波介绍  19
  2.2 超声波换能器介绍  19-20
  2.3 超声波风速测量的方法  20-22
    2.3.1 多普勒法  20-21
    2.3.2 涡街法  21-22
    2.3.3 时差法  22
  2.4 时差法风速测量的基本原理  22-23
  2.5 超声波风速测量的误差因素和解决方案  23-25
    2.5.1 温湿度变化的影响  24
    2.5.2 时间差的精确测量  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章超声波风速测量系统的硬件设计  26-45
  3.1 系统总体设计  26-27
    3.1.1 CPU选择  27
  3.2 ARM处理器  27-29
    3.2.1 ARM处理器介绍  27
    3.2.2 LPC2131介绍  27-29
  3.3 系统的电源、时钟及复位电路设计  29-32
    3.3.1 系统电源的设计  29-31
    3.3.2 时钟电路的设计  31-32
    3.3.3 复位电路的设计  32
  3.4 发射电路的设计  32-34
    3.4.1 传感器的选择  32-33
    3.4.2 驱动电路的选择  33-34
  3.5 接收电路的设计  34-37
    3.5.1 运算放大器的选择  34-36
    3.5.2 滤波电路的设计  36-37
  3.6 温湿度采集系统的设计  37-39
    3.6.1 温湿度传感器的选择  37-38
    3.6.2 温湿度采集系统电路设计  38-39
  3.7 A/D转换电路  39-40
  3.8 JTAG调试接口  40-41
  3.9 人机接口  41-43
    3.9.1 键盘接口  41-42
    3.9.2 LCD显示模块  42
    3.9.3 串口通信模块  42-43
  3.10 系统实物图  43-44
  3.11 本章小结  44-45
第4章超声波风速测量系统的软件设计  45-58
  4.1 程序结构分析  46-47
  4.2 数据测量子程序  47
  4.3 按键处理以及显示子程序  47-49
  4.4 串口通信子程序  49
  4.5 数据处理  49-57
    4.5.1 数字滤波的设计  49-51
    4.5.2 常用的渡越时间判断方法  51-54
    4.5.3 温湿度补偿  54-57
  4.6 本章小结  57-58
第5章系统误差及实验结果分析  58-63
  5.1 系统误差分析  58-60
  5.2 实验结果  60-63
结论  63-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  68-69
致谢  69

基于ARM的超声测风仪研究与设计

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