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便携式风速风向测量仪

作　者: 牛秀范
导　师: 刘维亚
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 电路与系统
关键词: 测风仪电子磁罗盘椭圆假设线性插值
分类号: P414.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

风作为一种自然现象,本身蕴含着巨大的能量,它能对人类活动产生巨大的影响。这些影响既包括有利的一面,也有危害性的一面。人们对风的观测与研究从古至今,已经经历了很长时间。目前世界各地也越来越重视对风参数的观测与研究,风速风向测量仪就是观测风所必需的设备。火炮射击时,风速风向会对炮弹弹道的精度产生很大的影响。所以必须在射击前对当时当地的风速与风向进行精确的测量,以对射击诸元进行相应的调整。在炮兵阵地上目前一般采用较为轻便简易的机械式风速风向仪,其虽然使用简单,但在测量时误差较大,且分辨率低。本文针对上述简易风速风向仪的缺点,在深入研究风速风向测量现状的基础上,综合考虑各种传感器的优缺点,提出了一种新的便携式风速风向测量方案。其基于MSP430微控制器以及电子磁罗盘技术,并采取多种降低功耗与减小误差的措施。包括基于椭圆理论假设的方向角修正,基于傅里叶序列罗差模型的八位置法对磁罗盘的标定,以及利用优化的程序流程控制与电源管理等措施以减小功耗。最后还利用标定结果的线性插值修正测量结果提高了测量分辨率,并实现了对风速风向较为精确的测量,此外本文还设计了与测量仪配套的手持监测终端与上位机软件。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-19
  1.1 课题来源及意义  9-10
  1.2 测风仪器及概念概述  10-11
  1.3 风速测量  11-14
    1.3.1 风速测量原理与方法概述  11-13
    1.3.2 风速测量发展趋势  13-14
  1.4 风向测量  14-15
  1.5 测风变换器  15-16
  1.6 数据处理的方法  16-18
  1.7 课题研究的主要内容及本文的工作  18-19
第二章测量原理及硬件设计方案  19-43
  2.1 需求分析及性能指标  19-20
  2.2 硬件系统总体设计  20-23
    2.2.1 超低功耗MCU-MSP430F149  22-23
  2.3 风向测量的原理及实现  23-33
    2.3.1 风向测量原理  23-25
    2.3.2 风向标与编码器  25-26
    2.3.3 电子磁罗盘  26-33
  2.4 风速测量原理  33-37
    2.4.1 风杯与光电耦合器  35-37
  2.5 温度测量及供电控制  37-39
  2.6 对外接口与终端  39-40
  2.7 硬件设计中若干问题的说明  40-42
  2.8 本章小结  42-43
第三章系统功能软件设计和具体实现  43-59
  3.1 测风仪程序设计  43-45
  3.2 风向测量的软件实现  45-51
  3.3 风速测量的软件实现  51-54
  3.4 温度测量的程序实现  54-55
  3.5 手持终端程序设计  55-57
  3.6 上位机软件简介  57-58
  3.7 本章小结  58-59
第四章测量结果、误差分析及措施  59-69
  4.1 对测量结果线性插值修正  59-61
  4.2 风向误差的来源分析及修正结果  61-65
  4.3 风速测量误差分析及修正措施  65-69
第五章结论与展望  69-72
  5.1 本文完成工作总结  69-70
  5.2 改进与展望  70-72
参考文献  72-74
在学期间学术成果情况  74-75
指导教师及作者简介  75-76
致谢  76

便携式风速风向测量仪

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