文章目录
- 前言
- 资料获取
- 设计介绍
- 功能介绍
- 设计程序
- 具体实现截图
- 参考文献
- 设计获取
前言
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资料获取
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设计介绍
风速、风向的测量在气象预报、环境监测、风力发电、航空航天等领域中有着重要意义。随着传感器技术、微处理器技术和网络通信技术的发展，相比传统的人工观测，数字化、智能化的气象仪器在观测精度、速度和稳定性等方面都有较大优势，因此针对数字化的气象仪器进行设计具有较大意义，尤其是便携式小型化的仪器，虽然通过天气预报可以知道当前的风速风向信息，但是这些都是大范围的，无法感知某一局部区域的风速风向，因此本文围绕风速风向仪进行设计。
本次基于单片机的风速风向仪设计与实现，整个系统包括单片机最小系统STC89C52，RM-FS-N01风速传感器，RM-FX-N01风向传感器，压力传感器采集的数据变换并传送至单片机进行处理，再由液晶显示屏显示测量的风速值。对于风向系统利用编码器在0～360°范围内进行测量收集信号，在多圈旋转的情况下能够实现单圈自动归零，通过单片机进行数据的转化处理，测量风向也通过液晶显示屏显示。软件部分的设计采用模块化编程方式，方便程序的维护和改进。
功能介绍
本课题为“基于单片机的风速风向仪设计与实现”，在功能上设计如下：
（1）具有基本测量功能，可以检测风速，风向；（2）具有显示信息的功能，可以显示风速、风向的基本信息；（3）具有语音播报功能，可以播报当前的风速风向大小；（4）可以通过按键设定阈值，当风速风向超过阈值时，进行声音提示（5）具有无线传输功能，可以将检测的数据传输到手机APP；根据上述功能，设计了如图2.1所示的系统总体架构，整个系统包括单片机最小系统STC89C52，RM-FS-N01风速传感器，RM-FX-N01风向传感器，MY1680语音播报模块，OLED液晶，ESP8266无线通信模块，蜂鸣器，ADC0832模数转换器等等，在开发环境上，采用Altium完成系统原理图的设计，通过Keil平台和C语言完成软件程序的编写。
设计程序
#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
sfr ISP_DATA = 0xe2; // 数据寄存器
sfr ISP_ADDRH = 0xe3; // 地址寄存器高八位
sfr ISP_ADDRL = 0xe4; // 地址寄存器低八位
sfr ISP_CMD = 0xe5; // 命令寄存器
sfr ISP_TRIG = 0xe6; // 命令触发寄存器
sfr ISP_CONTR = 0xe7; // 命令寄存器
#define Coil_A1 {A1=1;B1=0;C1=0;D1=0;}//A相通电，其他相断电
#define Coil_B1 {A1=0;B1=1;C1=0;D1=0;}//B相通电，其他相断电
#define Coil_C1 {A1=0;B1=0;C1=1;D1=0;}//C相通电，其他相断电
#define Coil_D1 {A1=0;B1=0;C1=0;D1=1;}//D相通电，其他相断电
#define Coil_OFF {A1=0;B1=0;C1=0;D1=0;}//全部断电
//----------------------------------------------//
//----------------定义区--------------------//
//----------------------------------------------//
typedef unsigned char U8; /* defined for unsigned 8-bits integer variable 无符号8位整型变量*/
typedef unsigned int U16; /* defined for unsigned 16-bits integer variable 无符号16位整型变量 */
U8 U8FLAG,k;
U8 U8count,U8temp;
U8 U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_L,U8checkdata;
U8 U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp;
U8 U8comdata;
U8 str_H[15];//湿度显示
int shidu,U8RH_data_H;
unsigned int W_baojing = 10; //wind风速报警值
unsigned char W_buff[5]; //显示缓存
unsigned int H_baojing = 60 ; //湿度报警值
unsigned char H_buff[5]; //显示缓存
unsigned int jishi_flag ; //计时时间
unsigned char jishi_buff[5]; //显示缓存
unsigned int set_jishi_flag = 10 ; //设置计时时间
unsigned char set_buff[5]; //设置时间显示缓存
unsigned char moshi=0;
bit StopFlag = 1; //启动/停止标志
bit ZXflag = 0 ; //转向标志
unsigned char sudu = 5; //速度变量
bit flag;
bit kaiguan =1; //开关标志
sbit A1=P2^4; //定义步进电机连接端口
sbit B1=P2^3;
sbit C1=P2^2;
sbit D1=P2^1;
sbit CS = P1^3;
sbit Clk = P1^4;
sbit DATI = P1^5;
sbit DATO = P1^5;
sbit P2_0 = P1^6 ; //DHT11传感器引脚
sbit buzzer = P1^7;
sbit led_off = P3^2;
sbit led_on = P3^3;
sbit shezhi = P3^7;
sbit jia = P3^6;
sbit jian = P3^5;
unsigned char IntToString(unsigned char *str, int dat);
extern void InitLcd1602();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);
extern void LcdWriteCmd(unsigned char cmd);
unsigned char dat = 0x00; //AD值
long Value1;
unsigned int fengsu;
unsigned int sum=0;
unsigned char wind[5];//风速值
/*****************************************************************************
延迟函数
/****************************************************************************/
void Delay_Ms (unsigned int a)
{
unsigned int i;
while( a-- != 0)
{
for(i = 0; i < 600; i++);
}
}
/*********************************************************/
// 单片机内部EEPROM不使能
/*********************************************************/
void ISP_Disable()
{
ISP_CONTR = 0;
ISP_ADDRH = 0;
ISP_ADDRL = 0;
}
/*********************************************************/
// 从单片机内部EEPROM读一个字节，从0x2000地址开始
/*********************************************************/
unsigned char Byte_Read(unsigned int add)
{
ISP_DATA = 0x00;
ISP_CONTR = 0x83;
ISP_CMD = 0x01;
ISP_ADDRH = (unsigned char)(add>>8);
ISP_ADDRL = (unsigned char)(add&0xff);
// 对STC89C51系列来说，每次要写入0x46，再写入0xB9,ISP/IAP才会生效
ISP_TRIG = 0x46;
ISP_TRIG = 0xB9;
_nop_();
ISP_Disable();
return (ISP_DATA);
}
/*********************************************************/
// 往单片机内部EEPROM写一个字节，从0x2000地址开始
/*********************************************************/
void Byte_Program(unsigned int add,unsigned char ch)
{
ISP_CONTR = 0x83;
ISP_CMD = 0x02;
ISP_ADDRH = (unsigned char)(add>>8);
ISP_ADDRL = (unsigned char)(add&0xff);
ISP_DATA = ch;
ISP_TRIG = 0x46;
ISP_TRIG = 0xB9;
_nop_();
ISP_Disable();
}
/*********************************************************/
// 擦除单片机内部EEPROM的一个扇区
// 写8个扇区中随便一个的地址，便擦除该扇区，写入前要先擦除
/*********************************************************/
void Sector_Erase(unsigned int add)
{
ISP_CONTR = 0x83;
ISP_CMD = 0x03;
ISP_ADDRH = (unsigned char)(add>>8);
ISP_ADDRL = (unsigned char)(add&0xff);
ISP_TRIG = 0x46;
ISP_TRIG = 0xB9;
_nop_();
ISP_Disable();
}
void Delay(U16 j)
{ U8 i;
for(;j>0;j--)
{
for(i=0;i<27;i++);
}
}
void Delay_10us(void)
{
U8 i;
i--;
i--;
i--;
i--;
i--;
i--;
}
void COM(void)
{
U8 i;
for(i=0;i<8;i++)
{
U8FLAG=2;
while((!P2_0)&&U8FLAG++);
Delay_10us();
Delay_10us();
Delay_10us();
U8temp=0;
if(P2_0)U8temp=1;
U8FLAG=2;
while((P2_0)&&U8FLAG++);
//超时则跳出for循环
if(U8FLAG==1)break;
//判断数据位是0还是1
// 如果高电平高过预定0高电平值则数据位为 1
U8comdata<<=1;
U8comdata|=U8temp; //0
}//rof
}
//--------------------------------
//-----湿度读取子程序 ------------
//--------------------------------
//----以下变量均为全局变量--------
//----温度高8位== U8T_data_H------
//----温度低8位== U8T_data_L------
//----湿度高8位== U8RH_data_H-----
//----湿度低8位== U8RH_data_L-----
//----校验 8位 == U8checkdata-----
//----调用相关子程序如下----------
//---- Delay();, Delay_10us();,COM();
//--------------------------------
void RH(void)
{
//主机拉低18ms
P2_0=0;
Delay(180);
P2_0=1;
//总线由上拉电阻拉高 主机延时20us
Delay_10us();
Delay_10us();
Delay_10us();
Delay_10us();
//主机设为输入 判断从机响应信号
P2_0=1;
//判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行
if(!P2_0) //T !
{
U8FLAG=2;
//判断从机是否发出 80us 的低电平响应信号是否结束
while((!P2_0)&&U8FLAG++);
U8FLAG=2;
//判断从机是否发出 80us 的高电平，如发出则进入数据接收状态
while((P2_0)&&U8FLAG++);
//数据接收状态
COM();
U8RH_data_H_temp=U8comdata;
COM();
U8RH_data_L_temp=U8comdata;
COM();
U8T_data_H_temp=U8comdata;
COM();
U8T_data_L_temp=U8comdata;
COM();
U8checkdata_temp=U8comdata;
P2_0=1;
//数据校验
U8temp=(U8T_data_H_temp+U8T_data_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temp);
if(U8temp==U8checkdata_temp)
{
U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp;
U8RH_data_L=U8RH_data_L_temp;
U8T_data_H=U8T_data_H_temp;
U8T_data_L=U8T_data_L_temp;
U8checkdata=U8checkdata_temp;
}//fi
}//fi
}
void Key_set_scan()
{
if(shezhi==0)
{
Delay_Ms(10);
if(shezhi==0)
{
while(!shezhi);
LcdWriteCmd(0x01); //清屏
moshi++;
if(moshi >= 3)moshi = 0;
if(moshi == 0)
{
LcdShowStr(0, 0,"Wind: km/h");
// LcdShowStr(12, 1,"T:00");
jishi_flag = 0;
Sector_Erase(0x2000); // 将设置的新上下限值写入到内部的EEPROM中
Byte_Program(0x2000,W_baojing);
Byte_Program(0x2001,H_baojing);
Byte_Program(0x2007,10);
}
else if(moshi == 1)
{
LcdShowStr(1, 0,"Set_wind_speed");
W_buff[0] = W_baojing/10%10+0x30;
W_buff[1] = W_baojing%10+0x30;
W_buff[2] = '\0';
LcdShowStr(7, 1,W_buff);
}
else if(moshi == 2)
{
LcdShowStr(2, 0,"Set_humidity");
H_buff[0] = H_baojing/10+0x30;
H_buff[1] = H_baojing%10+0x30;
H_buff[2] = '\0';
LcdShowStr(7, 1,H_buff);
}
else if(moshi == 3)
{
LcdShowStr(4, 0,"Set_time");
set_buff[0] = set_jishi_flag/10+0x30;
set_buff[1] = set_jishi_flag%10+0x30;
set_buff[2] = '\0';
LcdShowStr(7, 1,set_buff);
}
}
}
if(jia==0)
{
Delay_Ms(10);
if(jia==0)
{
// while(!jia);
if(moshi==1)
{
W_baojing++ ;
if( W_baojing>=999 )W_baojing =999;
W_buff[0] = W_baojing/10%10+0x30;
W_buff[1] = W_baojing%10+0x30;
W_buff[2] = '\0';
LcdShowStr(7, 1,W_buff);
}
if(moshi==2)
{
H_baojing++ ;
if( H_baojing>=99 )H_baojing =99;
H_buff[0] = H_baojing/10+0x30;
H_buff[1] = H_baojing%10+0x30;
H_buff[2] = '\0';
LcdShowStr(7, 1,H_buff);
}
if(moshi==3)
{
set_jishi_flag++ ;
if( set_jishi_flag>=99 )set_jishi_flag =99;
set_buff[0] = set_jishi_flag/10+0x30;
set_buff[1] = set_jishi_flag%10+0x30;
set_buff[2] = '\0';
LcdShowStr(7, 1,set_buff);
}
}
}
if(jian == 0)
{
Delay_Ms(10);
if(jian == 0)
{
// while(!jian);
if(moshi==1)
{
W_baojing-- ;
if( W_baojing<=0 )W_baojing =0;
W_buff[0] = W_baojing/10%10+0x30;
W_buff[1] = W_baojing%10+0x30;
W_buff[2] = '\0';
LcdShowStr(7, 1,W_buff);
}
if(moshi==2)
{
H_baojing-- ;
if( H_baojing<=0 )H_baojing =0;
H_buff[0] = H_baojing/10+0x30;
H_buff[1] = H_baojing%10+0x30;
H_buff[2] = '\0';
LcdShowStr(7, 1,H_buff);
}
if(moshi==3)
{
set_jishi_flag-- ;
if( set_jishi_flag<=0 )set_jishi_flag =0;
set_buff[0] = set_jishi_flag/10+0x30;
set_buff[1] = set_jishi_flag%10+0x30;
set_buff[2] = '\0';
LcdShowStr(7, 1,set_buff);
}
}
}
}
/****************************************************************************
函数功能:AD转换子程序
入口参数:CH
出口参数:dat
****************************************************************************/
unsigned char adc0832(unsigned char CH)
{
unsigned char i,test,adval;
adval = 0x00;
test = 0x00;
Clk = 0; //初始化
DATI = 1;
_nop_();
CS = 0;
_nop_();
Clk = 1;
_nop_();
if ( CH == 0x00 ) //通道选择
{
Clk = 0;
DATI = 1; //通道0的第一位
_nop_();
Clk = 1;
_nop_();
Clk = 0;
DATI = 0; //通道0的第二位
_nop_();
Clk = 1;
_nop_();
}
else
{
Clk = 0;
DATI = 1; //通道1的第一位
_nop_();
Clk = 1;
_nop_();
Clk = 0;
DATI = 1; //通道1的第二位
_nop_();
Clk = 1;
_nop_();
}
Clk = 0;
DATI = 1;
for( i = 0;i < 8;i++ ) //读取前8位的值
{
_nop_();
adval <<= 1;
Clk = 1;
_nop_();
Clk = 0;
if (DATO)
adval |= 0x01;
else
adval |= 0x00;
}
for (i = 0; i < 8; i++) //读取后8位的值
{
test >>= 1;
if (DATO)
test |= 0x80;
else
test |= 0x00;
_nop_();
Clk = 1;
_nop_();
Clk = 0;
}
if(adval == test) //比较前8位与后8位的值，如果不相同舍去。若一直出现显示为零，请将该行去掉
dat = test;
nop_();
CS = 1; //释放ADC0832
DATO = 1;
Clk = 1;
return dat;
}
void xianshi()
{
str_H[0] = 'H';
str_H[1] = 't';
str_H[2] = 'y';
str_H[3] = ':'; // 湿度
str_H[4]=shidu/10+0x30; // 整数十位
str_H[5]=shidu%10+0x30; // 整数个位
str_H[6]= ' ';
str_H[7]= '%';
str_H[8]= 'R';
str_H[9]= 'H';
str_H[10]= ' ';
str_H[11]= ' ';
str_H[12]= '\0';
LcdShowStr(0, 1, str_H); //显示到液晶屏上
}
具体实现截图
参考文献
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[4] 罗永刚,袁玉英.基于单片机的风机在线检测装置设计[J].仪器仪表与分析监测,2021(02):14-17.
[5] 刘熙明,路世扬.基于51单片机的风速测量仪设计[J].电子产品世界,2021,28(04):61-64.
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(03):81-83.
[7] 谭艳萍,黄星雨,向雯岚,余治远.基于单片机的风力发电模拟装置设计[J].现代信息科技,2021,5(06):171-175.
[8] 饶家龙.一种高精度低成本矿用超声波风速风向仪设计[J].自动化与仪器仪表,2020(11):119-121.
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[10] 张绍荣,秦鹏,唐源,罗大鑫.结合智能终端和无线通信模块的便携式风速仪[J].计量与测试技术,2020,47(05):
7-11.
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wind speed and direction measurements[J]. Journal of Agriculture, Science and Technology,2012,14(1):
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