基于單片機的風(fēng)力檢測系統(tǒng)設(shè)計

屆別2015屆學(xué)號201015240302畢業(yè)設(shè)計基于單片機的風(fēng)力檢測系統(tǒng)設(shè)計完成時間2015年5月目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IABSTRACT II1緒論 11.1研究動態(tài) 11.2研究意義 12風(fēng)速風(fēng)向測量結(jié)構(gòu)及工作原理 22.1風(fēng)向結(jié)構(gòu) 22.2風(fēng)向原理 22.3風(fēng)速結(jié)構(gòu) 32.4風(fēng)速原理 33硬件設(shè)計 53.1風(fēng)向測量電路的設(shè)計 53.2風(fēng)速測量電路的設(shè)計 63.3單片機控制電路的設(shè)計 73.4方向北設(shè)置鍵的設(shè)計 93.5顯示電路的設(shè)計 104軟件設(shè)計 124.1風(fēng)速測量子程序設(shè)計 124.2風(fēng)向測量子程序設(shè)計 124.3總程序流程圖 135總結(jié)與展望 13致謝 13參考文獻(xiàn) 14附錄 15摘要風(fēng)速風(fēng)向測量是氣象監(jiān)測的重要組成部分,測量風(fēng)速風(fēng)向?qū)θ祟惛玫匮芯考袄蔑L(fēng)能和改善生活生產(chǎn)有積極的影響。本文介紹了用STC12C5410AD系列單片機設(shè)計測量風(fēng)速風(fēng)向的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)以及顯示模塊。該系統(tǒng)采用單片機技術(shù)。紅外反射式光電傳感器采集的數(shù)據(jù)交給單片機處理，再由LM016L液晶顯示屏顯示測量的風(fēng)速值。對于風(fēng)向該系統(tǒng)采用由風(fēng)向標(biāo)和紅外反射式光電傳感器組成的測量模塊，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)指向某一方位，遮擋該方位紅外反射式光電傳感器時，獲得一個電信號，進(jìn)而獲取當(dāng)前風(fēng)向，測量風(fēng)向通過數(shù)碼管顯示。軟件部分的設(shè)計采用模塊編程，以便今后的維護(hù)和改進(jìn)工作。關(guān)鍵詞：紅外反射式光電傳感器；STC12C5410AD單片機；LM016L液晶顯示器ABSTRACTWindspeedanddirectionmeasurementisanimportantpartofmeteorologicalmonitoring,measuringwindspeedanddirectionofhumanbetterstudyanduseofwindpowerproductionandimprovethelifehaveapositiveimpact.

ThispaperintroducesthemeasuringwindspeedanddirectionwithSTC12C5410ADseriessingle-chipmicrocomputerdatacollectionandprocessingsystem,anddisplaymodule.ThesystemUSESsingle-chipcomputertechnology.InfraredreflectiontypephotoelectricsensortocollectdatatoMCUprocessing,againbytheLCDdisplayshowsthemeasuredwindspeedvalue.Isusedbythesystemforthewindvaneandinfraredreflectiontypephotoelectricsensorofmeasuringmodule,wheninthewindvanerotarypointingtoaparticularlocation,keepouttheorientationreflectingtypeofinfraredphotoelectricsensor,obtainanelectricalsignal,andthengetsthecurrentwinddirection,measurethedirectionofthewindthroughdigitaltubedisplay.Thedesignofthesoftwarepartadoptsthemoduleprogramming,convenienttomaintainandimproveinthefuture.Keywords:Theinfraredreflectiontypephotoelectricsensor;STC12C5410ADsinglechipmicrocomputer;LM016LLiquidcrystaldisplay1緒論1.1研究動態(tài)1.1．1國外動態(tài)研究：近幾年來，全球風(fēng)力發(fā)電行業(yè)迅速發(fā)展，累計裝機容量以年均20%以上的速度遞增。德意志銀行發(fā)布的研究報告顯示，全球風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展正進(jìn)入迅速發(fā)展擴張階段，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)保持每年20%的增速，到2015年該行業(yè)總價值將達(dá)到目前平均水平的5倍以上。風(fēng)力發(fā)電行業(yè)在技術(shù)上的成熟度和在經(jīng)濟上的可行性，再加上各國政府有不斷出臺可再生資源的鼓勵政策，使得風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景相當(dāng)可觀。目前，中、大型風(fēng)力發(fā)電機組已在世界上40多個國家陸地和近海并網(wǎng)運行，風(fēng)電增長率比其它電源增長率高的趨勢仍然繼續(xù)。據(jù)英國路透社網(wǎng)站10月22日報道，全球風(fēng)能理事會和國際環(huán)保組織綠色和平發(fā)布報告稱，全球風(fēng)電裝機容量到2030年可能增加530%，達(dá)到2000吉瓦，為全球提供高達(dá)19%的電力。報告稱，去年底全球的風(fēng)電裝機容量總計為318吉瓦，為全球提供了大約3%的電力。今年的風(fēng)電裝機容量將再增加45吉瓦，達(dá)到363吉瓦。1.1.2國內(nèi)研究動態(tài):2003年底中國風(fēng)電裝機有50萬千瓦，到了2013達(dá)到了7千7百萬千瓦，2014年超過了9千萬千瓦，上升為世界第一的風(fēng)電大國，十年中我們建立了世界規(guī)模最大的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，風(fēng)電設(shè)備制造商，風(fēng)電開發(fā)商開始數(shù)量擴張向提高質(zhì)量，降低全壽命周期，風(fēng)電的成本方向轉(zhuǎn)變，步入了穩(wěn)定持續(xù)健康發(fā)展的階段。從10月22日舉行的2014北京國際風(fēng)能大會暨展覽會上獲悉，到今年8月，中國風(fēng)電的并網(wǎng)容量已經(jīng)超過8300萬千瓦，預(yù)計2014年底將接近1億千瓦，從而提前一年完成“十二五”規(guī)劃目標(biāo)，風(fēng)電發(fā)電量占全國比重也將由2008年的0.38%增長到2.52%，連續(xù)兩年超過核電，成為國內(nèi)第三大電源?！笆濉逼陂g，將進(jìn)一步提高可再生能源比重，到2020年，風(fēng)電發(fā)電裝機達(dá)到2億千瓦，發(fā)電量比重也將達(dá)到5%以上，進(jìn)而可以實現(xiàn)從替補電源到替代電源的轉(zhuǎn)變。1.2研究意義目前,風(fēng)力發(fā)電已成為世界上公認(rèn)的最接近商業(yè)化、市場競爭力最強的可再生能源技術(shù)之一,與太陽能和生物能源等其他可再生能源發(fā)電技術(shù)相比,風(fēng)能具有產(chǎn)業(yè)成熟度高、發(fā)電成本低、自然環(huán)境和社會環(huán)境影響好等優(yōu)點。然而風(fēng)力的利用常常因為風(fēng)量的不穩(wěn)定，得到變化的交流電，隨著風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展，風(fēng)力的檢測也日益被人民所重視起來。如今大部分風(fēng)力發(fā)電機仍然依靠自然風(fēng)力或者以人工控制方式將風(fēng)輪至最大風(fēng)能的方向，才能達(dá)到最大的發(fā)電效率。但是這兩種方法對風(fēng)速的響應(yīng)過快，致使風(fēng)葉的旋轉(zhuǎn)過于頻繁，對于發(fā)電設(shè)施的機械結(jié)構(gòu)很容易造成嚴(yán)重磨損，較大程度上降低了風(fēng)力發(fā)電機的使用壽命，增加了發(fā)電機的維護(hù)費用，甚至?xí)o發(fā)電機留下嚴(yán)重的安全隱患。本論文嘗試設(shè)計一套實時風(fēng)速、風(fēng)向檢測的智能風(fēng)力信息采集系統(tǒng)，采集的數(shù)據(jù)用以自動調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪，用于風(fēng)輪的調(diào)整自動化，以期最大限度的改善上述問題。2風(fēng)速風(fēng)向測量結(jié)構(gòu)及工作原理STC12C5410AD單片機STC12C5410AD單片機晶振電路顯示模塊復(fù)位電路風(fēng)速檢測模塊風(fēng)速檢測模塊風(fēng)向檢測模塊風(fēng)向檢測模塊圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)向測量模塊由帶扇葉的3/4圓盤、4塊紅外反射式光電傳感器、傳輸電纜等裝置構(gòu)成。風(fēng)向測量模塊的扇葉通常由高耐候性、高強度、防腐蝕和防水金屬制造；傳感器采用的是TCRT5000紅外反射式光電傳感器，傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。圖2紅外反射式光電傳感器2.2風(fēng)向原理關(guān)于風(fēng)向的測量一般用以下兩種方式實現(xiàn)：1、格雷碼此類風(fēng)向傳感器的感應(yīng)組件為前端有輔助標(biāo)版的單板式風(fēng)向標(biāo)。角度變化采用四位格雷碼光電碼盤。當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)時，通過主軸帶動碼盤旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)動一定度數(shù)，位于碼盤上下兩側(cè)的四組發(fā)光與接收光電器件就會產(chǎn)生一組新的四位并行格雷碼，進(jìn)過整形、倒相后輸出。方位-角度-格雷碼-二進(jìn)制碼對照表是風(fēng)向測量單片機編程的重要依據(jù)。2、紅外反射此類風(fēng)向傳感器主要由風(fēng)向標(biāo)和紅外反射式光電傳感器組成，其中四個或八個紅外反射式光電傳感器呈對稱分布，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)指向某一方位時，由于遮擋并反射了紅外射線，反射的紅外射線被傳感器上的收光器接收，從而產(chǎn)生一個電信號，進(jìn)而輸出當(dāng)前風(fēng)向。本設(shè)計采用的是第二種紅外反射原理來構(gòu)成所需風(fēng)向傳感器。2.3風(fēng)速結(jié)構(gòu)風(fēng)向測量模塊由帶三片扇葉圓盤(圓盤有一個小缺口)、1塊紅外反射式光電傳感器、傳輸電纜等裝置構(gòu)成。風(fēng)向測量模塊的扇葉通常由高耐候性、高強度、防腐蝕和防水金屬制造；傳感器采用的是TCRT5000紅外反射式光電傳感器，傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。圖3紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖2.4風(fēng)速原理圖3紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖關(guān)于風(fēng)速的測量常見的方法有以下六種：（1）風(fēng)杯式風(fēng)速計：它是最常見的一種風(fēng)速計。轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計最早由英國J.T.R.魯賓孫發(fā)明(1846)，當(dāng)時是四杯,后來改用三杯。三個互成120度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面，整個架子連同風(fēng)杯裝在一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸上。在風(fēng)力的作用下風(fēng)杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點、測速發(fā)電機或光電計數(shù)器等記錄。當(dāng)風(fēng)杯轉(zhuǎn)動時，通過主軸帶動多齒轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，使下面光敏三極管接收上面發(fā)光二極管照射下來的光線，處于導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，形成與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速成正比的頻率信號，通過計數(shù)器計數(shù)，換算后得到實際風(fēng)速值。（2）熱敏式風(fēng)速計：基于熱原理的硅風(fēng)速傳感器，在流體中存在一個熱源，通過測量熱源周圍的溫度場分布或熱源的熱損失，來得到關(guān)于流體的信息。硅的熱流量傳感器有三種工作原理分別為熱損失型風(fēng)速傳感器，熱溫差型風(fēng)速傳感器以及熱脈沖型風(fēng)速傳感器熱損失型風(fēng)速傳感器一般含有一個單元，其同時作為加熱單元和測溫單元，熱損失型風(fēng)速傳感器測量單個加熱單元的總的熱損失量。因為大多數(shù)材料的電阻率隨溫度而變化，所以，可以通過測量電阻的變化反映風(fēng)速的大小。熱損失型風(fēng)速傳感器可以工作在恒功率和恒溫差兩種工作方式。在恒功率下，通過測量加熱單元的溫度而得到風(fēng)速大小，恒功率的反應(yīng)時間取決于加熱單元的熱電容和傳熱速率。熱溫差型一般含有一個加熱單元和兩個對稱的測溫單元，當(dāng)加熱表面被不一致的冷卻時，對稱測溫單元能測量對稱點的溫度，其溫度差和風(fēng)速成一定的函數(shù)關(guān)系，同時溫差的正負(fù)符號反映風(fēng)向的信息；熱脈沖型則通過測量脈沖在流體中傳輸速度反映流體的速度。熱線風(fēng)速計在小風(fēng)速時靈敏度較高，適用于對小風(fēng)速測量。（3）皮托管式風(fēng)速計：標(biāo)準(zhǔn)皮托管是一根彎成直角的金屬細(xì)管,它由感測頭、外管、內(nèi)管、管柱與全壓、靜壓引出導(dǎo)管等組成。在皮托管頭部的頂端,迎著來流開有一個小孔,小孔平面與流體流動方向垂直。在皮托管頭部靠下游的地方,環(huán)繞管壁的外側(cè)又開了多個小孔,流體流動的方向與這些小孔的孔面相切。頂端的小孔與側(cè)面的小孔分別與兩條互不相通的管路相連。進(jìn)入皮托管頂端小孔的氣流壓力(稱為全壓),除了流體本身的靜壓,還含有流體滯止后由動能轉(zhuǎn)變來的那部分壓力,而進(jìn)入皮托管側(cè)面小孔的氣流壓力僅僅是流體的靜壓,根據(jù)全壓和靜壓即可求出動壓,從而求出流體的流速。（4）超聲波式風(fēng)速計：當(dāng)超聲波在空氣中傳播時，受到風(fēng)速的影響，順風(fēng)和逆風(fēng)情況下存在一個時間差，基于這個原理可制成的時差法超聲波風(fēng)速測量儀表。采用超聲波進(jìn)行氣體流速測量可以采用三種形式時差法、多普勒法和渦街風(fēng)速測量。時差法是根據(jù)超聲波信號順流傳播時間和逆流傳播時間之差來計算流速的，最早應(yīng)用于超聲波流量計，它適用于大、中口徑管道及敞開水道流量的測量，此法受溫度影響比較大。多普勒法適用于不潔凈流體的測量，而渦街法適用于管道流體流速的測量。（5）壓力式風(fēng)速計:當(dāng)風(fēng)在傳播過程中，對阻礙它前進(jìn)的物體會有一個壓力，利用風(fēng)對阻礙它傳播而產(chǎn)生的壓力可以制成一個壓力傳感器。壓力傳感器把風(fēng)對它的壓力轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)電信號的大小來求出風(fēng)速的大小。(6)光電式風(fēng)速計:光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。當(dāng)風(fēng)在傳播時，風(fēng)速帶動電動機旋轉(zhuǎn)，光電碼盤與電動機同軸，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速，從而求出風(fēng)速值。本設(shè)計采用是是第六種光電式風(fēng)速計，TCRT5000光電傳感器模塊是基于TCRT5000紅外光電傳感器設(shè)計的一款紅外反射式光電開關(guān)。傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。選用的風(fēng)力傳感器主要由僅有小部分缺口的圓盤與三片扇葉組成的風(fēng)葉，以及TCRT5000紅外反射式光電傳感器組成。當(dāng)風(fēng)吹過來時，風(fēng)力帶動扇葉旋轉(zhuǎn)，扇葉1與風(fēng)向平行，風(fēng)對扇葉1的壓力在最直于扇葉軸方向上的分力近似為零。扇葉2與3同風(fēng)向成60度角相交，對扇葉2而言，其面迎著風(fēng)，承受的風(fēng)壓最大;對于扇葉3，風(fēng)的繞流作用使其所受風(fēng)壓比扇葉2小，由于扇葉2與扇葉3在垂直于扇葉軸方向上的壓力差，而使扇葉開始順時針方向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速越大，起始的壓力差越大，產(chǎn)生的加速度越大，扇葉轉(zhuǎn)動越快。扇葉開始轉(zhuǎn)動后，由于杯2順著風(fēng)的方向轉(zhuǎn)動，受風(fēng)的壓力相對減小，而杯3迎著風(fēng)以同樣的速度轉(zhuǎn)動，所受風(fēng)壓相對增大，風(fēng)壓差不斷減小，經(jīng)過一段時間后（風(fēng)速不變時），作用在三個扇葉上的分壓差為零時，扇葉就變作勻速轉(zhuǎn)動。這樣根據(jù)扇葉的轉(zhuǎn)速（每秒鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù)）就可以確定風(fēng)速的大小。扇葉旋轉(zhuǎn)時每旋轉(zhuǎn)一周會露出一次扇葉下方的TCRT5000紅外反射式光電傳感器。由于未擋住傳感器發(fā)出的紅外射線，無法反射紅外射線給傳感器的收光器，因而產(chǎn)生一個低電平。低電平信號被單片機接收并給予計數(shù)，通過計算公式便能得到當(dāng)前風(fēng)的風(fēng)速大小。3硬件設(shè)計3.1風(fēng)向測量電路的設(shè)計TCRT5000紅外反射式光電傳感器具有一個紅外發(fā)射管和一個紅外接收管.當(dāng)發(fā)射管的紅外信號經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來.電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號強度,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面。本設(shè)計主要是應(yīng)用反射面的顏色來實現(xiàn)信號的接收。四個傳感器呈對稱方向固定，傳感器的上面是個帶扇葉的1/2圓盤，圓盤停止的位置，會擋住傳感器，然后通過電平的變化就能判斷出方向可以準(zhǔn)確的輸出相對應(yīng)的風(fēng)向信息。圖4風(fēng)向測量模塊電路圖3.2風(fēng)速測量電路的設(shè)計當(dāng)風(fēng)吹過來時，風(fēng)力帶動扇葉旋轉(zhuǎn)，扇葉旋轉(zhuǎn)時每旋轉(zhuǎn)一周會露出一次扇葉下方的TCRT5000紅外反射式光電傳感器。由于未擋住傳感器發(fā)出的紅外射線，無法反射紅外射線給傳感器的收光器，因而產(chǎn)生一個低電平。低電平信號被單片機接收并給予計數(shù)，通過計算公式便能得到當(dāng)前風(fēng)的風(fēng)速大小。圖5風(fēng)速測量模塊電路圖3.3單片機控制電路的設(shè)計單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。單片機是本設(shè)計的核心部件之一，所以單片機的選取影響整個系統(tǒng)的性能和系統(tǒng)的設(shè)計成本。單片機的選型對系統(tǒng)的反應(yīng)速度，功耗，系統(tǒng)的復(fù)雜程度以及系統(tǒng)的成本等有著直接的影響。本設(shè)計選用宏晶科技的STC12C5410AD。STC12C5410系列單片機是由宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的兼容8051內(nèi)核單片機，是高速/低功耗的新一代8051單片機，全新的流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。其主要性能特點如下：

1．增強型1T流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu)8051CPU

2．工作電壓：5.5V‐3.4V（5V單片機）/3.8V‐2.0V（3V單片機）3．工作頻率范圍：0‐35MHz，相當(dāng)于普通8051的0‐420MHz4．用戶應(yīng)用程序空間12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)

5．片上集成512字節(jié)RAM

6．通過I/O口（27/23個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）

可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏

7．ISP（在系統(tǒng)可編程）/ASP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器

可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片

8．EPROM功能

9．看門狗

10．內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶振20M以下時，可省外部復(fù)位電路）

11．時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器

用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘

常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.65MHz~5.95MHz

精度不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有溫漂，應(yīng)認(rèn)為是5MHz~6.5MHz

12．共2個16位定時器/計數(shù)器

13．PWM(4位)/PCA（可編程計數(shù)器陣列），也可用來在實現(xiàn)4個定時器

14．ADC，10位精度ADC，共8路

15．通用異步串行口（UART）

16．SPI同步通信口，主模式/從模式

17．工作溫度范圍：0‐75℃/-40‐+85℃

18．封裝：PDIP—28，SOP—28，PDIP—20，SOP—20，TSSOP—20，PLCC—32

STC12C5410AD單片機中包含中央處理器、程序存儲器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、EEPROM、定時/計數(shù)器、I/O接口、UART接口和中斷系統(tǒng)、SPI接口、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、PWM（或捕捉/比較單元）以及硬件看門狗、電源監(jiān)控、片內(nèi)RC振蕩器等模塊?？梢哉fSTC12C5410AD單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)（SOC），可以很容易地構(gòu)成典型的測控系統(tǒng)。表1：引腳功能序號引腳名稱功能序號引腳名稱功能1P2.2標(biāo)準(zhǔn)I/O15P2.6標(biāo)準(zhǔn)I/O2P2.3標(biāo)準(zhǔn)I/O16P2.7標(biāo)準(zhǔn)I/O3RST復(fù)位腳17P3.7/PWM0/PCA0標(biāo)準(zhǔn)I/O口,脈寬調(diào)制輸出0，可編程陣列輸4P3.0/RxD標(biāo)準(zhǔn)I/O口,串口數(shù)據(jù)接收18P1.0/ADC0標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道5P3.1/TxD標(biāo)準(zhǔn)I/O口,串口數(shù)據(jù)發(fā)送19P1.1/ADC1標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道6XTAL2內(nèi)部時鐘電路反相放大器的輸入端，接外部晶振的另一端。當(dāng)直接使用外部時鐘源，此引腳可浮空。20P1.2/ADC2標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道7XTAL1內(nèi)部時鐘電路反相放大器的輸入端，接外部晶振的一端。當(dāng)直接使用外部時鐘源，此引腳是外部時鐘源的輸入端。21P1.3/ADC3標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道8P3.2/INTO標(biāo)準(zhǔn)I/O口，外部中斷022P1.4/ADC4標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道9P3.3/INT1標(biāo)準(zhǔn)I/O口，外部中斷123P1.5/ADC5標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道10P3.4/T0標(biāo)準(zhǔn)I/O口，定時器/計數(shù)器0的外部輸入24P1.6/ADC6標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道11P3.5/T1/PWM1/PCA3標(biāo)準(zhǔn)I/0口，定時器/計數(shù)器1的外部輸入,脈寬調(diào)制輸出1，可編程陣25P1.7/ADC7標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道12P2.4/PWM3/PCA3標(biāo)準(zhǔn)I/O口,脈寬調(diào)制輸出3，可編程陣列輸26P2.0/PWM2/PCA2標(biāo)準(zhǔn)I/0口，脈寬調(diào)制輸出2，可編程陣列輸13P2.5標(biāo)準(zhǔn)I/O27P2.1標(biāo)準(zhǔn)I/O2814GND電源負(fù)極，接地28VCC電源正極圖6單片機引腳圖3.4方向北設(shè)置鍵的設(shè)計為了更好的測量實時風(fēng)向，使測量設(shè)備能夠移動到其他地方使用。從而獲得更好的測量效果。本設(shè)計采用重新設(shè)置方向北來實現(xiàn)，在設(shè)備移動到其他地方，各個方位相對設(shè)備發(fā)生改變時用方向盤擋住其他三個方位的傳感器，是方向盤上的葉片處于第四個傳感器上方時使之對應(yīng)正確的方向北，同時按下設(shè)置鍵，從而實現(xiàn)方向北的設(shè)置。電路圖如圖7所示：圖7方向北設(shè)置鍵電路圖3.5顯示電路的設(shè)計在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：1、顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。2、數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。3、體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。4、功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。因而為了能夠更加直觀展示得到的測量結(jié)果，本設(shè)計選用液晶顯示屏來顯示得到的測量數(shù)值，在此選用的芯片是LM016L。LM016L的特點是：（1）顯示容量:16×2個字符（2）芯片工作電壓:4.5—5.5V（3）工作電流:2.0mA(5.0V)（4）模塊最佳工作電壓:5.0V（5）字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表2所示:表2：1602LCD引腳接口說明LM016LCD的讀寫端口接的是單片機的P2.0和P2.1端口，使能端口接的是單片機的P2.2端口，顯示器的數(shù)據(jù)輸入端口D0到D7分別接單片機的P1.0到P1.7口。接線示意圖如圖8：圖8LM016LCD電路圖4軟件設(shè)計4.1風(fēng)速測量子程序設(shè)計將Ｔ１做為定時器,將Ｔ０作為計數(shù)器。Ｔ１與Ｔ０同時工作,如果Ｔ１定時１秒,則Ｔ０計數(shù)值即為此刻風(fēng)速的１０倍。由此可知最終的風(fēng)速測量精度為0.1ｍ/s。LPC921的兩個定時計數(shù)器共有5種工作模式,本系統(tǒng)選擇模式1,即T0,T1均為16位定時器/計數(shù)器,THn和TLn級聯(lián),無預(yù)分頻器。低電平信號計數(shù)流程圖如右圖圖9所示：圖9低電平信號計數(shù)流程圖4.2風(fēng)向測量子程序設(shè)計紅外反射式光電傳感器是把發(fā)射器和接收器裝入同一個裝置內(nèi)，在其前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的光電傳感器。可以用來檢測地面明暗和顏色的變化，也可以探測有無接近的物體，從而得到電信號。開始開始結(jié)束發(fā)射器發(fā)射信號接收器接收信號顯示測量數(shù)據(jù)啟動測量風(fēng)向模塊，由于扇葉擋住紅外傳感器發(fā)射信號，置于下方的接收器收到信號，根據(jù)設(shè)定值轉(zhuǎn)換，顯示出當(dāng)前風(fēng)向，測量結(jié)束。圖10風(fēng)向測量流程圖4.3總程序流程圖首先把風(fēng)速風(fēng)向測量器置于有風(fēng)的位置，連接測量器的電源，按下電源開關(guān)按鈕。風(fēng)速測量模塊獲取脈沖，傳遞給單片機，單片機計數(shù)，再根據(jù)公式換算成風(fēng)速。與此同時，風(fēng)向測量模塊工作，得到風(fēng)向的信息，與風(fēng)速的信息一起傳遞給顯示器。最后顯示器顯示測量結(jié)果，測量結(jié)束。首先把風(fēng)速風(fēng)向測量器置于有風(fēng)的位置，連接測量器的電源，按下電源開關(guān)按鈕。風(fēng)速測量模塊獲取脈沖，傳遞給單片機，單片機計數(shù)，再根據(jù)公式換算成風(fēng)速。與此同時，風(fēng)向測量模塊工作，得到風(fēng)向的信息，與風(fēng)速的信息一起傳遞給顯示器。最后顯示器顯示測量結(jié)果，測量結(jié)束。開始設(shè)定采樣周期脈沖計數(shù)計算風(fēng)速風(fēng)向測量結(jié)束顯示測量數(shù)據(jù)圖11總程序流程圖5總結(jié)與展望歷時多個月的設(shè)計過程中，從最初的查資料，到仿真。在設(shè)計過程中，我感覺到即使是一個簡單的模塊，要想很輕松的設(shè)計好，也不是很容易的事情。有時是參數(shù)設(shè)置的原因，有時可能是接線錯誤等。這使我深刻地感受到理論與實際間的差距。通過本次設(shè)計的制作，較大程度地提高了我的實際動手能力。本設(shè)計采用的是stc12c5410ad單片機，這主要是因為該單片機的穩(wěn)定性比較好，當(dāng)前比較流行，可供參考資料多。當(dāng)然還可以采用其它系列的單片機。致謝歷時三個月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及謝光奇老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計已經(jīng)基本完成。在這段時間里，謝老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我深刻地認(rèn)識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個月的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。由于自身水平有限，設(shè)計中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。參考文獻(xiàn)[1]洪乃剛電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社.2005[2]楊恢先黃輝先單片機原理及應(yīng)用[M].湘潭大學(xué)出版社.2013[3]席軍風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2013[4]百度百科[5]中國行業(yè)研究網(wǎng)[6]中國風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)環(huán)球網(wǎng)[8]趙月飛，郭會平，胡仁喜Protel99se基礎(chǔ)與實例教程[M].機械工業(yè)出版社[9]顧興海,高富強,張帆風(fēng)速測量系統(tǒng)設(shè)計[J].微計算機信息.2005(01)[10]鄭志強風(fēng)速監(jiān)測儀表的改進(jìn)探討[J].電子質(zhì)量.2002(07)[11]張永楓單片機應(yīng)用實訓(xùn)教程[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2005[12]李葉紫等MCS-51單片機應(yīng)用教程[M].清華大學(xué)出版社,2004[13]馮瀾,萬軍紅風(fēng)速與風(fēng)力智能測定裝置的設(shè)計[J].上海電機學(xué)院學(xué)報.2005(03)[14]王益祥,王聿彪,周勇新型風(fēng)速測量裝置設(shè)計

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[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用.2010(08)附錄系統(tǒng)源程序：主程序：/************************************************單片機型號：STC12C5410AD*外部晶振頻率：12M***********************************************/#include"STC12C5410AD.h"#include"1602.h"#include"Init.h"sbitled=P3^7;//01234567unsignedchar*table2[]={"N","NE","E","SE","S","SW","W","NW"};//顯示方向數(shù)組unsignedintready;//允許外部中斷標(biāo)志//unsignedintspeed_count;unsignedintt_count,t;//單位時間記的個數(shù)unsignedintt_th,t_tl;//unsignedcharn_temp,e_temp,w_temp,s_temp;unsignedcharstate,n;voidmain(){InitDisplay();//初始化LCD1602Timer0_init();//初始化定時器0INT0_Init();//初始化外部中斷0ready=0;//speed_count=0;t_count=0;t_th=0;t_tl=0;EA=1;//開總中斷state=0;//n_temp=0;//e_temp=0;//w_temp=0;//s_temp=0;n=0;while(1){led=1;switch(state){case0:state+=1;break;case1:{if(t<1)WriteCharacter(0x00,"speed:***cm/s");elseif(t_count>2000)//超過2秒鐘，則速度顯示為0{WriteCharacter(0x00,"speed:0cm/s");//顯示速度timer0_stop();//停止定時器t_count=0;//清零計數(shù)標(biāo)志t=0;//清零計數(shù)緩存}else{display(25120/t);//周期的倒數(shù)就是頻率//WriteAscii(1,1,(t/100)+48);//WriteAscii(2,1,(t%100)/10+48);//WriteAscii(3,1,(t%10)+48);//display(t);//周期的倒數(shù)就是頻率風(fēng)速=2*π*r/t=2*3.14*4cm/t}if(k1==1){if(k2==1)//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[1]{if(n>0)WriteCharacter(0x40+10,table2[8+1-n]);elseWriteCharacter(0x40+10,table2[1-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[1]);}elseif(k4==1)//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[7]{//if(n>0)//WriteCharacter(0x40+10,table2[7-n]);//elseWriteCharacter(0x40+10,table2[7-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[7]);}else{if(n>0)//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[0]WriteCharacter(0x40+10,table2[8+0-n]);elseWriteCharacter(0x40+10,table2[0-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[0]);}}if(k2==1){if(k3==1)//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[3]{if(n>2)WriteCharacter(0x40+10,table2[8+3-n]);elseWriteCharacter(0x40+10,table2[3-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[3]);}elseif(k1==1)//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[1]{if(n>0)WriteCharacter(0x40+10,table2[8+1-n]);elseWriteCharacter(0x40+10,table2[1-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[1]);}else{if(n>2)WriteCharacter(0x40+10,table2[8+2-n]);elseWriteCharacter(0x40+10,table2[2-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[2]);}//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[2]}if(k3==1){if(k4==1)//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[5]{if(n>4)WriteCharacter(0x40+10,table2[8+5-n]);elseWriteCharacter(0x40+10,table2[5-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[5]);}elseif(k2==1)//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[3]{if(n>4)WriteCharacter(0x40+10,table2[8+3-n]);elseWriteCharacter(0x40+10,table2[3-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[3]);}else{if(n>4)WriteCharacter(0x40+10,table2[8+4-n]);elseWriteCharacter(0x40+10,table2[4-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[4]);}//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[4]}if(k4==1){if(k1==1)//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[7]{//if(n>0)//WriteCharacter(0x40+10,table2[7-n]);//elseWriteCharacter(0x40+10,table2[7-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[7]);}elseif(k3==1)//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[5]{if(n>4)WriteCharacter(0x40+10,table2[8+5-n]);elseWriteCharacter(0x40+10,table2[5-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[5]);}else{if(n>6)WriteCharacter(0x40+10,table2[8+6-n]);elseWriteCharacter(0x40+10,table2[6-n]);//WriteCharacter(0x40,table2[6]);}//根據(jù)設(shè)定的方向顯示，默認(rèn)為table2[6]}}break;case3:{state=0;}break;default:{state=0;}break;}if(set_key==0)//方向設(shè)置鍵{delay(10);//10msif(set_key==0){while(set_key==0){if(k2==1&(k3==0&k4==0&k1==0)){n=2;WriteCharacter(0x40+10,"OK");}//設(shè)定K2為北if(k3==1&(k4==0&k1==0&k2==0)){n=4;WriteCharacter(0x40+10,"OK");}//設(shè)定K3為北if(k4==1&(k1==0&k2==0&k3==0)){n=6;WriteCharacter(0x40+10,"OK");}//設(shè)定K4為北if(k1==1&(k2==0&k3==0&k4==0)){n=0;WriteCharacter(0x40+10,"OK");}//設(shè)定K1為北//led=0;}}}}}/*********************************************************************外部中斷0********************************************************************/voidINT0_int()interrupt0{timer0_stop();t=t_count;//保存計數(shù)t_count=0;timer0_begin();}/*********************************************************************定時器0中斷********************************************************************/voidtimer0()interrupt1{timer0_begin();//啟動定時器并初始化t_count++;//定時器計數(shù)累加}顯示模塊：/********************************************1602詳細(xì)的時序控制參照手冊*******************************************/#include"1602.h"http://unsignedchartable1[]={'n','a','e','b','s','c','w','d'};//unsignedchar*table2[]={"south","east","west","north"};//******************************************//*獲取LCD的狀態(tài)寄存器，并判斷是否busy//*狀態(tài)寄存器:BUSY0ON/OFFRESET0000//******************************************voidCheckState(){unsignedcharrlt;RS=0;RW=1;LCD_DATA=0xff;do{EN=1;rlt=LCD_DATA;EN=0;}while(rlt&0x80);}//******************************************//*寫LCD控制命令//******************************************voidWriteCmd(unsignedcharcmd){CheckState();RS=0;RW=0;LCD_DATA=cmd;EN=1;EN=0;}//******************************************//*寫LCD數(shù)據(jù)//******************************************voidWriteData(unsignedchardat){CheckState();RS=1;RW=0;LCD_DATA=dat;EN=1;EN=0;}//******************************************//*LCD初始化//******************************************voidInitLCD(){AK=1;WriteCmd(0x38);//設(shè)置8位格式，2行，5x7WriteCmd(0x0c);//整體顯示，關(guān)光標(biāo)，不閃爍WriteCmd(0x06);//設(shè)定輸入方式，增量不移位WriteCmd(0x01);//清除屏幕顯示}//*******************************************************************//*顯示ASCII8*16//*x:坐標(biāo)0~7//*y:坐標(biāo)0~127//*cd:ASCII顯示的碼值//*******************************************************************voidWriteAscii(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharcd){unsignedcharaddress;if(y==1)address=0x80+x;elseaddress=0xc0+x;WriteCmd(address);WriteData(cd);}//*******************************************************************//*顯示ASCII8*16//*x:坐標(biāo)0~7//*y:坐標(biāo)0~127//*cd:ASCII顯示的碼值//*******************************************************************voidW