基于单片机的风速测量仪的设计说明
基于MSP430单片机的热线式风速测量系统的设计
基于MSP430单片机的热线式风速测量系统的设计秦香丽，祖静，裴东兴，靳鸿（中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室）中图分类号:TP212.6，文献标识码:B（本论文受仪器科学与动态测试教育部重点实验室横风气象传感器项目资助）摘 要：构建了基于MSP430单片机的风速测量系统，重点探讨了能产生PWM 的单片机在热线风速仪中的应用，采用PWM（脉宽调制）给热线供电，并利用PWM 的占空比变化来调整平衡热线温度。
系统采用恒温差方式实现对加热器的控制。
此测量系统利用MSP430单片机内部的12位ADC 完成了其中的模数转换部分，文中对系统的软、硬件设计作了详细的介绍。
通过利用此系统测量实际风速，所得的测试结果表明,设计满足实际风速的测量要求。
关键词：MSP430单片机；脉宽调制；热线；恒温差；The Design of Hot Wired Wind Velocity Measurement System Based on Msp430 McuQIN xiangli ，ZU-jing ，PEI dongxing ，JIN-hong（Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement(North Universityof China),Ministry of Education ）Abstract ：This paper constructs a Wind Velocity Measurement System based on Msp430 mcu, and mainly probes into the application of PWM to the hot wired wind velocity measurement system. This system uses PWM to supply power for hot wire and regulate the hot wire’s temperature according to the changement of the dutyfactor of PWM , and adopts the principle of the constant difference in temperature to complete the controllment to the heater. This Measurement System completes analog-to-digital conversion depanding on the internal 12-bits ADC of Msp430 mcu. The hardware and software of the system are presented in detail in the paper.We use it to measure the actal wind velocity and the aquired results indicate that the design satisfies the reqirement of the actual wind velocity measurement.Keywords ：MSP430 mcu ；Pulse-Wideth-Module ；hot wire ；constant difference in temperature;风速仪在日常生活中具有非常广泛的用途,一直是国内外设计的热点。
基于单片机的风扇转速测量设计报告
封面基于单片机的风扇转速测量系统设计报告摘要：在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。
模拟式采用测试发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。
数字式通常采用光电传感器为检测元件，得到的信号是脉冲信号。
随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能性价比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。
本文便是运用51单片机控制的转速测量仪。
风扇在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。
本系统就是对风扇转速进行测量，显示风扇的转动的圈数，从而计算出转速。
并介绍了光电传感器测速的原理，设计了基于51单片机的电扇测量系统。
完成了风扇转速测量系统的硬件电路设计、光电传感器测量电路的设计、显示电路的设计。
测量转速的光电传感器和风扇同轴连接，风扇每转动一周，产生一定量的脉冲个数，由光电传感器电路部分输出幅度为12v的脉冲。
经光电隔离器后成为输出幅度为5v的转数计数器的计数脉冲。
控制定时器计数时间，即可实现对电扇转速的测量。
在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示电机的转速值。
并对电机转速测量系统的硬件电路、显示电路进行调试。
仿真实验表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的，满足设计要求。
关键字：风扇转速测量；光电传感器；单片机；LCDAbstract:In engineering practice, often meet various needs of occasions measuring the rotation speed, speed measurement method for analog and digital two. Analog tachometer generator for the detection element, the signal is analog quantity. Digital usually adopts the photoelectric encoder, photo electricity and other components for detecting element, the signal is a pulse signal. With the wide application of computer, especially the high performance price compared to the appearance of single chip microcomputer, measuring speed is generally used to MCU as the core of digital measuring method.This paper is to use AT89C51 SCM intelligent rotational speed measuring instrument. The motor in the operation process, needs to carry on the control, speed is an essential one parameter. This system is the simulation of motor for fan speed measurement, display fan speed. And introduced the photo electricity sensor measuring principle, design based on single chip computer AT89C51fan speed measurement system. Completion of the fan speed measurement system hardware circuit design, the photo electricity sensor measuring circuit design, circuit design. Measurement of rotational speed sensor and coaxingly connected photo electricity fan, fan one week per revolution, resulting in a certain amount of pulse number, by photo electricity device circuit portion of the output amplitude of 12V pulse. The photoelectric insulator after becoming an output amplitude of5V revolution counter for counting pulses. Control timer counting time, can realize the fan rotation speed measurement. In the design of display circuit, by1602the realization of the LCD to visually display the motor speed value. And the motor speed measurement system hardware circuit, the display circuit debugging. Simulation experiments show that the designed hardware circuit and software program are correct, and meet the design requirements.Key words: fan speed measurement; photo electricity sensor; SCM;LCD目录摘要 (1)Abstract (2)一、概述 (4)1.1 转速测量系统的发展背景.......................... (4)1.2 本设计课题的目的和意义 (4)二、系统方案提出与论证 (5)三、系统工作原理及方案 (7)3.1 系统框图 (7)3.2.光电传感器的原理 (7)3.3 转速测量系统原理 (8)四、系统设计 (11)五、硬件设计 (12)5.1信号采集及其处理单元 (12)5.1.1检测装置安装 (12)5.1.2 信号处理电路 (12)5.1.3光电开关有以下几种类型 (13)5.2主控单元...............................................,,,15 5.2.1时钟电路 .. (15)5.2.2复位电路 (16)5.2.3 1AT89C52基本性能 (17)5.2.4定时与计数设计 (19)5.3 显示单元 (23)5.3.1LCD原理 (23)六、软件设计.....................................................,266.1语音的选用...............................................,266.2程序设计流程图...........................................,26七、电路仿真和调试..............................................,29八、参考文献....................................................,30九、附录 ..............................,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,31一、概述1.1转速测量系统的发展背景目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。
MSP430单片机风速风向检测
二、研究内容
本次研究的是设计利用MSP430单片机结合风速风向传感 器组成一个小型的检测系统，要求此检测风速风向系统电 路简单，精度高，容易读取记录，体积小，成本低，容易 实现。
三、方案设计
方案的选择包括核心控制处理芯片的选择方案、风速风向 检测方案以及显示器选择方案。
风速风向检测系统
芯片选择模块
检测模块
显示模块
LCD12864
QS—FX QS—FS
MSP430
风
风
单
速
向
片
传
传
机
感
感
器
器
四、系统硬件电路分析设计
风速风向的硬件系统包括单片机最小系统，风速采集电路， 风向采集电路、复位电路以及输出显示电路，硬件系统的 结构图如图
4.1单片机部分
本次设计选用美国德州仪器公司（TI）开发的16位RISC 指令MSP430单片机，它的突出优点是可以实现超低功耗 和功能集成，非常适合在自动信号采集、液晶显示智能化 仪器、电池供电便携式装备等领域应用。
4.1.1 MSP430系统电路图
LCD12864
MSP430芯片
按键复位
放大电路
4.2 显示模块
本次设计需要清晰易懂显示风速风向信息，经比较分析选 用LCD12864。
12864表示其横向可以显示128个点，纵向可以显示64个 点，可显示汉字及图形，使风速风向信息用汉字表示出来， 方便读取记录。
基于MSP430单片机风速风向检测
一、研究背景
风速风向是科学测试中经常需要采集的一个参数，对农业 生产、天气预测、新能源开发有着积极的影响。
早期的测量系统无论是结构上还是测量方法上都比较简单， 而且可靠性不高，实现的功能单一。
基于51单片机的风速测量仪设计
基于51单片机的风速测量仪设计风速是指空气运动的速度。
风速测量仪是用于测量风速的仪器，广泛应用于气象观测、环境监测、航空航天等领域。
本文将基于51单片机设计一款简单的风速测量仪。
1.硬件设计：本设计中，使用51单片机作为主控制芯片，传感器采用热丝风速传感器。
风速传感器的原理是通过电热丝的冷却效果来测量风速，当风速增加时，电热丝的冷却效果也相应增加，通过测量电热丝的电阻变化来计算风速。
2.软件设计：为了实现风速测量仪的功能，需要编写相应的程序代码。
首先需要对51单片机的GPIO进行初始化，设置风速传感器的控制引脚为输入引脚，设置LED灯的控制引脚为输出引脚。
接下来，通过定时器中断的方式进行测量。
通过设置定时周期和计数器，可以定时进行风速测量。
在每次定时器中断时，通过读取风速传感器的电阻值来计算实际风速。
具体的计算公式可以根据风速传感器的特性进行确定。
为了方便测量结果的显示，可以使用数码管或LCD显示屏来显示测量结果。
通过数码管或LCD显示屏的控制引脚，可以将测量结果进行输出。
3.系统测试：在完成硬件和软件的设计后，需要进行系统测试验证。
可以通过实验室条件模拟不同的风速，并通过对比测量仪的测量结果与实际风速进行验证。
在测试过程中，可以调整定时器中断周期和计数器的取值，以获得更加准确的测量结果。
同时，还可以进行边界测试，即在测量传感器的最小和最大风速范围内进行测试，以保证测量仪在不同条件下的准确性和稳定性。
4.总结和改进：通过以上的设计和测试，可以得出目前风速测量仪的性能和功能。
总结设计的优点和存在的不足之处，可以给予后续改进的方向。
例如，可以进一步优化传感器的灵敏度和准确性，提高测量结果的精度；还可以加入温度和湿度传感器，以提供更加全面的环境信息。
最后，可以进行用户调研，收集用户的反馈和意见，以进一步改进设计，满足用户的需求。
风速仪使用说明
一，概述本仪器为便携设计的三杯式风向风速仪，仪器测量部分采用了单片机技术，可以同时测量瞬时风速、瞬时风级平均风速、平均风级和对应浪高等参数。
它带有数据锁存功能，便于读数。
风向部分采用了自动指北装置，测量时无需人工对北，简化测量操作。
本仪器为精密仪器，配备高级铝合金手提仪器箱，为仪器提供良好保护，同时便于携带。
本仪器体积小，重量轻，功能全，耗电省，字符大，显示直观，可广泛用于农林、环保、海洋、科学考察等领域测量大气的风参数。
二，工作原理简介1，风向部分：风向部分由保护风向度盘的回弹顶杆所支撑。
整体结构由风向标，风向轴及风向度盘等组成，装在风向盘上的磁棒与风向度盘组成磁罗盘来确定风向方位。
当下锁定旋钮并向右旋转定位时，回弹顶杆将风向度盘放下，使锥形宝石轴承与轴尖相接触，此时风向度盘将自动定北。
风向示值由风向指针在风向度盘上的稳定位置来确定。
当左旋转锁定旋钮并使用其向上回弹复位时，回弹顶杆将风向度盘顶起并定位在仪器上部，并使锥形宝石轴承与轴尖相分离，以保护风向度盘及轴承与轴尖不受损坏（注：当仪器使用完毕后必须及时回复些状态）2、风速部分：风速传感器采用传统的三杯旋转架结构，它将风速变换成旋转架的转速。
为了减小启动风速，采用特殊材料的轻质风杯和宝石轴承支撑。
通过固定在旋转架上的装置经传感器检测后将信号传送到主机内进行测算。
仪器内的单片机对风速传感器的输出频率进行采样、计算，最后仪器输出瞬时风速、一分钟平均风速、瞬时风级、一分钟平均风级、平均风速及对应的浪高。
测得的参数在液晶显示器上用数字直接显示出来。
为了减少仪器的功耗，仪器中的传感器和单片机都采取了一系列降低功耗的专门措施。
为了保证数据的可靠，当电源电压太低时，显示器下部电池标记显示缺电，提示用户电源电压太低数据不可靠，需要及时更换电池。
1、风向测量部分1）在观测前应先检查风向部分是否垂直牢固地连接在风速仪风杯的护架上并反向旋转托盘螺母使支撑桌方向度盘的托盘下降，使轴尖与雏形轴承接触。
基于单片机的风速风压测量系统
基于单片机的风速风压测量系统摘要本文在了解压力传感器工作原理以及单片机相关知识的前提下，介绍了一种新型的的风速风压测量系统。
该系统采用单片机技术, 由压力传感器采集数据，对传感器模拟信号提取放大，并进行模数转换，单片机负责控制系统各部分器件的工作并对数字信号进行处理。
然后将压力信息显示在LED接收面板上，同时将信息经串口发送给上位机软件，并由上位机显示出来。
该系统以AT89S52作为微处理器，具有强大的数据计算处理能力及控制能力，此外由于其内部集成了多种硬件电路接口，有效地降低了成本，减小了装置体积。
在压力传感器部分，选用霍尼韦尔公司的传感器，型号为24PCEFH2G[13]。
此外，上位机通信显示部分采用LabVIEW虚拟仪器软件，采用可视化的图形编程语言，以在计算机屏幕上建立图形化的面板来替代常规的传统仪器面板。
系统硬件设计是本课题的重点研究内容，系统分为四个模块，分别为电源模块、数据采集模块、信号处理模块、以及与上位机通信模块。
硬件系统主要完成压力数据的采集、处理、显示、及原理图、PCB版图设计。
软件部分也是本论文的主要工作所在，软件主要完成单片机工作、模数转换器件、以及上位机软件的控制。
同时微控制器软件设计采用了模块化设计方法，增强了软件系统的可移植性、可读性和稳定性。
经过实际的测量，本系统可对外界风速风压进行较为准确的测量。
本装置具有高灵敏度、小型、简单、低耗等优点。
其测量精度、稳定性和可靠性都高于传统的测量仪器。
关键词：单片机，风压,风速，数据采集，数据处理，压力传感器，LED 显示，上位机THE SYSTEM OF WIND PRESSURE ANDSPEED BASED ON THE SINGLE-CHIPCOMPUTERABSTRACTIn this article, with the knowledge about the work principle of the pressure sensor and knowledge about the single - chip computer technology, we introduce a new system of wind pressure and speed measurement, based on single-chip computer. The system uses microcomputer technology, the data collected by the pressure sensor, the sensor analog signal extraction amplification and for analog-digital conversion, microcomputer control system for the work of the various parts of the device and digital signal for processing. Then the pressure of information displayed in the LED panel on the receiver, while the information sent to the host computer via serial port software, shown by the host computer. As microprocessors of the system, AT89S52 has powerful data processing power and control ability, in addition to its internal integration of a variety of hardware interfaces, effectively reduces the cost and reduce the device volume. Some of the pressure sensor, use Honeywell’s sensor model 24PCEFH2G. In addition, the host computer communication showed that some use LabVIEW virtual instrument software using a visual graphical programming language to build a computer screen graphical panel to replace the traditional conventional instrument panel.System hardware design is the focus of research content in this issue, the system is divided into four modules, namely, power supply modules, data acquisition module, signal processing module, as well as with the host computer communication module. Hardware system accomplished the pressure data acquisition, processing, display, and schematics, PCB layout. Software part is where the main work of this thesis, the software was completed for SCM work, ADC parts, and PC software control. Micro-controller software design also uses a modular design methods, software portability, readability and stability.After the actual measurement, the system can be more accurate external wind pressure measurements. This device has high sensitivity, small, simple, low cost and so on. The measurement is more accuracy, stability and reliability than traditional measuring instruments.Keywords: microcontroller, air pressure, wind speed, data acquisition, data processing, pressure sensor, LED display, PC第一章引言1-1 课题背景及研究意义风在日常生活中得到越来越广泛的应用，但是人们目前还无法对其进行极为有效的控制，但是风速的变化和分布也是有一定的规律可循的。
第22章 风速风向测量仪设计
22.4 实验结果
图22-5 风速风向测量仪实物图 图22-6 风速风向测量仪测量结果
6
第22章 风速风向测量仪设计
22.1 项目任务 22.2 硬件设计 22.3 程序设计 22.4 仿真与实验结果
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风速风向测量仪可以方便、迅速地测定外界环境的风速与风向， 可用于建筑机械、铁路、港口、码头、电厂、气象、索道、环 境、温室、养殖等领域，为人们的生产和生活带来便利。
2
22.1 项目任务
以80C51单片机为控制核心，设计并制作风速风向测量仪，实 现下列功能： (1) 对当前的风速、风向与温度进行实时测量，并在液晶显示器 上实时更新显示； (2) 当风速超过预设值时，能够提供警报。
3
22.2 硬件设计
图22-2 风速风向测量仪电路原理图
4
22.3 程序设计程序清单见课程设计指导书或配 Nhomakorabea的仿真程序
基于单片机控制的光电式风速风向测量系统的设计
南通纺织职业技术学院毕业论文基于单片机控制的光电式风速风向测量系统的设计燕丽娜班级 07智能电子专业电子信息工程院系机电工程系指导老师张新亮完成时间2010 年 3 月 1 日至2010 年 5 月30 日引言人类社会发展的历史与能源的开发和利用水平密切相关，每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。
在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。
随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。
风是农业生产的环境因子之一。
风速适度对改善农田环境起着重要作用。
风对农业也会产生消极作用。
它能传播病原体，蔓延植物病害。
高空风是粘虫、稻飞虱、稻纵卷叶螟、飞蝗等害虫长距离迁飞的气象条件。
大风使叶片机械擦伤、作物倒伏、树木断折、落花落果而影响产量。
大风还造成土壤风蚀、沙丘移动，而毁坏农田。
在干旱地区盲目垦荒，风将导致土地沙漠化。
牧区的大风和暴风雪可吹散畜群，加重冻害。
地方性风的某些特殊性质，也常造成风害。
由海上吹来含盐分较多的海潮风，高温低温的焚风和干热风，都严重影响果树的开花、座果和谷类作物的灌浆。
防御风害，多采用培育矮化、抗倒伏、耐摩擦的抗风品种。
营造防风林，设置风障等更是有效的防风方法。
所以测量风速对人类更好地研究及利用风能和改善生活生产有积极的影响。
我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。
在这些地区，风力发电是很有前途的。
尤其是目前能源紧张，风力发电成为新潮发电方式的情况下，对风速风向的测量和控制尤为重要。
于是，在这种背景下，本文介绍了在单片机的控制下，利用光电编码器，采用适当的测量方法对风速风向进行测量，对于风速在0－9999rpm的范围内，在单片机的控制下，采用合适的测量方法对电机转速进行测量，同时要求风速的测量达到一定的精度，误差不超过5%并且对风速进行显示。
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基于单片机的风速测量仪的设计综述风，特别是井下安全生产中具有重要参考意义，作为气象环境中最活跃的因素，对战争的胜败，武器性能的发挥有着举足轻重的影响风能的利用，也要求人们对风速资源进行长时间的准确监测。
当前，风速测量的仪器主要有热线式、热膜式、以及风杯式三种。
这几种原理的风速仪测量精度低、范围小、测量周期长、持续工作时间短，且测量结果易受外部环境因素的影响。
因此不能满足高效、快速、准确的现代化军事和长时间工作、智能化数据处理的风场监测的需求。
本设计采用压电式超声波换能器，使用AT89S52单片机作为控制器，完成了超声波风速测量仪的软硬件设计。
采用汇编语言编程的方法，实现了测量结果的计算和显示。
设计完成后能做到，LED数码显示清晰稳定，测量结果稳定可靠，测距仪最大误差不超过0.05m/s。
系统硬件电路的设计硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、键盘，温度补偿电路，超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。
单片机采用89S52或其兼容系列。
采用11.0592MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。
系统采用555定时器产生145kHz的方波信号，利用计数T1口监测超声波接收电路整形滤波后输出的返回信号。
显示电路采用简单实用的4位共阴极LED数码管，段码用电阻器驱动，位码用PNP三极管8550驱动。
超声波发射电路发射电路主要由555定时器，74LS123构成的单稳态触发电路、放大环节，和超声波发射换能器T构成，LM555多谐振荡器端口3输出的145kHz的方波信号一路经触发电路，放大电路后送到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度。
输出端采用加入耦合电容C4，用以提高发射驱动能力。
上位电阻R6一方面可以提高三极管的放大输出能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。
压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。
超声波换能器内部结构在下文中有介绍，它有两个压电晶片和一个换能板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器了。
超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志T和R。
超声波检测接收电路压电式超声波换能器S将收到的超声信号转换成电信号，并经R7、R8、R9、C5、C6和1/4 LM324组成的选频放大电路放大后，送检波电路Dl、C7、R10进行包络检波，检出涡街信号。
涡街信号在电压比较器和RC滤波电路构成的整形滤波环节中与输入的基准电压1/2Vcc作比较，被整形为与风速成正比的矩形波，信号周期随检波信号变化而变化。
超声波风速测量仪的软件设计主要由主程序，超声波接收程序及显示，键盘子程序，温度补偿子程序组成。
我们知道汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而超声波风速测量仪的程序要求精细计算（单位时间内的整形完成的超声波矩形方波个数时），所以控制程序采用汇编语言混合编程。
超声波测距仪的算法设计超声波风速传感器是利用穿过空气的超声波被旋涡调制，从已调波中检出旋涡频率来测定风速的。
F、S为一对谐振频率相同的超声波换能器，F为发射换能器，发射145 kHz等幅超声波；S为接收换能器，接收被旋涡调制了的声波。
当无旋涡时，接收换能器S接收到等幅波信号；有旋涡时，由于旋涡内部的压力梯度和旋涡的旋转运动，导致了超声波的折射、反射和吸收效应，使接收到的信号幅度减小。
旋涡通过声束后，接收到的信号又恢复常态。
因此，超声波幅度变化频率与旋涡的频率一致，从接收换能器上检测出超声波束幅度变化次数即可测得风速值。
基本计算公式为：vf Stdf——旋涡频率，Hz ；v——气流速度，m／s ；d——旋涡发生体直径，mm；St——斯特拉哈尔系数(雷诺数在200～50 000范围内，St为常数)。
超声波旋涡式风速传感器与其它形式的风速传感器相比具有如下优点：(1)无可动部件，无机械磨损，性能稳定，使用寿命长；(2)输出本身就是与风速成线性关系的脉冲频率信号，没有零点漂移，且敏感元件灵敏度变化不会直接影响输出，测量精度高；(3)输出信号不受流体特性(温度、湿度、压力、成份、密度、粘度、矿尘等)影响。
此类传感器在煤矿安全监控系统中有着广泛的应用前景。
关键词：风速测量；卡曼涡街；单片机AT89C52；温度补偿The Design of Ultrasonic Wind Meter Based on SCM Summary:Wind, especially mine safety has important reference value, as the meteorological environment, the most active factor, the victory of the war, weapons performance to play a decisive effect on the use of wind energy, wind resources also requires that there be lengthyaccurate monitoring.At present, the wind speed measurement apparatus main hot wire, hot-film, and the wind cup of three.This principle of wind speed measured several low precision, range of small, measuring cycle is long, continuous working hours, and the measurement results vulnerable to external environmental factors.Can not meet the efficient, rapid and accurate modern military and long working hours, intelligent data processing, the demand for wind monitoring.This design uses piezoelectric ultrasonic transducer, using AT89S52 MCU as controller to complete the ultrasonic velocity meter hardware and software design.Assembly language programming method used to achieve the measurement results of the calculation and display.Design can be completed, LED digital display clear and stable, reliable measurements, range finder error is less than 0.05m / s.System hardware designThe hardware design includes single chip systems and display circuit, keyboard, temperature compensation circuit, ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver circuit of three parts.Microcontroller 89S52 or compatiblewith Series.11.0592MHz crystal with high precision in order to obtain a stable clock frequency, reducing measurement error.System uses the 555 timer 145kHz square wave signal generated using the count of T1 port monitoring ultrasonic receiver circuit to return plastic filtered output signal.Display circuit using a simple and practical four common cathode LED digital tubes, with 74HC244 driver code segment, bit code with the PNP transistor 8550 drives.Ultrasonic transmitterTransmitter mainly by the 555 timer, 74LS123 monostable trigger circuit formed, enlarged links, and ultrasonic emission transducer T form, LM555 Multivibrator Port 3 output 145kHz square wave signal all the way through trigger circuit, amplifier circuitultrasonic transducer is sent to both ends, can increase the emission intensity ultrasound.By adding the output coupling capacitor C4, launching drives to increase capacity.Upper resistor R6 on the one hand can increase the output capacity of the amplification transistor, on the other hand can increase the ultrasonic transducer damping effect, shorten the time of its free oscillations.Piezoelectric ultrasonic transducers is the use of piezoelectric crystal resonance to the work.The internal structure of ultrasonic transducers are introduced below, it has two chips, and a piezoelectric transducer plate.When it's poles plus pulse signal, the frequency is equal to the natural oscillation frequency of the piezoelectric chip, the piezoelectric resonance occurs, andpromote the vibration of ultrasonic resonance board, then it is an ultrasonic generator; the other hand, if the two electrodesno applied voltage, when the board receives the ultrasonic resonance, it will be pressure for piezoelectric vibration, the mechanical energy is converted to electrical signals, then it becomes an ultrasonic receiver transducer.Ultrasonic emission transducer and receiver transducer is slightly different in structure, use the device on the signs should be to distinguish between T and R.Ultrasonic detection receiving circuitPiezoelectric ultrasonic transducer S will receive the ultrasonic signals into electrical signals, and by R7, R8, R9, C5, C6, and 1 / 4 LM324 amplifier circuit composed of frequency selective amplification, the submission wave circuits Dl, C7, R10 Enveloping, vortex signal detection.Vortex signal in the hysteresis voltage comparator and RC rate than plastic filter circuit composed of the input links of the reference voltage 1/2Vcc comparison with the wind speed is proportional to the plastic rectangular wave signal period varies with the detection signal.Ultrasonic wind speed measuring instrument software design mainly by the main program, ultrasonic receiving procedures and display, keyboard subroutine, temperature compensation subprogram.We know the assembly language program is a high efficient and easy to run precise calculation of the time, and ultrasonic velocity measurement instrument procedures require precise calculations (per unit time to complete the ultrasonic plastic rectanglewhen the number of square wave), the control programMixed programming using assembly language.Ultrasonic Range Finder AlgorithmUltrasonic wind sensor is the use of ultrasound through the air by the vortex modulation, has been transferred from the vortex frequency waves were detected to determine wind speed.F, S is a pair of the same resonant frequency ultrasonic transducer, F for the launching transducer, emission 145 kHz ultrasonic amplitude; S transducer for the receiver to receive sound waves modulated by the vortex.When no vortex, the receiving transducer receives the amplitude S wave signal;a vortex, because of the pressure gradient within the vortex and the vortex rotation, leading to ultrasonic refraction, reflection and absorption effects, so that the received signal amplitudereduced.Vortex through the beam, the received signal is back to normal.Therefore, the ultrasonic frequency and amplitude changes in the frequency of vortex line, from the receiving transducer to detect changes in frequency ultrasonic beam amplitude can be measured wind speed values.Basic formula is:f = St * v / df - vortex frequency, Hz;v - flow velocity, m / s;d - bluff body diameter, mm;St - coefficient (Reynolds number in the range of 200 to 50 000, St is a constant).Ultrasonic vortex wind speed sensor and compared to other forms of wind speed sensor has the following advantages:(1) no moving parts, no mechanical wear, stable performance, long life;(2) The output itself is a linear relationship between wind velocity and pulse frequency signals, no zero drift, and the sensor sensitivity change would not directly affect output, high accuracy;(3) The output signal from fluid properties (temperature, humidity, pressure, composition, density, viscosity, mineral dust, etc.) affected.Such sensors in coal mine safety monitoring system has wide application prospects.Key words: wind speed measurement; Karman vortex street; SCM AT89C52; temperature compensation目录综述.................................................................................................................. . (I)Summary....................................................................................................... (IV)第一章绪论.................................................................................................................. .. (1)1.1课题的背景和意义及任务 (1)1.1.1 课题的背景意义 (1)1.1.2 课题的任务 (1)1.2 国内外超声波风速仪的现状 (1)1.2.1 国外风速仪的现状 (1)1.2.2 国内测距仪的现状 (2)1.3 超声波风速仪的研究内容 (3)第二章超声波风速仪测量原理及其总体设计 (4)2.1 超声波风速仪原理 (4)2.1.1 风速测量原理 (4)2.1.2 超声波风速测量的理论分析 (5)2.2 超声波传感器工作原理 (6)2.2.1 超声波传感器基本结构及工作原理 (6)2.2.2 超声波传感器的基本特性 (7)2.3 超声波测距的总体设计 (9)2.3.1总体设计思想 (9)2.3.2工作过程 (10)第三章系统结构及其硬件设计 (11)3.1 单片机系统及复位电路设计 (11)3.1.1 单片机AT89S52的结构 (11)3.1.2 单片机系统及复位电路设计 (16)3.2 报警电路..................................................................................................................173.3 显示电路设计 (18)3.4 超声波发射电路设计 (18)3.4.1 LM555定时器 (19)3.4.2 74LS123单稳态触发电路 (20)3.4.3 三极管放大电路 (22)3.4.4 超声波发射换能器 (22)3.5 超声波检测接收电路设计 (23)3.5.1 多反馈型滤波器 (24)3.5.2 包络检波，OPA积分器，RC高通滤波 (25)3.5.3 电压比较器的施密特接法 (28)3.6 键盘.................................................................................................................. .. (30)第四章软件设计.................................................................................................................. (32)4.1 主程序.................................................................................................................. . (32)4.2 超声波接收子程序 (34)4.3 显示子程序 (36)4.4 键盘子程序 (37)4.5 计算子程序 (39)第五章抗干扰处理 (4)15.1 硬件抗干扰处理 (41)5.2 软件抗干扰处理 (43)总结.................................................................................................................. . (44)参考文献.................................................................................................................. .. (45)致谢.................................................................................................................. . (46)附录A................................................................................................................... .. (47)附录B................................................................................................................... .. (52)第一章绪论1.1课题的背景和意义及任务1.1.1 课题的背景意义计量是工业生产的眼睛。