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三维超声波测风系统的设计

作　者: 郭星辰
导　师: 陈钟荣
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 大气遥感科学与技术
关键词: 单片机超声波时差法三维测风
分类号: P414.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

风速是气象测量的一个重要要素,为了能够准确的测量垂直切变、湍流等风的瞬时特性,提出了利用超声波的三维阵列测量传统的风速、风向。超声波在空气中传播时,受到风速的影响,顺风和逆风情况下存在一个时间差,基于这个原理制成的时差法超声波风速测量仪表,具有精度高、可靠性强、集成度高等优势,并可以与雨量、湿度等测量仪表构成完整的移动气象站,与传统的机械式仪表、电磁式仪表相比,具有较强的优势,其关键因素是系统的测量精度。所以本文设计了一种基于STC89C54RD+单片机进行系统控制及数据处理的三维超声波测风系统。首先对系统电源电路、超声波传感器驱动电路、时间增益补偿电路、峰值检测电路、显示电路以及多机通信电路的硬件设计。然后对三个分机进行时序控制、风速风向计算、通信以及显示等相关软件设计,完成三个分机超声波发射时序控制、接收换能器的触发处理、时间测量以及主机从机通信的软件设计。通过多机通信的方式,主机控制各个分机状态转移,与从机进行数据传输,从而实现风速风向的校正、数据的显示、传输等系统功能。设计研究与实验表明：所做设计完成了对三维风速风向的测量,在一定程度上大大适应了气象领域的工作需要,降低了应用成本,在风速风向测量领域具有广泛的应用前景和较高的应用价值。

全文目录

摘要  6-7
abstract  7-9
第一章绪论  9-16
  1.1 引言  9
  1.2 研究历史及现状  9-11
  1.3 方案论证  11-14
    1.3.1 热线式测风传感器  11-12
    1.3.2 超声波式测风传感器  12
    1.3.3 硅压阻固态正交式测风传感器  12-13
    1.3.4 三类风速传感器的性能比较  13-14
  1.4 课题的主要研究内容  14-16
第二章三维超声波测风系统的理论基础  16-21
  2.1 超声波与超声波换能器  16-18
  2.2 时差法超声波测风基本原理  18-21
第三章三维超声波测风系统的硬件电路设计  21-44
  3.1 系统总体设计  21-22
  3.2 单片机以及STC89C54RD+介绍  22-27
    3.2.1 单片机简介  22
    3.2.2 单片机分类  22-23
    3.2.3 STC89C54RD+单片机  23-24
    3.2.4 STC89C54RD+单片机内部结构  24-25
    3.2.5 STC89C54RD+单片机引脚功能  25-27
  3.3 系统电源设计  27-29
  3.4 系统时钟设计  29-30
  3.5 超声波传感器驱动电路  30-32
    3.5.1 超声波发射电路  31
    3.5.2 超声波接收电路  31-32
  3.6 时间增益补偿电路  32-34
  3.7 峰值时间检测电路  34-36
  3.8 三维超声波通信系统设计  36-41
    3.8.1 串行通信基本概念  36-38
    3.8.2 串口工作方式3  38-39
    3.8.3 多机通信  39-41
  3.9 液晶显示接口  41-44
    3.9.1 引脚功能  41-42
    3.9.2 主要技术参数  42
    3.9.3 基本操作时序  42-44
第四章三维超声波测风系统的软件设计  44-51
  4.1 Keil uVision3集成开发环境介绍  44-45
  4.2 三维超声波测风系统软件流程图  45-47
  4.3 系统初始化  47
  4.4 三维超声波系统通信软件设计  47-48
  4.5 风速的软件设计  48-49
  4.6 风向的软件设计  49
  4.7 40KHz超声波发射程序  49
  4.8 分机发送数据子程序  49-51
第五章调试结果及误差分析  51-58
  5.1 调试结果  51-55
    5.1.1 室内测试结果  51-52
    5.1.2 户外测试结果  52-55
  5.2 误差分析  55-58
第六章结束语  58-60
  6.1 全文总结  58
  6.2 工作展望  58-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
硕士在读期间发表的论文清单  64-65
附录  65-66

三维超声波测风系统的设计

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