傳感器課程設(shè)計臺風監(jiān)測

傳感器課程設(shè)計報告臺風監(jiān)測目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言 3\o"CurrentDocument"1設(shè)計思路 42傳感器選擇： 4\o"CurrentDocument"3模具制作： 8\o"CurrentDocument"3.1材料 8\o"CurrentDocument"設(shè)計模板 8\o"CurrentDocument"4程序設(shè)計： 104.1設(shè)計思路 10主程序（STC89C52） 11\o"CurrentDocument"程序框圖： 11\o"CurrentDocument"主程序原代碼 11\o"CurrentDocument"4.3中斷程序 13\o"CurrentDocument"中斷程序流程圖 13\o"CurrentDocument"中斷程序源代碼 134.4LCD1602程序 14\o"CurrentDocument"LCD1602硬件原理 14\o"CurrentDocument"顯示流程圖 17\o"CurrentDocument"4.4.3顯示驅(qū)動程序 17\o"CurrentDocument"設(shè)計硬件 24\o"CurrentDocument"時鐘電路 24\o"CurrentDocument"復位電路 24LCD1602電路 25整體硬件原理圖： 26PCB原理圖 26\o"CurrentDocument"總結(jié) 27基于AT89C52的臺風風速測量——模具制作與軟件程序設(shè)計前言近年來，在全球氣候變暖背景下，全球高影響臺風事件頻發(fā)，災害影響Et趨嚴重。在我國，以登陸臺風為代表的極端天氣事件呈明顯增多的趨勢，登陸臺風的平均強度明顯增強、強臺風數(shù)量明顯增多，臺風登陸時間更加集中、登陸季節(jié)明顯縮短。隨著近年來高大建筑物的增多，對于臺風等自然災害對其影響的問題逐漸顯現(xiàn)，抗風減災成為一個熱門的研究課題，從而需要專門針對高大建筑物的監(jiān)測系統(tǒng)來實現(xiàn)安全監(jiān)測任務。風是大自然普遍存在的，而風這一定義的出現(xiàn)以及開始進行測量則是有很久的歷史，在奴隸社會初期，我國的人們就開始進行簡單的測量以及判斷，只是那個時候的測量方法是通過旗幟來判斷的，一旗幟飄揚的方向以及平率來進行判斷風向風速，這種方法只能進行簡單的判斷，而在東漢的進一步發(fā)展將風向風速的測量有一定的發(fā)展，但是在進行測量的時候依舊是只能進行判斷，而無法得出準確的值,但是現(xiàn)在使用傳感器來進行測量就能夠了解到某一時刻的準確的風向風速，同時還能進行計算某一段的風向風速的平均值。目前，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，工廠的自動流水生產(chǎn)線，全自動加工設(shè)備，都大量地采用了各種各樣的傳感器，它們在合理化地進行生產(chǎn)，減輕人們的勞動強度，避免有害的作業(yè)發(fā)揮了巨大的作用。在軍事國防領(lǐng)域，各種偵測設(shè)備，紅外夜視探測，雷達跟蹤、武器的精確制導，沒有傳感器是難以實現(xiàn)的。在航空航天領(lǐng)域，空中管制、導航、飛機的飛行管理和自動駕駛，儀表著陸盲降系統(tǒng)，都需要傳感器。人造衛(wèi)星的遙感遙測都與傳感器緊密相關(guān)。沒有傳感器，要實現(xiàn)這樣的功能那是不可能的。國內(nèi)外使用的傳感器及其部件大多以機械的為主，此類傳感器一般是體積大，測量精度不高，響應時間長，靈敏度低，價格昂貴。而且，它們的電路復雜，占用面積大。為了使傳感器的測量精度，穩(wěn)定性和可靠性都較高，同時避免繁瑣的機械傳動，傳感器的研究方向已經(jīng)向著小型化，低功耗，集成化，智能化方向發(fā)展。1設(shè)計思路本文針對風杯的轉(zhuǎn)速進行測量，以單片機為核心對光電開關(guān)產(chǎn)生的數(shù)字信號進行運算，從而測得的轉(zhuǎn)速，然后用1602LCD液晶顯示屏把轉(zhuǎn)動頻率顯示出來。即通過光電開關(guān)將轉(zhuǎn)動的頻率轉(zhuǎn)換成0，1的數(shù)字量，只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入單片機中進行計數(shù)和計算，就可獲得轉(zhuǎn)速的信息，從而計算風速的大小。風杯式風速計：它是最常見的一種風速計。轉(zhuǎn)杯式風速計最早由英國J.T.R?魯賓孫發(fā)明（1846），當時是四杯,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，整個架子連同風杯裝在一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸上。在風力的作用下風杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風速。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。當風杯轉(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，處于導通或截止狀態(tài)，形成與風杯轉(zhuǎn)速成正比的頻率信號，通過計數(shù)器計數(shù)，換算后得到實際風速值。結(jié)構(gòu)框圖：信息米集2傳感器選擇：這種光電傳感器工作原理是將砷化鎵紅外發(fā)光管和硅光敏三極管裝在中間帶槽的支架上，當槽內(nèi)無物體是，砷化鎵發(fā)光管發(fā)出的光直接照在硅光敏三極管的窗口上，從而產(chǎn)生大的電流輸出，當有物體經(jīng)過槽內(nèi)則擋住光線，光敏管無輸出，這樣可以識別物體的有無。本設(shè)計用的槽式光電開關(guān)傳感器紅線是接電源，與藍線之間接一個上拉電阻來驅(qū)動三極管集電極，集電極輸出級黃線，二極管正相接電源導通，二極管負相和三極管發(fā)射極接地就是黑線。傳感器內(nèi)部電路示意圖輸出波形外部尺寸inputOutputnputOutput10%90%輸出波形外部尺寸inputOutputnputOutput10%90%①Anode0CathodeCollectorEmitter

項目符號數(shù)值單位輸入耗散功率|575mW反向電壓VR5V正向電流IF ' '50mA輸出集電極功耗Po50mW集電極電流120mA集-射電壓VCEO30V射-集電壓VECO5￥|射-集電壓VECO5- V工作溫度lopr-20^+65X?—儲存溫度Tstg-20^+75p焊接溫度(*>Tso1240prh133.0U!極限參數(shù)(Ta=25*C)rh133.0U!極限參數(shù)(Ta=25*C)五：光電特性 (Ta=25V)項 目符號測試谿件垠小典型最大—旺輸入正向壓降VFIT=1OmA—1.21.6V反向電流IRVR=5V——10kaAP1=10mA—940-nm輸出集電扱暗電硫ICEOE=OmW/cmJVCE=20V——1JiA集電扱光電流ILVGE=5VIF^IOmA0.6mA悔RI壓降VCE(sat)IF^IOmAIC=O.1mA——0.4V上升時間TrVCE=5Vlc=2mARL=100Q-5us下降時間If—5PB

3模具制作:3.1材料硬紙板（風杯的主干與風杯主材料）、電機（轉(zhuǎn)軸）、木條（固定風杯與傳感器）3.2設(shè)計模板風杯測風速是一種較常見的測風速方式，輸入部分一般由3~4個半球形或拋物錐形的空心杯殼組成，杯殼固定在互成120度角的三叉星形支架上或互成90度角的十字星之家的登場旋臂上。杯的凹面順著同一方向排列，整個橫架則固定在能旋轉(zhuǎn)的垂直軸上。由于凹面和凸面所受的風的壓力不相等，風杯在受到扭力作用時開始旋轉(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)速與風速呈一定關(guān)系。當風杯轉(zhuǎn)動時，通過轉(zhuǎn)盤下面的光電傳感器測出轉(zhuǎn)速，從而能測出風速。本次課程設(shè)計前期我們買了一個FY-FS風速傳感器，就是一個三杯式傳感器，內(nèi)置有光電傳感器，但預驗收時被要求改，所以我們用硬卡紙和電機轉(zhuǎn)軸做了了一個風杯的模型。風杯參數(shù)：風杯的半徑3.5cm,風杯到轉(zhuǎn)軸的距離為7cm，底部刻度盤的半徑為3.5cm,有16個齒。上圖為主干與風杯的設(shè)計，風桿加入木條固定。

4程序設(shè)計:4?1設(shè)計思路因選用槽型透射式光電開關(guān)式傳感器進行數(shù)據(jù)的采集，所以采集到的信號為數(shù)字量，從而可直接利用單片機的定時器與計數(shù)器對數(shù)據(jù)進行收集之后再處理，再通過顯示模塊進行結(jié)果顯示。這里設(shè)置T1為定時器，TO為計數(shù)器。定時器1選用工作方式2,計數(shù)器采用工作方式1。Ml踰工作方式00匚作方武。器D1 '工作方式116m器1C '工作方武2自動科裝入E便計鶴器11工作方武3建時器點分成兩個&位計數(shù)器能佛1；停止計數(shù)從表中可以看出，工作方式2為自動再裝入8位計數(shù)器，定時時間為T=（256-初值）*機器周期。本設(shè)計采用12M的無源晶振，所以機器周期為1us,設(shè)初值為56,則定時器定時時間為0.2ms。工作方式1為16位計數(shù)器最高可計到65536。所以在程序設(shè)計時為防止風速過快導致溢出則應該先在0.1s時對于計數(shù)的數(shù)據(jù)做一個判斷，這里設(shè)置分界點為6000。若小于6000則可累積到1s保持精確度，若大于6000則為防止溢出直接對此數(shù)據(jù)進行處理及顯示，不過需要轉(zhuǎn)換數(shù)量級。利用單片機的定時中斷在中斷程序中要完成對時間的累積、數(shù)據(jù)的判斷、處理及顯示。

4?2主程序(STC89C52)4.1.1程序框圖：4.2.2主程序原代碼#include<lcd1602.h>/ Zf*XT>XT>Xf>定時器為T1方式2,計數(shù)器為TO,P3'4;輸入方波Zp?XjXXf*///為什么精度變?yōu)?0HZ//因為一開始把5000寫成了500,時間變?yōu)?.1s，以致個位丟失#defineuint8unsignedchar#defineuint16unsignedintuint16count,add,last;voidtimer_init(){TMOD=0X25; //定時器1,計數(shù)器0TH0=0;TL0=0;TH1=56;//設(shè)定為0.2msTL1=56;ET1=1;EA=1;TR0=1;TR1=1;}uint16read_sum(){uint8num1,num2,num3uint16val;do{num1=TH0;num2=TL0;num3=TH0;}//防止進位時讀漏while(num1!=num3);val=num1*256+num2;returnval;//防止進位時讀漏}voidmain(){inint_lcd1602();show_char();timer_init();while(1){count=read_sum();}}

4.3中斷程序4.3.1中斷程序流程圖TF1=1NAdd>=500YNCount<=6000YNAdd>=5000YTHO=O;TLO=O;add=OTHO=O;TLO=O;add=O->show_dat_h(count)show_dat(count)add++結(jié)束開始?返回煤TF1=1NAdd>=500YNCount<=6000YNAdd>=5000YTHO=O;TLO=O;add=OTHO=O;TLO=O;add=O->show_dat_h(count)show_dat(count)add++結(jié)束開始?返回煤4.3.2中斷程序源代碼voidT1_INIT()interrupt4.3.2中斷程序源代碼voidT1_INIT()interrupt3{add++;if(add>=500){if(count<=6000){//積累到0.1秒if(add>=5000) //積累到一秒{show_dat(count);TH0=0;TL0=0;add=0;}}if(count>6000){show_dat_h(count); //*顯示驅(qū)動的子函數(shù)*/TH0=0;TL0=0;add=0;}}}4.4LCD1602程序LCD1602硬件原理模塊尺寸：80加土箱75,00±0.3^70.80±0,3'-64E.3JCr3萸oIDr-FincygtolnmY 56.20tAA>E.3JCr3萸oIDr-FincygtolnmY/-1&-3UD—3010PITCH2/-1&-3UD引腳定義:

編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電瀝地9D2數(shù)據(jù)2電源1E板LDD3數(shù)據(jù)3口液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5RM讀/寫選擇13D臨數(shù)據(jù)6E使能信號L4D7數(shù)據(jù)7DO數(shù)據(jù)L5BLA背光源正極SD116BLK背光源負祓第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳:VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7?14腳：DO?D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。指令：序號指令RSR.VE7D6D5D4D3D2DlDO1清顯示0000000a012光標返回0004000013置輸入模式0O0(?0001IBs4顯示開/■關(guān)控制0000a01BCB，5光標或字符移位000001S/CR/L6置功能000Q1DLXr7置字捋發(fā)生存貯器地址0001字符笈生存曠器地址S置數(shù)據(jù)存貯黠地址001顯示數(shù)狂存曠髀迪址9價忙標志或地址01BF汁數(shù)器地址10寫散到CGELUI或DDRAW10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM戍DDRAII逵數(shù)11讀出的數(shù)據(jù):虬客1602^晶模塊的讀與探作、屏幕和光稱的操件鄙是迪過祎令編程來買址的d（說明土1為髙電平、0為低電平〉指令1：淸顯示*指令碼（HH光標席位到地址D0H位置口指令2：光標復位，訛標返回到地址OOHo指令3：光標和顯示模式設(shè)置IZEh光標移動方向*高電平右移，低電平左移￡:屏幕上所有丈字是否左若或者右務匚高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制參體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示心控制光標的開與關(guān)，髙電平表示有光標，低電平表示無光標B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令呂：光標或顯示移位S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時穆動光標口指磯：功能設(shè)置命呀DL：高電平時為4位總線，低電平時為3位總踐E低電平時為單行顯示.高電平時雙行顯示F:低由平時顯示漲了的點陣字符，高由平時顯示池珂的點陣字符。指令入字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置口指令8：DDRAA哋址設(shè)置。指令9：讀忙倍號和光標抱址BF：為忙標志位，咼電半表下忙，此時摸塊不熊接收命令或者數(shù)甥，如果為低電平表示不忙。指令1山寫數(shù)據(jù)「指令n：讀數(shù)據(jù)a

4.4.2顯示流程圖4.4.3顯示驅(qū)動程序#ifndef_LCD1602_H_#define_LCD1602_H_#include<reg52.h>#defineuint8unsignedchar#defineuint16unsignedint/*接口定義*/sbitlcdl602_RS=P0'7;//命令控制端口sbitlcdl602_RW=PO飛；//讀寫控制端口sbitlcdl602_EN=P0'5;//使能端口sbitlcdl602_BUSY=P2'7; //繁忙標志#definelcd1602_dataP2//數(shù)據(jù)接收/*函數(shù)申明*/voiddelay(uint8t);voidlcd1602_busy();voidlcd1602_write_cmd(uint8cmd);voidlcd1602_write_dat(uint8dat);voidinint_lcd1602();voidshow_char();voidshow_dat(uint16hz);voidshow_dat_h(uint16hz);voidlcd_display0(unsignedcharx,unsignedchar*p);#endif#include<lcd1602.h>unsignedcharValue[]={""};floatWS=0;unsignedintWS1=0;//***********************底層函數(shù)****************voiddelay(uint8t){uint8i;for(i=0;i<5;i++)while(t--);}voidlcd1602_busy(){do{lcd1602_RS=1;lcd1602_RW=1;lcd1602_EN=0;lcd1602_EN=1;}while(lcd1602_BUSY);lcd1602_EN=0;}voidlcd1602_write_cmd(uint8cmd){lcd1602_busy();lcd1602_RS=0;lcd1602_RW=0;lcd1602_EN=1;lcd1602_data=cmd;delay(1);lcd1602_EN=0;}voidlcd1602_write_dat(uint8dat){lcd1602_busy();lcd1602_RS=1;lcd1602_RW=0;lcd1602_EN=1;lcd1602_data=dat;delay(1);lcd1602_EN=0;}voidinint_lcd1602(){lcd1602_write_cmd(0x38);lcd1602_write_cmd(0x0c);//光標開及設(shè)置lcd1602_write_cmd(0x06);//光標移動設(shè)置lcd1602_write_cmd(0x01);//清零}//********************LCD顯示***************voidlcd_display(unsignedcharx,unsignedchar*p){unsignedintNUM;lcd1602_write_cmd(x);for(NUM=0;NUM<14;NUM++){lcd1602_write_dat(p[NUM]);}}voidshow_char(uint16fre){unsignedintj=0;if(fre==0){WS=0;}else{WS=(float)(fre/16*0.07);}WS1=(int)WS;Value[0]=WS1/100+'0';Value[1]=WS1/10%10+'0';Value[2]=WS1%10+'0';Value[3]='.';Value[4]=(int)((WS-WS1)*10)+'0';for(j=0;j<5;j++){lcd1602_write_cmd(0xc0+0x06+j);lcd1602_write_dat(Value[j]);}lcd1602_write_cmd(0xc0+11);lcd1602_write_dat('');}voidshow_dat(uint16hz){uint8flag[8],i;lcd1602_write_cmd(0x80);lcd1602_write_dat('f');lcd1602_write_cmd(0x81);lcd1602_write_dat('=');if(hz<1000){flag[0]=hz/100;flag[1]=hz/10%10;flag[2]=hz%10;for(i=0;i<=2;i++){lcd1602_write_cmd(0x82+i);lcd1602_write_dat(flag[i]+'0');}lcd1602_write_cmd(0x85);lcd1602_write_dat('H');lcd1602_write_cmd(0x86);lcd1602_write_dat('z');lcd1602_write_cmd(0x87);lcd1602_write_dat('');lcd1602_write_cmd(0x88);lcd1602_write_dat('');lcd1602_write_cmd(0x89);lcd1602_write_dat('');lcd1602_write_cmd(0x80+11);lcd1602_write_dat('');lcd1602_write_cmd(0x80+12);lcd1602_write_dat('');lcd1602_write_cmd(0x80+13);lcd1602_write_dat('');lcd1602_write_cmd(0x80+14);lcd1602_write_dat('');lcd1602_write_cmd(0x80+15);lcd1602_write_dat('');show_char(hz);}if(hz>=1000&&hz<100000){flag[0]=hz/10000+2;flag[1]=hz/1000%10+2;flag[2]=0;flag[3]=hz/100%10+2;flag[4]=hz/10%10+2;for(i=0;i<=4;i++){lcd1602_write_cmd(0x82+i);lcd1602_write_dat(flag[i]+'.');}lcd1602_write_cmd(0x87);lcd1602_write_dat('K');lcd1602_write_cmd(0x88);lcd1602_write_dat('H');lcd1602_write_cmd(0x89);lcd1602_write_dat('z');}if(hz>=100000&&hz<=499000){flag[0]=hz/100000+2;flag[1]=hz/10000%10+2;flag[2]=hz/1000%10+2;flag[3]=0;flag[4]=hz/100%10+2;for(i=0;i<=4;i++){lcd1602_write_cmd(0x82+i);lcd1602_write_dat(flag[i]+'.');}lcd1602_write_cmd(0x87);lcd1602_write_dat('K');lcd1602_write_cmd(0x88);lcd1602_write_dat('H');lcd1602_write_cmd(0x89);lcd1602_write_dat('z');}voidshow_dat_h(uint16hz){uint8flag[8],i;lcd1602_write_cmd(0x80);lcd1602_write_dat('f');lcd1602_write_cmd(0x81);lcd1602_write_dat('=');if(hz>=100&&hz<10000){flag[0]=hz/1000+2;flag[1]=hz/100%10+2;flag[2]=0;flag[3]=hz/10%10+2;flag[4]=hz%10+2;for(i=0;i<=4;i++)lcd1602_write_cmd(0x82+i);lcd1602_write_dat(flag[i]+'.');}lcd1602_write_cmd(0x87);lcd1602_write_dat('K');lcd1602_write_cmd(0x88);lcd1602_write_dat('H');lcd1602_write_cmd(0x89);lcd1602_write_dat('z');}if(hz>=10000&&hz<=49900){flag[0]=hz/10000+2;flag[1]=hz/1000%10+2;flag[2]=hz/100%10+2;flag[3]=0;flag[4]=hz/10%10+2;for(i=0;i<=4;i++){lcd1602_write_cmd(0x82+i);lcd1602_write_dat(flag[i]+'.');}lcd1602_write_cmd(0x87);lcd1602_write_dat('K');lcd1602_write_cmd(0x88);lcd1602_write_dat('H');lcd1602_write_cmd(0x89);lcd1602_write_dat('z');}}5.設(shè)計硬件如下圖所示，XI為12MHz的晶振，9口為復位接口，通過開關(guān)控制。用于測量轉(zhuǎn)速的脈沖通過P3.4輸入單片機，定時計數(shù)器TO對脈沖信號進行計數(shù)，用定時計數(shù)器T1的方式2進行定時，每10ms產(chǎn)生一個中斷對1602LCD液晶顯示屏進行刷新，產(chǎn)生100個中斷后（即1s），進行一次轉(zhuǎn)速處理，再通過單片機對T1的脈沖數(shù)進行運算轉(zhuǎn)換后，用1602LCD液晶顯示屏顯示電機的轉(zhuǎn)速。U133SiA心2:口4U133SiA心2:口4JTTTSTTTfmF3.-7IS1STMJT13=5?1時鐘電路單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計中此采用內(nèi)部時鐘方式，如圖9所示，以石英晶體振蕩器和兩個片電容組成外部振蕩源。片內(nèi)的高增益