一种新的风速风向测试方法研究

发布时间：2017-07-28 09:34

  本文关键词：一种新的风速风向测试方法研究

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【摘要】：太阳能跟踪控制系统在太阳能光伏发电领域有着广泛的应用,为防止大风对跟踪控制系统结构的破坏,需要使用一种有效的、稳定的风速风向测量系统来监测和控制太阳能跟踪系统。普通风杯式风速风向仪、超声波风速风向仪在测量风速和风向时都存在不稳定、易老化、维护频繁等问题,用压力传感器测量风速和风向,实时性好、灵敏度高、无机械结构、使用寿命长、稳定性高,是监测和控制太阳能跟踪系统的不错之选。风在遇到障碍物时会对障碍物表面产生压力,在空旷地带使用面积尽量小的挡风板可以克服空气在其背面产生涡流,通过高精度的压力传感器来采集挡风板上的微小压力变化值,再通过压力与风速风向的关系来确定实际风速风向值。本文设计了一种用普通全桥压力传感器来测量风速风向的系统,以STC12C5A60S2单片机作为核心控制芯片,选择适当的挡风板,在东、西、南、北四个方向上依次安装四个压力传感器,测量出不同方向吹来的风压,确定风压与风速的关系,风向与相邻两块挡风板受力的关系,把理论关系编写到单片机控制程序里面,通过压力传感器数据的采集,A/D转换、单片机处理、LCD液晶显示屏显示输出和SD卡存储,最终实现风速风向的测量。本测量系统由太阳能供电模块、空气温度和湿度测量模块、电子罗盘指南针模块、时间和日历模块、存储模块、显示模块、控制采集模块组成,有轻触开关换屏功能、复位置零功能、安装自定位功能。控制电路板采用手工制版,把系统和普通风杯式风速风向仪做对比实验,发现压力式风速风向测量系统比传统的风杯式风速风向仪测量结果更接近真实值,其反应速度比风杯式风速风向仪快,且精度有了提高,考虑到传统风杯式风速风向仪的长期频繁维护和校准,此系统的寿命只和传感器、蓄电池的寿命有关,确实解决了普通风速风向仪的成本高昂、使用寿命短、测量精度不高等问题。另外通过对实验数据的分析,发现风杯式风速风向仪的感应结构存在惯性质量,其风速的测量值滞后于压力式风速测量值,且强劲的疾风不能瞬间启动风杯,导致实时风速测量不准。在测量极小的软风时,由于风杯和风杯转轴之间的摩擦,软风无法让风杯转动,测量风速几乎为零,而压力式风速测量可以很好的展示软风的变化情况,用压力方式测量出的风向角比较无序,和风向的无序性是一致的,而风杯式风速风向仪反应速度没有压力式风速风向测量系统反应快,两种方法测量出的风向走向大致相似。测量系统用压力传感器测量挡风板的风压来间接感知风速,并且利用四个挡风板压力值的大小关系来确定风向,应用电子罗盘指南针来安装固定?支架。用太阳能电池板给系统供电,是本文的创新点。
【关键词】：压力传感器 单片机 风速 风向 A/D转换
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 国内外发展动态12-14
• 1.3 课题研究内容14-17
• 1.3.1 传感器的选择14
• 1.3.2 挡风板的确定14-15
• 1.3.3 风速与风压、风向的关系模型15
• 1.3.4 可行性分析15-17
• 第2章 系统理论模型的建立17-26
• 2.1 理论模型的提出17-18
• 2.2 伯努利公式的推导18-19
• 2.3 空气的温度、湿度及压强对关系式的影响19-21
• 2.4 风压与风向的关系21-26
• 第3章 系统整体硬件结构26-52
• 3.1 压力传感器模块26-29
• 3.1.1 压力传感器结构及原理说明26-28
• 3.1.2 压力传感器定标28-29
• 3.2 单片机控制系统29-31
• 3.3 AD采样及处理模块31-32
• 3.4 太阳能供电模块32-34
• 3.4.1 当地气象地理条件32
• 3.4.2 负载耗电量计算32-33
• 3.4.3 蓄电池容量的计算33-34
• 3.5 时钟模块34-36
• 3.5.1 DS12C887简介34-35
• 3.5.2 时间和日历的使用35-36
• 3.6 存储模块36-38
• 3.7 电子罗盘模块38-39
• 3.7.1 HMC5883L三轴数字罗盘芯片38-39
• 3.7.2 HMC5883L三轴数字罗盘应用电路39
• 3.8 温度测量模块39-42
• 3.8.1 温度传感器DS18B20简介39
• 3.8.2 温度传感器结构39-41
• 3.8.3 温度传感器工作原理41-42
• 3.9 空气湿度测量模块42-43
• 3.10 LCD12864液晶显示模块43-45
• 3.10.1 LCD12864模块简介43-44
• 3.10.2 LCD12864模块参数说明44
• 3.10.3 LCD12864模块引脚说明44-45
• 3.11硬件电路设计软件EAGLE45-47
• 3.11.1 EAGLE软件简介45
• 3.11.2 EAGLE软件特点45
• 3.11.3 EAGLE软件原理图设计流程45-46
• 3.11.4 EAGLE软件PCB图设计流程46-47
• 3.12电路板制造47-52
• 3.12.1 电路板制造原理介绍47-48
• 3.12.2 PCB气泡蚀刻机48-49
• 3.12.3 气泡搅拌和温度对反应速度的影响49-52
• 第4章 系统软件的设计52-55
• 4.1 系统整体工作流程52-53
• 4.2 相关算法介绍53-54
• 4.3 系统程序设计54-55
• 第5章 实验结果分析55-61
• 5.1 液晶显示屏显示结果55-57
• 5.2 实验数据分析57-61
• 第6章 结论61-62
• 参考文献62-65
• 附录A 饱和蒸气压与温度的统计关系表65-66
• 附录B 砝码标定值记录表66-69
• 附录C 系统原理图69-70
• 附录D 系统与风杯式风速风向仪对比实验数据记录表70-80
• 附录E 系统整体程序源代码80-129
• 附录F 实物图129-131
• 致谢131-132
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果132

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张英辉;气体实验定律与克拉伯龙方程[J];开封教育学院学报;1992年01期

2 蒋文钧,赵志鸿;物质的量和摩尔[J];化学计量;1997年01期

3 房慧龙;;A/D转换技术及其发展[J];中国西部科技(学术);2007年07期

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本文编号：583423