高精度风速检测方法的研究与应用.pdf
《高精度风速检测方法的研究与应用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高精度风速检测方法的研究与应用.pdf(4页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Jun.2023JOURNALOFCHENGDUUNIVERSITYOFINFORMATIONTECHNOLOGY2023年6 月Vol.38No.3工程报大学学成都信息第38 卷第3期文章编号:2 0 96-16 18(2 0 2 3)0 3-0 2 7 7-0 4高精度风速检测方法的研究与应用樊昌元,王财丽,谭杰,周麒丞,苏德斌(成都信息工程大学电子工程学院,四川成都6 10 2 2 5)摘要:自动气象站在气象领域应用广泛,对其提供的气象数据精度要求越来越高。风作为重要的气象要素蕴含巨大的自然力量,是自动气象站检测的重要要素之一,对风速的高精度检测至关重要。如今,自动气象站对风速的检测常使
2、用光电式传感器,其检测精度不够高。因此提出一种全角度无限旋转单电位器,并设计一种高精度风速检测算法,通过电位器单位时间的角度变化,计算三杯式风速传感器角速度,再计算出风速,提高检测精度。以全角度电位器为核心,基于STM32设计一套风速检测装置,经测试该装置能够高精度检测风速,并通过蓝牙通信在手机端显示。关键词:风速测量;高精度;单片机;全角度单电位器;风速算法中图分类号:TP311.11文献标志码:Adoi:10.16836/ki.jcuit.2023.03.0050引言自动气象站的风速测量仪一般安装于户外,广泛应用于农业、航空、气象等各个领域,对风速测量的精度和分辨率具有较高的要求,但面有的
3、风速传感器测量精度不高。中国风速测量仪器最早出现是殷代的倪1,经过了几千年的更迭发展,18 46 年英国的TRRobinson发明设计了风杯式风速计,其结构多采用三杯或四杯锥形杯的风杯架2 。目前的风速传感器主要有风压式、热力学式、超声波式和传统双联电位器式3,常用的超声波光电式传感器利用风杯带动装有发光二极管的多齿光盘转动,在光敏三极管上形成光脉冲信号,得到与风杯转速成正比的离散脉冲信号,在风速测量时存在风杯与光耦电路和MCU与电脉冲序列频率测量之间的两大误差,影响风速测量精度4-5本文提出一种新型的全角度单电位器作为三杯式风速计的风速传感器,采集全角度单电位器上连续的模拟量,设计高精度风速
4、检测算法,加工的电位器碳膜电阻线性度良好情况下,用于风速检测,通过连续的模拟信号输出,弥补光电式传感器离散脉冲信号的带来的测量误差,提高了风速检测精度。1全角度电位器设计及风速测量算法1.1全角度电位器结构及原理在风速测量时,电位器上电阻的改变引起电压的收稿日期:2 0 2 2-0 7-2 7基金项目:科技部第二次青藏高原综合科学考察-极端天气候事件与灾害风险资助项目(2 0 19QZKK0104);四川省科技计划重点研发资助项目(2 0 2 2 YFS0537)变化,可以实现角度检测,但传统的电位器存在测量盲区,电器角度不能达到36 0。本文设计了一种全角度单电位器,电器角度可以到达36 0
5、,解决了传统电位器的测量盲区问题6-7 ,通过高精度风速测量算法,有效提高风速测量精度。全角度单电位器在碳膜片内设有两个独立的内碳膜圈和外碳膜圈,内碳膜圈和外碳膜圈半径不一样,电阻也不一样。碳膜片用导线将其首尾相连,余下两端作为电位器两个连接端;设计一个滑动接触片分内外接触头,分别与内碳膜圈和外碳膜圈滑动相接,可无限圈旋转,滑片导线引出为电位器的中心抽头端;电位器内外碳膜圈电器角度错位,确保滑动接触片内外接触头旋转到任何位置至少有一个接触头接触到碳膜圈。如图1所示,两导电膜4个端分别为外碳膜圈跳线端(A)、外碳膜圈电极引出端(B)和内碳膜圈电极引出端(C)、内碳膜圈跳线端(D),A D 两端通
6、过跳线相连,两跳线端的错位角度为电器角度相位差,最大为18 0。给电位器加一个恒流源,恒流源从B端流人,经第一个导电膜电流流到A端,再经过第二个导电膜流到C端,C端接地。D0BY2ARR.图1俯视等效原理图大278息都成报程信第3 8 卷学学全角度无限旋转单电位器顶盖剖开部分后其结构如图2 所示,其中1-底座、2-顶盖,3-转轴,4-电极片,5-内碳膜圈电极片,6-内碳膜圈23564图2顶盖剖掉部分后示意图1.2角度测量原理当风杯旋转时,会带动与风杯旋转主轴连接的电极片旋转,使电极片分别作用于内外碳膜圈,通过研究电位器的电压与碳膜电阻之间的关系来反映电位器的旋转角度,其对应关系如图3所示。02
7、元-12元图3电压与角度关系图电极片作用在内外碳膜圈旋转时,当电位器中心抽头上的电压为0 VcIR,此时的角度满足:2T-bo=IR,如果IR,+IR,(0-)VcIR;+2T-IR,0则2T-1(R,+R,)-v (2T-)o=+0IR,其中V。为电极片的电压,为电位器旋转角度,I为恒流源电流,R,内碳膜圈的电阻、R,为外碳膜圈的电阻,为内碳膜圈开口对应的机械角度、2 为外碳膜圈开口应对的机械角度,为内碳膜圈跳线端D与外碳膜圈跳线端A的错位角度,其取值范围要求满足1 0 T和2 V于或等于VmV接近且大是是是逆时针过逆时针过顺时针过逆时针过内圈D点内圈D点内圈C点内圈C点第5个值第5个值第5
8、个值第5个值用V,替换用V替换用Vm替换用0 替换结束图4拐点判断及数据处理拐点判断主要分为4种情况:(1)滑动触头顺时针经过内圈D点。前4个值连续增加(或相邻值相等)接近且小于或等于Vs,第5个值接近且小于或等于VL,处理办法:第5个值用Vs替换。(2)滑动触头逆时针经过内圈D点。前4个值连续增加(或相邻值相等)并接近且小于或等于V,第5个值接近或等于Vs,处理办法:第5个值用V,替换;(3)滑动触头顺时针经过内圈C点。前4个值连续减小(或相邻值相等)并接近大于或等于VM,第5个值接近或等于0,处理办法:第5个值用VM替换;(4)滑动触头逆时针经过内圈C点。前4个值连续减小(或相邻值相等)并
9、接近或等于0,第5个值接近且大于或等于VM,处理办法:第5个值用0 替换;1.4高精度风速检测算法本文设计高精度风速算法,考虑到电路收到类u及、闪电、和强磁场干扰,在风速算法中,设计AD参考电压3.3V,对应电压约10 mV,取10 mV作为标准,在相邻两个数据相差超过10 mV时判断存在外界干扰.。风速算法设计流程如图5所示。279樊昌元风速检测方法的研究与应用第3 期开始ADC每毫秒一次数据,重复5次是相邻数据间否85ms插值算法代替不变存储5次电压值计算角速度计算角加速度以上步骤重复50 次构建插值表插值算法算风速结束图5风速算法流程图其中在插值表给出的数据中,将相邻两点间的风速看成线性
10、增加,得到角速度值集合(wb1,W 2,Wm4,ml。首先判断 值,当w等于/1m.Wb14,0ml中的某个值时,令V=Vim。否则,%将落在(W,2,14,m中的两个数之间,即mbn-1,此时的瞬时风速V,为Vbn+bnx(w-Wbm)得到瞬时风速集合Vi,V2,,V。平均风速为(Vi+V,+.+VN)VssN2系统硬件设计与实现2.1系统的工作原理及框图本文在传统三杯式风速测仪的基础上进行改良,将常用的光电脉冲式传感元件改用新型全角度单电位器,将风速测量转换为全角度单电位器的角度测量,并用STM32C6T6的片内AD采集后经过风速算法得到风速信息,通过蓝牙模块向手机端传输及在OLED模块显
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高精度 风速 检测 方法 研究 应用
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。