基于MSP430单片机的热线式风速测量系统的设计VIP免费

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；TheDesignofHotWiredWindVelocityMeasurementSystemBasedonMsp430McuQINxiangli，ZU-jing，PEIdongxing，JIN-hong（KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement(NorthUniversityofChina),MinistryofEducation）Abstract：ThispaperconstructsaWindVelocityMeasurementSystembasedonMsp430mcu,andmainlyprobesintotheapplicationofPWMtothehotwiredwindvelocitymeasurementsystem.ThissystemusesPWMtosupplypowerforhotwireandregulatethehotwire’stemperatureaccordingtothechangementofthedutyfactorofPWM,andadoptstheprincipleoftheconstantdifferenceintemperaturetocompletethecontrollmenttotheheater.ThisMeasurementSystemcompletesanalog-to-digitalconversiondepandingontheinternal12-bitsADCofMsp430mcu.Thehardwareandsoftwareofthesystemarepresentedindetailinthepaper.Weuseittomeasuretheactalwindvelocityandtheaquiredresultsindicatethatthedesignsatisfiesthereqirementoftheactualwindvelocitymeasurement.Keywords：MSP430mcu；Pulse-Wideth-Module；hotwire；constantdifferenceintemperature;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。热线风速仪是人们研究的热点之一，其是利用放置在流场中具有加热电流的细金属丝来测量风速的仪器。在金属丝中通上加热电流，当风速变化时,金属丝的温度就随风速改变而改变,从而引起金属丝阻值的改变，最终引起金属丝上电信号的改变，这种改变是一一对应的关系，因此通过预先的校准过程,测量该电信号的变化就可以得到实际流场的速度大小。本设计基于MSP430单片机来建立热线式风速测量系统，利用其内部能够产生PWM波和具有12位精度的AD进行设计。1、风速测量原理及系统结构1.1风速测量原理热线风速仪是利用通电的热线探头在流场中会产生热量损失来进行测量的。如果流过热线的电流为I，热线的电阻为R，则热线产生的热量设为：2*1QIR=；当热线探头置于流场中时，流体对热线有冷却作用，设热线的对流热耗散为2Q，则根据著名的King公式可得：0.5(*)*2QABVt∆=+，其中A、B为常数，V为风速，t∆为热线温度与环境温度的温差[1]。根据热平衡原理可得：12QQ=。设对热线的供电方式为脉冲宽度调制(PWM--PulseWidthModulation)方式，当处于热平衡时PWM的占空比为K，则20.5**(*)*KIRABVt∆=+(1)本系统采用恒温差原理进行设计，式中的I、R、A、B、t∆均设定为恒定不变的量，所以，http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛通过调节脉冲宽度调制(PWM)的占空比K就可适应不同的风速V，使V和K之间建立一一对应的关系。根据(1)式可推得下式来计算风速：()0.5()()1010/VVKKKKii−−=(2)式中0K为零风速时的PWM的占空比，1K是风速为1V时的PWM的占空比，iK是风速为iV时的PWM的占空比，其中0K、1K、1V可预先给出，则当风速为未知时，只需测出iK，即可由(2)式得出对应的iV。1V和iV均为垂直于热线的风速。1.2系统工作原理测量电路以MSP430单片机[2][3]作为控制的核心，以恒温差原理进行设计，如图1所示，恒温差的实现原理如下：当环境温度不变时，在热线R1和地之间连接一低温漂电阻Ri，保持加在热线R1和低温漂电阻Ri上的PWM的幅值U0恒定不变，采样低温漂电阻上的PWM幅值Ui，设无风时给热...