便携式风速风向测量仪

论文摘要

风作为一种自然现象,本身蕴含着巨大的能量,它能对人类活动产生巨大的影响。这些影响既包括有利的一面,也有危害性的一面。人们对风的观测与研究从古至今,已经经历了很长时间。目前世界各地也越来越重视对风参数的观测与研究,风速风向测量仪就是观测风所必需的设备。火炮射击时,风速风向会对炮弹弹道的精度产生很大的影响。所以必须在射击前对当时当地的风速与风向进行精确的测量,以对射击诸元进行相应的调整。在炮兵阵地上目前一般采用较为轻便简易的机械式风速风向仪,其虽然使用简单,但在测量时误差较大,且分辨率低。本文针对上述简易风速风向仪的缺点,在深入研究风速风向测量现状的基础上,综合考虑各种传感器的优缺点,提出了一种新的便携式风速风向测量方案。其基于MSP430微控制器以及电子磁罗盘技术,并采取多种降低功耗与减小误差的措施。包括基于椭圆理论假设的方向角修正,基于傅里叶序列罗差模型的八位置法对磁罗盘的标定,以及利用优化的程序流程控制与电源管理等措施以减小功耗。最后还利用标定结果的线性插值修正测量结果提高了测量分辨率,并实现了对风速风向较为精确的测量,此外本文还设计了与测量仪配套的手持监测终端与上位机软件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 测风仪器及概念概述
• 1.3 风速测量
• 1.3.1 风速测量原理与方法概述
• 1.3.2 风速测量发展趋势
• 1.4 风向测量
• 1.5 测风变换器
• 1.6 数据处理的方法
• 1.7 课题研究的主要内容及本文的工作
• 第二章 测量原理及硬件设计方案
• 2.1 需求分析及性能指标
• 2.2 硬件系统总体设计
• 2.2.1 超低功耗MCU-MSP430F149
• 2.3 风向测量的原理及实现
• 2.3.1 风向测量原理
• 2.3.2 风向标与编码器
• 2.3.3 电子磁罗盘
• 2.4 风速测量原理
• 2.4.1 风杯与光电耦合器
• 2.5 温度测量及供电控制
• 2.6 对外接口与终端
• 2.7 硬件设计中若干问题的说明
• 2.8 本章小结
• 第三章 系统功能软件设计和具体实现
• 3.1 测风仪程序设计
• 3.2 风向测量的软件实现
• 3.3 风速测量的软件实现
• 3.4 温度测量的程序实现
• 3.5 手持终端程序设计
• 3.6 上位机软件简介
• 3.7 本章小结
• 第四章 测量结果、误差分析及措施
• 4.1 对测量结果线性插值修正
• 4.2 风向误差的来源分析及修正结果
• 4.3 风速测量误差分析及修正措施
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文完成工作总结
• 5.2 改进与展望
• 参考文献
• 在学期间学术成果情况
• 指导教师及作者简介
• 致谢