基于三轴加速度传感器的风向测量装置

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摘要介绍了一种基于三轴加速度传感器的风向测量装置，通过测量三轴方向上的加速度，再通过一定的公式将测得的加速度转换成风向数值。同时，考虑到传感器放置方向的不同，加入磁场修正，通过磁场传感器测得当前的地磁偏角，对之前所得的风向数值进行修正，得到最终结果。最终，通过串口将测得的数值输出显示在PC上。65970

毕业论文关键字：风向测量、三轴加速度传感器、磁场传感器、单片机

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Based on three-axis acceleration sensor wind measuring device

Abstract

Describes a three-axis -direction acceleration sensor measuring device by measuring the acceleration in three axes , and through a formula that converts the measured wind acceleration value. Meanwhile, considering the sensors are placed in different directions , add field correction , as measured by the magnetic field sensor current declination , the direction of the values obtained prior to correction , to obtain the final result. Eventually, through the serial port outputs the measured value displayed on the PC .

Keywords Wind measurements, triaxial acceleration sensor, magnetic field sensor , microcontroller

摘要 1

关键词 1

目录 1

1 绪论 1

1.1 研究的背景 1

1.2 研究的主要内容 2

2 系统功能分析和整体设计 4

2.1 风向的描述方法 4

2.2 加速度与风向的关系 4

2.3 磁场与风向的关系 9

2.4 系统整体设计 13

3 系统硬件设计 14

3.1 单片机部分 14

3.2 风向测量模块设计 23

4 软件系统的设计 25

4.1 风向测量软件设计 25

4.2 风向测量部分程序 27

5 测量结果与分析 33

5.1 不考虑磁场修正的情况 33

5.2 增加磁场修正的情况 34

5.3 两种情况测量结果的对比分析 34

结论 35

致谢 36

参考文献 37

1 绪论

1.1 研究的背景

风速风向是气象资料中非常重要的组成部分，其测量在气象预报，环境监测与控制等方面有着重要的应用：

1）风速风向的测量对风能资源的有效利用有着重要的意义，支持了新能源发电技术的发展；

2）风向和风速也关系到建筑物的布局、自然通风效果；

3）正常的风对农业生产有利，所以对风向风速的测量对农业会有很大的帮助；

4）风有时候也会给人类造成很大的危害，风速风向的测量有助于预防和减轻风给人类带来的灾害，对人类更好的研究及利用风能和改善生活生产有积极的影响。

传统的测量方法是用风杯来测量风速，风标来测量风向，但是这些机械装置体积较大，价格昂贵，且有转动部件易出故障，维护不便。近年来微电子机械系统MEMS技术（Micro electromechanical systems）的发展为风速风向传感器提供了更多的解决方案，可以利用MEMS芯片设计更精确更稳定的新型传感器。与传统流体测量装置相比，热流量传感器具有体积小，成本低等优点，是目前流体测量的发展方向，目前常用的测量风向的方法，主要区别于传感器，这里讨论以下几种测量风速风向的智能传感器：