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巴中建设局网站,北京轨道交通建设管理有限公司网站,模板网站建设代理商,音乐资源网站开发一、系统总体设计 基于单片机的风速风向仪以 “精准采集、实时反馈、户外适配” 为核心目标#xff0c;解决传统风速风向监测设备体积大、功耗高、数据传输滞后的问题#xff0c;适配农业气象监测、户外作业安全预警、小型风电场地勘等场景。系统需实现风速#xff08;0-30m…一、系统总体设计基于单片机的风速风向仪以 “精准采集、实时反馈、户外适配” 为核心目标解决传统风速风向监测设备体积大、功耗高、数据传输滞后的问题适配农业气象监测、户外作业安全预警、小型风电场地勘等场景。系统需实现风速0-30m/s精度 ±0.2m/s与风向0-360°精度 ±5°的实时测量支持数据本地显示与异常报警满足户外长期稳定运行需求。系统架构分为四层感知层通过专用传感器捕捉风速与风向物理信号控制层选用 STM32F103 单片机为核心其高性能内核与丰富外设可高效处理传感器数据兼顾运算速度与低功耗数据处理层将原始信号转换为标准化风速风向参数通过算法优化降低环境干扰交互层包含 LCD 显示屏与功能按键支持实时数据查看、校准与报警阈值设置。设计注重户外适应性采用防水、抗振、宽温域元件选型电源支持太阳能与蓄电池双供电确保恶劣环境下的可靠性。二、硬件电路设计系统核心控制单元选用 STM32F103C8T6 单片机其 72MHz 主频可快速处理脉冲与角度信号内置 12 位 ADC 模块提升数据转换精度丰富的 GPIO 接口满足传感器与外设驱动需求。感知模块采用 “机械结构 电子传感” 组合风速检测选用霍尔传感器配合风杯结构风杯转动时永磁体触发传感器产生脉冲脉冲频率与风速正相关信号经施密特触发器整形后接入单片机定时器接口风向检测采用数字式角度传感器WDA200通过风标带动传感器旋转输出 0-360° 数字角度信号经 I2C 总线与单片机通信测量范围覆盖 8 个方位。信号调理模块对霍尔传感器脉冲信号进行 RC 滤波消除户外振动干扰角度传感器信号添加 TVS 二极管防浪涌适配雷雨天气。交互模块配备 1602LCD 显示屏实时显示 “风速X.XXm/s”“风向XX°N/E/S/W” 及电池电量2 个轻触按键用于 “校准” 与 “报警阈值设置”电路添加防水护套与硬件防抖。电源模块采用 6V 太阳能电池板 12V 蓄电池供电经 LM1117-3.3V 稳压为单片机与传感器供电配备充放电保护电路确保续航≥72 小时无日照。三、软件功能实现系统软件基于 STM32CubeIDE 开发采用模块化设计包含数据采集、参数计算、人机交互、低功耗管理四大模块。初始化模块完成单片机 IO 口、定时器、传感器接口配置设定 50ms 定时中断触发数据采集平衡实时性与功耗。数据采集模块通过定时器捕获霍尔传感器脉冲信号计算单位时间1 秒内脉冲数结合风杯半径与机械系数通过公式 “风速 脉冲频率 × 系数” 换算风速值连续 10 次采样取平均角度传感器数据经滑动平均滤波后转换为 8 个方位标识如 0° 对应正北、90° 对应正东。控制逻辑支持报警阈值设置风速≥15m/s 触发超标时启动蜂鸣器与 LED 报警。人机交互模块支持按键校准通过标准风速仪标定系数LCD 每 1 秒刷新一次数据软件加入低功耗策略无操作时关闭 LCD 背光单片机进入休眠模式传感器采样周期延长至 1 秒风速低于 0.5m/s 时进一步降低主频功耗降至 5mA 以下。故障自检模块实时监测传感器连接状态异常时显示 “E1风速传感器”“E2风向传感器” 报错。四、系统测试与验证搭建户外模拟测试平台采用标准风速仪与风向标作为参考在不同环境微风、阵风、雨天下验证性能。功能测试显示风速测量范围 0.3-28.5m/s误差≤±0.2m/s阵风响应时间≤0.5 秒风向测量覆盖全方位角度误差≤±5°方位识别准确。报警功能触发及时风速超过 15m/s 时声光报警在 0.3 秒内启动。性能测试表明连续运行 72 小时数据无漂移LCD 显示稳定-10℃~60℃宽温环境下传感器与单片机工作正常雨天防水测试中电路无短路数据采集不受影响太阳能供电模式下晴天可实现全天候续航阴天续航≥48 小时。实际农业场景应用中系统精准反馈田间风速风向为作物灌溉与病虫害防治提供数据支撑。测试结果表明系统满足户外监测的精度与稳定性需求成本较专业气象仪器降低 70%。后续可增加 LoRa 无线通信模块实现数据远程上传与集中监控拓展气象组网应用。