皮托管风速测量系统的设计

摘要

风是气象要素中最活跃的要素之一，风速的测量作为流速测量领域一个重要部分，与人们的日常生产、生活密不可分。在现代社会面临的人口、资源、环境、灾害等问题突出的情况下，人们对气象信息的需求日益增长，对气象预报和服务的要求也越来越高，因此对风速的测量也越来越需要满足气象预报要求的准确率、精细化和时效性。
　　 自动气象站将各种气象数据的自动采集、传输和计算机数据处理融为一体，很好的满足了经济社会的不断发展对气象预报提出的高要求。目前，各种新技术如嵌入式技术、无线传感器网络技术等不断的被应用到自动化气象站中，特别是ZigBee技术以其短距离、低功耗、低成本、通用性强等特点为无线传感器网络的实现提供了新的解决方案。
　　 本文在比较了几种不同测风技术的基础上，选择了以皮托管作为探头的测风方式，然后通过分析ZigBee技术及无线传感器网络结构，构建了基于ZigBee的自动气象站无线传感器网络模型。
　　 针对自动气象站中快速响应高精度测风的要求，提出并研究设计了基于无线传感器网络的风速测量装置，完成了系统的硬件和软件设计。整个系统作为自动气象站无线传感器网络中的一个传感器节点，由数据采集模块、数据处理模块、无线收发模块和电源模块构成。与其他气象要素测量模块协同同步从传感器获取信息，并以无线方式传输至协调器节点，协调器节点再通过串口与上位机进行通信。
　　 系统以无线通信模块JN5121-M01为核心，构建了与测风有关的包括差压、气压、温度等气象要素的采集系统。软件设计采用模块化的程序设计方法，实现了各传感器数据采集、与上位机的通讯及LCD显示等功能。
　　 将基于ZigBee的无线传感器网络技术应用于自动气象站，从而使得自动气象站中的风速测量仪器具有自动化、网络化、智能化和远程控制化，这大大减轻了人工观测的工作量、提高了工作效率，也进一步提高了自动气象站的测量精度。整个装置在精度、功耗、成本、抗干扰等方面有着较大的优势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2研究的背景和意义

1.3常见的风速测量技术

1.3.1机械式测量

1.3.2皮托管测量

1.3.3热膜热线测量

1.3.4激光多普勒测量

1.3.5超声波风速测量

1.4国内外研究现状

1.5本论文的研究内容

第二章ZigBee技术及无线传感器网络分析

2.1无线传感器网络系统结构

2.2 ZigBee简介

2.3 ZigBee技术特点

2.4 ZigBee技术的应用领域

2.5基于ZigBee的WSN模型

2.5.1设备类型

2.5.2网络拓扑

2.5.3利用ZigBee构建WSN的模型

第三章皮托管测量风速原理及系统结构设计

3.1测量原理

3.2系统总体设计

3.2.1总体设计要求

3.2.2总体设计实现方案

3.2.3 ZigBee模块的选择

3.2.4传感器的选择

3.2.5 A／D转换器的选择

第四章系统硬件设计

4.1节点电源管理电路

4.2传感器采集节点电路设计

4.2.1温度采集电路

4.2.2气压采集电路

4.2.3差压采集电路

4.3 ADS1218与JN5121的连接

4.4复位电路

4.5通讯接口设计

4.6 LCD显示电路设计

4.7硬件抗干扰设计

第五章系统软件设计与实现

5.1 JN5121软件开发基础

5.2系统软件总体架构

5.3传感器节点程序设计

5.3.1温度采集模块

5.3.2气压数据采集模块

5.3.3差压采集模块

5.3.4差压传感器的非线性校正

5.4.协调器节点程序设计

5.4.1 LCD显示模块

5.4.2串口通信模块

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

附录

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