风机流场测试系统设计

1、四川理工学院毕业设计（论文） 风机流场测试系统设计 学 生：李世荣 学 号：09011050109 专 业：测控技术与仪器 班 级：2009级1班 指导教师：柳忠彬 四川理工学院机械工程学院二O一三年六月四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计(论文)题目： 风机流场测试系统设计 学院： 机械工程学院专业： 测控技术与仪器班级：2009级1班学号： 09011050109 学生： 李世荣 指导教师： 柳忠彬 接受任务时间 2013.01.08 系主任 （签名）院长 （签名）1毕业设计的主要内容及基本要求本课题为提高风机效率，从流体力学角度，基于测试风机外部流场状况，来完成风机流场测试系

2、统。要求实现对风机出风口的风速采集、数据的处理、流场数值的显示等功能，其主要工作是系统硬、软件设计及图纸的绘制和论文撰写，具体包括：系统总体方案设计；硬件设计；软件设计；图纸绘制：A4一张；说明书：2万字左右。2指定查阅的主要参考文献及说明1 张玉成，冯殿义. 通风机设计与选型M .北京：石油化学工业出版社，2011.22 唐晨光，唐绪伟. 单片机原理与应用M.北京：清华大学出版社，2010.53 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2008.84 杨有涛，徐华英. 气体流量计J.北京：中国计量出版社，2007.85 唐文彦. 传感器技术M.北京：机械工业出版社，2006.73进度

3、安排设计各阶段名称起 止 日 期1根据自己的题目查阅相关文献，完成开题报告。2013.01.08-2013.03.222完成所有理论研究和设计计算工作。2013.03.23-2013.04.153完成设计说明书的编写和图纸的绘制。2013.04.16-2013.05.154完成设计说明书和图纸的修改。2013.05.16-2013.06.015准备毕业设计的答辩。2013.06.02-2013.06.08摘要风机流场测试系统对风机性能测试影响重大，我国风机性能检测大多以手工为主，存在试验手段落后，劳动量大和测试结果不准确等缺点。本文从流体力学角度，基于测试风机外部流场状况，对提高风机的效率进行

4、研究和改进风机的设计。本次设计主要是选取轴流风机出风口的一个截面上若干个点测试其风速来完成，利用单片机作为核心处理器件，采用速度传感器采集风机性能参数，最终通过串口传至上位机。这样使得在设计风机流场测试系统的时候更能方便快捷的得到理想的结果。关键词：风机；风速传感器；单片机；流场测试IABSTRACTFan flow field measurement system on the fan performance testing significant impact, our fans are mostly hand-based performance testing, test methods

5、 exist behind large amount of labor and inaccurate test results and other shortcomings. This article from the perspective of fluid mechanics, fan external flow field based on the test conditions, to improve the efficiency of the fan conduct research and improve the design of wind turbines. This desi

6、gn is mainly selected axial fan outlet cross section of a number of points to test their speed to complete, using MCU as the core processor parts, using the speed sensor to collect fan performance parameters, and ultimately spread to the host computer via the serial port. This makes the flow field i

7、n the design of the fan when the test system more convenient to get the desired results.Keywords: wind turbine; wind speed sensor; micro controller unit; flow field measurement1目录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外风机流场测试发展趋势21.3 课题研究的意义2第二章 系统总体方案设计42.1 设计任务及主要内容42.2 系统工作原理42.3 系统设计方案选定5第三章 系统硬件设计6

8、3.1 风机的设计与选型63.1.1 风机的概述63.1.2 风机的性能参数83.1.3风机型号确定103.2 传感器型号选择103.2.1 传感器的概述103.2.2 传感器的性能参数113.2.3 传感器风速测试133.3 单片机系统设计153.3.1 单片机的概述153.3.2 AT89S52技术参数163.3.3 单片机最小系统203.4 AD转换器选择213.4.1 AD转换器的概述223.4.2 AD转换器的分类223.4.3 AD转换器的技术指标233.4.4 AD转换器型号的确定243.5 锁存器选择273.5.1 锁存器的概述27III3.5.2 锁存器型号的确定273.6

9、转换电平器选型293.6.1 转换电平器的概述293.6.2 转换电平器型号的确定293.7 通信串口选择303.8 系统电源模块设计313.9 本章小结33第四章 系统软件设计344.1 硬件电路图设计工具344.1.1 Protel99se介绍344.1.2原理图绘制步骤344.2 系统软件程序流程图354.2.1系统软件主程序流程图364.2.2 按键扫描子程序364.2.3 A/D转换测量子程序374.3 测试数据实时显示37第五章 结论39参考文献40致 谢41附录A:系统总体设计电路图42附录B：程序431四川理工学院毕业设计(论文)第一章 绪论1.1 课题背景风机在国民经济各部门

10、中运用十分广泛，利用风机产生的气流做介质进行工作，可实现清选、分离、加热烘干、物料输送、通风换气、除尘降温等多种工作。所以，在我国的冶金、有色金属、化工、建材和煤炭等部门，风机得到了广泛地应用1。风机的工作是以输送流量、产生全压、所需功率及效率来体现的，这些工作参数之间存在着相应的关系，当流量与转速变化时，会引起其他参数相应的变化。为使风机能经常在高效区运行，需参照风机性能曲线来选择风机的运行工况点。风机流场测试系统设计对提高风机今后在各个领域的应用以及改进其运行效率都有一定作用。目前国内生产风机的厂家据不完全统计可达到上千家，但生产的工艺水平差别甚远，造成市场上的产品质量差别很大。有的产品性

11、能（如风量、风速、风压）甚至只达到铭牌值的50%左右。风机的最大特点是当压力在允许范围内调节时，流量变化甚微，压力选择范围宽，具有强制输气特征，主要缺点是噪声较大。设计者按铭牌值选了这种风机，实际运行时的各项性能却达不到设计值，影响通风效果，给用户造成巨大的生命和经济损失，因此风机性能试验对于成品的检验是非常重要的。但长期以来，我国的风机测试手段比较落后，主要以手动操作试验过程、手工测量试验数据、手工绘制曲线为主，存在测量手段落后，测量精度不高和劳动强度大等缺点，因此厂家和用户迫切需要一套高效、准确的检测系统2。随着电子技术和计算机技术的发展，我国工业自动化程度越来越高，使得风机参数的自动采集

12、成为可能，人们也将从繁重的劳动中得以解脱。近年来，我国少数单位在通风机测试技术方面有了新的研究或使用了微型计算机，但他们有的技术不成熟，只能完成某一单一的测试任务，有的测试系统庞大而复杂，不能作为通用系统得以推广。在实现风机性能检测自动化的道路上，人们还需迈出重要的一步。由于风机内部流体运动的复杂性，至今还不能用理论的方法精确计算出它的各种损失，因而不能正确的计算出各种性能参数，所以用计算的方法得到的性能曲线与实际工作性能曲线之间存在较大差异，特别是对于非设计工况，计算值与实际值的误差更大，因此本次风机流场测试系统设计主要是选取轴流风机出风口的一个截面上若干个点测试其风速来完成。轴流风机与常用

13、的离心风机相比是一种大流量低扬程的风机，它不仅能够作为实验用而且还能用于其它工农业生产活动中。它因其结构简单、使用方便，在国民经济中发挥了巨大作用3。11.2 国内外风机流场测试发展趋势目前国内外的风机流场测试发展趋势也或多或少的存在一定的差异，目前，国内风机性能测试用户为了提高经济效益，在选择风机时对它的各项性能指标提出了更为严格的要求。如压力，流量，转速，功率噪声，可靠性等。同时，风机生产厂家为了提高产品的竞争能力，在努力改进气动设计，提高机械加工的同时，也对风机性能试验的研究和开发给予了高度的重视。并且在电气拖动设备的运行过程中,经常遇到这样的问题,即拖动设备的负荷变化较大,而动力源电机

14、的转速却不变,也就是说输出功率的变化不能随负荷的变化而变化。在实际中这种“大马拉小车”的现象较为普遍,浪费能源。在许多生产过程中采用变频调速实现电动机的变速运行,不仅可以满足生产的需要,而且还能降低电能消耗,延长设备的使用寿命。鼓风机系统采用变频调速,并应用PLC或者单片机构成风压闭环自动控系统,实现了电机负荷的变化变速运行自动调节风量,即满足了生产需要,又达到了节能降耗的目的4。国外大多采用虚拟仪器技术来完成风机性能试验的测试，虚拟仪器技术是目前测控领域中最为流行的技术之一，它利用IO接口设备完成信号的采集、测量与调理，利用计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，利用显示器丰富的显示功能来

15、多形式地表达和输出检测结果5。在此基础上，构成一个具有完整测试功能的计算机仪器系统，即虚拟仪器。虚拟仪器具有传统仪器的基本功能，同时又能根据用户的要求随时进行定义，实现多种多样的应用需求，具有扩展灵活、界面友好、操作简便、性价比高等特点，目前，虚拟仪器技术在许多领域都得到广泛应用。由此可见，风机性能测控系统对于成品的检验和新产品的设计开发都至关重要，特别是对于大型、特型风机以及单件、小批量而且气流特性有特殊要求的情况，性能试验尤为重要。1.3 课题研究的意义全球经济一体化趋势越来越明显，各国经济将进一步互相依存，国际经济合作和交往日趋紧密，国际市场处在大幅度交叉和融合阶段。同时，全球性产业结构

16、调整步伐正在加快，国际分工规模和深度都出现重大进展，发达国家不断将工业生产转向资本密集型和技术密集型行业，劳动密集型产品向发展中国家和地区转移。这为我国发挥自身优势，跻身国际市场提供了很好的发展机遇。我们进行风机流场测试系统设计是对风机性能试验测试的一种表现方式，轴流风机内部流场的研究，为掌握轴流风机空气动力性能及优化风机的过流部件提供了可靠的依据；对改善风机性能提出有效的方法，本次设计便是从轴流通风机着手设计一个风机流场测试系统，这并不是一个全新的研究课题，而是在现有成熟的基础上进行的一个课题研究，但是是从不同的方面去探讨的，因此对提高风机运行效率以及风机在工农业方面的发展也有着极其深远的意

17、义。49第二章 系统总体方案设计2.1 设计任务及主要内容本次设计的题目是风机流场测试系统设计，我们知道要做一个风机流场测试系统不仅需要对整个系统方案有明确的规划，还需要对整个系统需要的硬件加以对比选择最终确定与本测试系统最匹配的各种硬件。还需要完成整个系统数据的采集、处理以及显示。其中数据的采集和处理就需要借助传感器和单片机等硬件来完成，后期的显示部分则需要借助图像显示软件来完成。 风机流场测试系统包括了对风机出风口外部流场值的采集，流场值数据的处理以及后期的图像显示三个部分。风机流场测试是风速与风向的综合测试，但本次试验选用的是轴流风机作为试验用风机，其风向稳定，因此只需要测试其风速即可。

18、2.2 系统工作原理出风口截面风机风速传感器可移动支架数据处理数据显示图2-1 系统工作原理示意图通过以上系统设计任务和主要内容可看出本测试系统需要一个通风机，然后在通风机口处放置一风速传感器，由于本次设计需要对风机出风口的一个截面做流场测试，然而风速传感器是不可伸缩的固定装置，因此还需要一可以使传感器水平和上下移动的支架。通过移动该支架可以用风速传感器采集到通风机出风口的一个截面上若干点的风速信号值，数据处理则包含了模数转换器和单片机部分，然而该风速传感器输出的信号不是数字信号，而是电压信号不能被单片机直接读取处理，因此还需要通过一个模数转换器连接来进行模数转换，这样风速传感器出来的电压信号

19、就能被单片机读取和处理，单片机还需要通过一个串口和上位机连接，然而串口的逻辑电平与通常的TTL和MOS电平不兼容，因此还需要在单片机和串口之间加上一个转换电平器，然后单片机通过串口与上位机（PC）连接配以图像显示软件来完成风机流场值的分布图。2.3 系统设计方案选定 本次设计是对风机外部流场进行测试，即选用一通风机作为风机流场提供者，仅选取通风机外部出口的一个截面作为测试对象，选取该截面上若干个点，利用一个风速传感器作为风速采集装置，风速传感器又通过与单片机连接来处理所收集的信号，最终通过串口与电脑相连显示其流场数值分布。在有的元器件连接的时候不能直接识别输出的信号，因此还需要通过一定的转换元

20、件来配合完成。单片机风速传感器风机出风口模数转换器电脑显示转换电平器串口图2-2 系统设计方案示意图第三章 系统硬件设计系统硬件部分是整个系统的基础，支撑系统的运行。本系统硬件主要由轴流风机、三杯式风速传感器、模数转换器、锁存器、单片机、PC机等组成。硬件主要完成风机流场数据的采集、数据的分析以及数据的处理等工作。单片机风机传感器模数转换器复位电路时钟电路直流稳压电源转换电平器串口电脑显示220VAC图3-1 系统硬件组成示意图3.1 风机的设计与选型我们知道风机流场测试系统不是针对某一种特定的风机来进行的，但我们为了更能方便的进行设计便选取一种特定的试验用通风机，下面就对该试验风机的各项性能

21、参数作一个详细的介绍。3.1.1 风机的概述风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。风机的主要结构部件是叶轮、机壳、进风口、支架、电机、皮带轮、联轴器、消音器、传动件（轴承）等。风机按工作原理可分为叶片式和容积式及喷射式三类，按出口压力（升压）分为：通风机（1.5万Pa）、鼓风机（1.535万Pa）、压缩机（35万Pa）。常用的形式为叶片式和容积式，尤其以叶片式通风机应用最为广泛。通过对各个不同型号的风机进行对比本次设计决定采用T40轴流风机作为试验用风机。图3-2 T40型通风机外形示意图表3-1 T40型通风机安装尺寸单位：（mm）机号ABCDEFGH

22、IJKn孔d1d2重量kg2.5253275296300118144110163821752256710330333135336014117118319510421027067123.5354382404420165200162228128245315671244044324544801882271842601502803606712550553756560023528323132519135045081012660663866672028233927839023442054081015770773976784033039632545527149063010121588088468729603

23、76453368520298560720101219990995899410804235094155853456308101212191010101059109512004705654626503827009001212213.1.2 风机的性能参数T40型轴流风机是轴流风机大类别里面的一个小系列轴流风机，是当前市场上一种最为常见的，使用比较普遍广泛的通风设备产品，T40型轴流风机主要运用在石油，化工，食品加工，机械制造，工厂车间、仓库、办公室等场合，一般被用来做通风换气，排烟除尘或者加强暖气散热之用，如果将机壳去掉，也可作自由风扇，也可在较长的排气管道内间隔串联安装，以提高管道中的风压。T4

24、0型轴流风机是在原30K4型（又称03-11型）轴流风机的基础上进行改造设计的。T40型轴流风机由于修改了原30K4型风机的翼型，又采用了新型的圆筒轮毂的结构，因之使风机的效率由原来的69%提高到84%。又增强了叶根处的强度，而避免了叶根断裂现象的出现，噪声比原来降低了3.6dB。 本风机由叶轮、机壳、集风器三部分组成： 叶 轮 部：由叶片、轮毂等组成，叶片系圆弧薄板，由薄钢板冲压而成，按所需安装角焊于轮毂外圆上。 机 壳 部：由风筒、底座及支板等组成，均采用薄钢板及型材制成。风筒为直圆筒形，与叶轮之间有一定的间隙。集风器部：为减少气流入口的损失，集风器制成圆弧流线型，由薄钢板冲压或旋压机旋压

25、成形。本系列产品均采用叶轮直接装在电机轴上的直联结构，在叶轮圆周速度不超过60 m/s条件下配以三种转数：2900 r/min、1450 r/min、960 r/min。面对进风口方向看叶轮均为逆时针旋转。本风机按叶轮直径不同共分成十个机号，依次排列为 2.5、3、3.5、4、5、6、7、8、9、10。每一种机号的叶片又可安装成15、20、25、30、35五种角度。本章节性能表中的参数系风机在标准状况下的性能，所谓标准状况即：t = 20 X = 50% P = 101325Pa = 1.2kg/m3当风机在非标准状况下工作时，其性能按下式换算： (3-1) (3-2) (3-3)式中： 、0

26、 指标准状况下的风量、风压、功率、转速和空气密度。 、 、 、 、使用工况下的的风量、风压、功率、转速和空气密度。表3-2 T40 型轴流通风机性能表机号转 速r/min叶 片全 压Pa风 量m3/h轴 功 率kW电 动 机数 量（个）角 度（）型 号功 率kW2.5290041520253035125138140149184113014511861200922720.05780.07830.09920.11450.1657AO25612AO25612AO25622AO25622AO263120.090.090.120.120.18145041520253035 31 34 35 37 46

27、565 724 932101211410.00720.00980.01240.01430.0207JWO6B40.0253290041520253035180199202215266195124983218348139310.1440.1950.2470.2850.413AO26312AO26322AO26322AO27112AO271220.1800.250.250.370.55145041520253035 45 50 51 54 67 97612491609173919580.01800.02440.03080.03560.0516AO256240.093.529004152025303

28、5245272274292363310039715119551962390.3110.4220.5330.6150.892AO27112AO27122AO27122AO28012Y802-20.370.550.550.751.1145041520253035 62 68 69 74 90155219802560276131210.03890.05280.06660.07690.1113AO25614AO25614AO25624AO25624AO263140.060.060.090.090.12429004152025303532135535938247346305918763982409310

29、0.6050.8221.0391.2001.732Y8022Y8022Y8022Y90S2Y90L21.11.11.11.52.2145041520253035 80 88 90 95119231829593820411846580.07560.10270.12990.15000.2168AO271140.255145041520253035125138140149184452257897448805090900.2310.3140.3960.4570.662Y80240.7596041520253035 54 61 62 66 81299238304939533260190.06690.09

30、090.11490.13270.1920Y90S60.253.1.3风机型号确定根据以上对风机的概述以及风机性能参数的详细介绍，决定选用机号2.5，转速1450 r/min，角度为35，全压为46Pa，风量为1141 m3/h，轴功率为0.0207KW的轴流风机。该型号的风机完全能满足本次试验所需的各方面的要求，为本次试验顺利的进行提供了可靠性保证。3.2 传感器型号选择3.2.1 传感器的概述风速传感器是一种将空气的流动速度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。常用的风速传感器有三杯式风速传感器、热线风速计和超声波风速计等。三杯式风速传感器是一款风速测量仪器，本品由壳体、风杯和电路模块组

31、成，内部集成光电转换机构、工业微电脑处理器、标准电流发生器、电流驱动器等。传感器壳体和风杯采用铝合金材料，使用特种模具精密压铸工艺，尺寸公差甚小表面精度甚高，内部电路均经过防护处理，整个传感器具有很高的强度、耐候性、防腐蚀和防水性。电缆接插件为军工插头，具有良好的防腐、防侵蚀性能，能够保证仪器长期使用，同时配合使用风速传感器内部进口轴承系统说明书，确保了风速采集的精确性。电路PCB采用军工级A级材料，确保了参数的稳定和电气性能的品质；电子元件均采用进口工业级芯片，使得整体具有极可靠的抗电磁干扰能力，能保证主机在2050,湿度3585（不结露）范围内均能正常工作。热线风速仪是利用加热的金属丝(热

32、线)的热量损失速率和气流流速之间的关系来求得气流速度的一种仪器。将流速信号转变为电信号的一种测速仪器，也可测量流体温度或密度。其原理是，将一根通电加热的细金属丝（称热线）置于气流中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。它有两种工作模式：恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速；恒温式。热线的温度保持不变，如保持150，根据所需施加的电流可度量流速。恒温式比恒流式应用更广泛。热线长度一般在0.52毫米范围，直径在110微米范围，材料为铂、钨或铂铑合金等。若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的

33、金属膜代替金属丝，即为热膜风速仪，功能与热丝相似，但多用于测量液体流速。热线除普通的单线式外，还可以是组合的双线式或三线式，用以测量各个方向的速度分量。从热线输出的电信号，经放大、补偿和数字化后输入计算机，可提高测量精度，自动完成数据后处理过程，扩大测速功能，如同时完成瞬时值和时均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流参数的测量。热线风速仪与皮托管相比，具有探头体积小，对流场干扰小；响应快，能测量非定常流速；能测量很低速（如低达0.3米/秒)等优点。热线风速仪有两种工作模式：1.恒流式，亦称定电流法，即加热金属丝的电流保持不变，气体带走一部分热量后金属丝的温度就降低，流速愈大温度降低得就愈多；温

34、度变化时，热线电阻改变，两端电压变化，因而测得金属丝的温度则可得知流速的大小。2.恒温式，亦称定电阻法（即定温度法），改变加热的电流使气体带走的热量得以补充，而使金属丝的温度保持不变（也称金属丝的电阻值不变）如保持150，；这时流速愈大则所需加热的电流也愈大，根据所需施加的电流（加热电流值）则可得知流速的大小。恒温式比恒流式应用更广泛。热线风速仪的主要用途有以下几点：1.测量平均流动的速度和方向。2.测量来流的脉动速度及其频谱。3.测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。4.测量壁面切应力（通常是采用与壁面平齐放置的热膜探头来进行的，原理与热线测速相似）。5.测量流体温度（事先测出

35、探头电阻随流体温度的变化曲线，然后根据测得的探头电阻就可确定温度)，除此以外还开发出许多专业用途。超声波风速计是利用发送声波脉冲,测量接收端的时间或频率（多普勒变换）差别来计算风速和风向的风速风向测量仪器。综合上述三种风速传感器的各种特定性能及指标选取三杯式风速传感器作为本次试验用风速传感器。3.2.2 传感器的性能参数3.2.2.1 传感器应用范围本传感器可广泛运用于工程机械领域，铁路、港口、码头、电厂、气象、索道、环境、温室、养殖、空气调节、节能监控、农业、医疗、洁净空间等领域风速的测量，并输出相应的信号。3.2.2.2 传感器技术参数JL-FS2风速传感器传感器样式：三杯式脉冲输出型：

36、NPN输出 PNP输出 NPN输出带内部上拉（4.7K）RS485通讯型电压输出型: 0-5VDC 0-10VDC电流输出型： 4-20mA接线方式：电压：三线制 电流：三线制 数字：四线制TTL电平：三线制 脉冲：三线制电源：DC524V DC1224 V量程：0-30m/s 0-60m/s负载能力: 其他 500 2k最大功耗（DC24V）：脉冲型MAX200mW；电压型MAX300mW；电流型MAX700mW；启动风力：0.40.8m/s：重量：0.5Kg3.2.2.3 结构尺寸图图3-3 结构尺寸图3.2.2.4 传感器功能特点该产品自投入市场以来，以其优异的质量，卓越的性能赢得广大用

37、户的好评，具备以下特点： 外观结构设计合理、美观大方，体积小，便于携带，安装简便。 测量精度高，量程范围宽，稳定性好。 有较强的防腐蚀性和耐候性。 动态特性好，抗外界干扰能力强，测量精度高。 功耗低，电路寿命长，能长期稳定工作； 电源适应范围宽，数据信息线性度好，信号传输距离长。3.2.2.5 传感器的固定方式传感器应水平安装，确保风向数据的准确性；并且还需要一可水平移动和上下伸缩的支架来支撑传感器。采用法兰安装方式，传感器下方安装法兰直径60mm，四个安装孔为6.6mm，四个安装孔均匀分布再47mm的圆周上，安装使用法兰固定安装，安装尺寸如下：图3-4 传感器安装示意图3.2.3 传感器风速

38、测试表3-3 风速与输出信号对应表风速（m/s）电流输出4-20mA电压输出(0-5V)电压输出(1-5V)电压输出(0-2V)14.520.171.130.0725.080.331.270.1335.60.51.40.246.120.671.530.2756.680.831.670.3367.211.80.477.721.171.930.4788.281.332.070.5398.81.52.20.6109.321.672.330.67119.881.832.470.731210.422.60.81310.922.172.730.871411.482.332.870.9315122.5311

39、612.522.673.131.071713.082.833.271.131813.633.41.21914.123.173.531.272014.683.333.671.332115.23.53.81.42215.723.673.931.472316.283.834.071.532416.844.21.62517.324.174.331.672617.884.334.471.732718.44.54.61.82818.924.674.731.872919.484.834.871.933020552结合上述风速传感器的各项参数，本次试验决定采用电压输出方式，电压：0-5V、接线方式：三线制，电

40、源用DC524V。通过一可上下伸缩和水平移动的支架来移动传感器便可方便的采集到通风机出风口某一个截面上若干个点的风速信号，由风速与输出信号对应表可看出风速传感器所采集的风速信号与传感器输出的电压信号成一定线性关系，然后再通过单片机等核心元件的处理运算，可以根据风速传感器输出的电压信号得到风机输出的相对应的风速信号值。图3-5 传感器信号输入电路图从以上电路图可看出，该三线制传感器一端接电源一端接地另一端输出电压信号接入模数转换器的信号输入端（IN0），这样通过模数转换器就能使得单片机快速的计算出风速值。3.3 单片机系统设计3.3.1 单片机的概述 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控

41、制器（Micro Controller Unit）单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机6。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、

42、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。单片机作为计算机发展的一个重要分支领域，根据发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。对单片机的各个型号进行对比，本次设计决定采用AT89S52单片机作为核心处理元件。3.3.2 AT89S52技术参数图3-6 AT89S52实物图AT89S52低功耗高性能CMOS 8位单片机，片内8k Byt

43、es ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器，器件采用ATMEL公司之高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51指令系统及80C51引脚结构，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。单芯片上，拥有8 位CPU及在系统可编程FLASH，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效之解决方案。AT89C52低电压高性能CMOS 8位单片机，片内8k bytes的可反复擦写的FLASH只读程序存储器及256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储

44、技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器及FLASH存储单元，功能强大之AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制之应用场合。AT89C52及AT89S52之别，在于C及S， C表示需用并行编程器下载（接线多且复杂），S表示可支持ISP下载，可在89S52系统板上面预留ISP下载接口，ISP下载线可方便地自制，一74HC373，若干电阻，连接电脑并口就可用软件将hex文件下载至89S52。相比较AT89C52及AT89S52 ，以方便计，选用AT89S52。AT89S52功能：8k字节FLASH，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三

45、个16 位定时器/计数器，一6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一中断或硬件复位为止。P0口8位漏极开路之双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。访问外部程序和数据存储器时，P0口亦被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口亦用来接收指令字节；在程序校验时

46、，输出指令字节。程序校验时，需外部上拉电阻。P1口有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可作输入口用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可作输入口用。作输入用时，被外部拉低的引脚因内部电阻，将输出电流（IIL）。此外，P1.0及P1.2分别作定时器/计数器2之外部计数输入（P1.0/T2）及时器/计数器2之触发输入（P1.1/T2EX），详见表1所示。在flash编程及校验时，P1口接收低8位地址字节。 表

47、3-4 引脚功能表引脚号第二功能P1.1T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.2T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2口有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写1时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可作输入口。作输入用时，被外部拉低的引脚因内部电阻，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR） 时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口用很强的内

48、部上拉发送1。在用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器之内容。在FLASH编程及校验时，P2口亦接收高8位地址字节及一些控制信号。 P3口有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可用作输入口。作输入用时，被外部拉低的引脚因内部电阻之原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）用，如表3-6所示。在FLASH编程及校验时，P3口亦接收些控制信号。此外，P3口亦接收些用于FLASH闪存编程及程序校验的控制信号。 RST复位输入。振荡器工作时，RST引

49、脚有两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 表3-5 端口引脚功能图端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)ALE/PROG访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定之脉冲信号，故它可对外输出时钟或用于定时目的。需注意：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程

50、期间，该引脚亦用于输入编程脉冲（PROG）。若必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX及MOVC指令方能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器之读选通信号，AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP外部访问允许，要CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端须保持低电平（接地）。

51、需注意：若加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。若EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器之指令。 XTAL1振荡器反相放大器及内部时钟发生电路之输入端。XTAL2振荡器反相放大器之输出端。图3-7 AT89S52引脚功能图上图为单片机引脚功能电路图，P1.0为单片机电源开关控制键，外接一个一个单刀开关，P1.5P1.7外接ISP下载端口实现单片机在线编程功能，RST外接一个复位电路可实现单片机的复位功能，RXD与TXD为串行输入输出端口外接转换电平器的输出输入端以实现和串口的正确连接，WR和RD为单片机的写信号和读信号端口与P2.7作为片选信号通过两个或非门与模数转换器的ALE、START和OE控制其地址锁存和转换启动以及允许信号输出7，INT1为外中断1口与模数转换器的EOC外加一个反相器以读取A/D转换结果并存于RAM中然后启动下一次转换，XTAL1,2外接一个时钟电路控制单片机的运行速度，P0.0P0.7为单片机输入端口与锁存器的D0D7口相连，ALE通过一个触发器与A/D转换器的CLOCK端口连接以达到分频的作用。通过上述的各个引脚连接就能实现单片机的功能。图3-8 单片机最小系统3.3.3 单