基于STM32的风速风向测试系统设计

摘要

乘坐舒适性是影响高速动车组运行质量的重要因素,综合舒适度取代传统的平稳性和舒适度指标对其进行评价与分析,这对我国动车组技术的引进、消化、吸收及创新具有十分重要的意义。综合舒适度测试对象包括车厢风速、风向在内的多种参数,用于跟踪动车组的运行状况。动车组试验在我国处于研究探索阶段,测试方案设计及仪器开发均属于全新课题,设计一款符合要求的风速风向测试系统保证了试验数据的可靠性。另外,该系统也可应用于多种恶劣环境下的风速风向观测,为测风技术研究提供了一种可行的方案。
　　 分析现有风速风向测试设备优缺点,论文给出了符合设计要求的系统框图,软硬件设计采用模块化设计思想。系统完成传感器检测信号输入、调理、存储和液晶显示,借助文件系统对采集数据进行管理,液晶模块代替上位机软件实现动态波形显示,预留多种接口方便功能扩展。该系统具有良好的人机界面,智能化程度较高且体积灵巧,能够轻松完成多点的数据采集。
　　 系统设计首先介绍了常用测风传感器的工作原理,主要包括皮托管式传感器、热式传感器、机械式传感器和超声波式传感器,并分析了各类传感器的特性,综合考虑确定选用机械式传感器；其次,硬件电路设计以高性能的STM32微控制器为核心搭建硬件平台,具有信号采集和处理、SD卡数据存储、TFT液晶显示和RS232通信功能,JTAG接口实现系统跟踪调试,电源电路为系统提供了可靠的电源；最后,软件设计阐述了系统各模块的设计思想和主要流程,重点介绍了SD卡底层驱动和FAT32文件系统解决方案,TFT液晶模块的动态波形显示技术包含归一化、插值描点和更新方式,其中插值算法使用拉格朗日多项式法并取得了满意的波形,在该应用领域是一种新的尝试。
　　 根据样机调试和现场测试,该风速风向测试系统达到了设计的预期目标,并且工作稳定,性能良好,满足便携式测试系统的要求。论文最后对系统误差进行了分析,为以后系统改进做好了准备。