基于MPXV7002的鸡舍风速测量技术设计

2023-03-04

1. 硬件设计

本设计的硬件系统主要由三部分组成, 包括主控制器、数据采集模块与LCD显示模块。主控制器采用STM32F103RCT6, 此型号单片机是STM32F10系列中高容量存储器芯片, 是设本计的核心嵌入式处理控制芯片, 内置片内AD不需要再另外添加, 方便对AD值进行采取, 同时选用STM32F103RCT6也是因为此芯片具有功能强大、体积小、廉价的特点。数据采集模块利用MPXV7002DP来进行压强测量, 图1是模块压力对应的电压输出。

MPXV7002DP传感器通过5v电压驱动, 输出电压0-4.5v, 传感器本身没有将0v作为参考点, 而是以2.5v为参考电压。将测得的电压输出转换为对应的压强, 代入流体力学公式求得风速。将主控模块STM32F103RCT6的端口与MPXV7002DP的数据输出端TXD相接进行数据传输, MPXV7002DP的VCC与GND分别接到控制芯片的+5v与GND端口。

LCD显示模块采用LCD12864液晶显示屏

L C D 1 2 8 6 4显示屏是汉字图像显示模块, 外观尺寸93×70×12.5mm, 最多可显示64个中文字符, 通过既可通过8位并行与主控器相连接也可通过串行方式与主控器相连接, 本设计中采用了并行传输的方式, LCD的逻辑工作电压4.5-5v, LCD12864的引脚与单片机的PC6/7/8/9/10以及PB6/7/8/9/10相连接。

风速测量的实验过程中, 利用串口助手让测得风速值于上位机显示, 检验获得的风速值, 对数据进行处理并用显示屏进行显示。完成后可以通过10000mah充电电源供电, 省去了接线的繁琐步骤。

2. 风速测量原理

对于风这类流体的流速精确测量难以直接测得, 一般测量风速的模块采用的是利用热耗散、热传导产生电势变化进而转化为流体流速。本设计应用在鸡舍低风速的情况下对风速的大致测量, 通过MPXV7002DP压力传感器输出连续的电压值, STM32F103的片内AD可以实现对此模拟信号的周期采样, 通过软件计算得出压力值P= (V/5-0.5) /0.2。将获取的P值代入伯努利方程计算出风速值:

式中, P为流体中某点的压强, V为流体该点的流速, ρ为流体密度, g为重力加速度, H为测量点所在高度, C为常量[1]。由于空气密度ρ随温度变化不大, 本文中将此参数值设置为1.29kg/m3, 所参照的鸡舍系统通风口

高度固定为H=3m, g取9.8m/s2, C需要通过软件设定。最后由伯努利方程计算速度结果:

3. 软件设计

编程的内容主要包括在主函数中对LCD初始化, 对单片机片内置AD初始化, 串口波特率设置为9600, 主控芯片周期循环刷新检测是否采集到AD值, 如有AD值则进行速度转换, 通过串口输出到显示屏上。

主程序循调用部分如下:POINT_COLOR=BLUE;//LCD显示函数调用设置蓝色字体

LCD_Show String (60, 130, 200, 16, 16, "风速v:") ;//显示提示信息

LCD_Showx Num (156, 130, v, 4, 16, 0) ;//显示风速

adcx=Get_Adc_Average (ADC_Channel_1, 10) ;//通过信道1调用函数获得AD值

temp= (float) adcx* (2.5/4096) ;//设置参考电压2.5v, 将AD值转换为电压

p= (temp/5-0.5) /0.2;//根据MPXV7002DP的输出电压与压强曲线转换压强

v=sqrt (2* (c-1*9.8*3) /p) //设置参数值c, 通过伯努利方程求得风速v

4. 设计成果

风洞测试的标准中还需要考虑气流稳定性以及紊流度因素的影响, 但由于鸡舍内风速较小并且风速变化较缓慢, 所以对测量的频率以及数值的精确度没有极高的需求, 所以我们应用于特定环境时可以做不用的要求。

设计最终成果可以在显示屏上显示鸡舍通风口出的风速值, 主控制器每隔3s获取一次AD值并计算出相应的风速值。经过实际测量, 此设计成本低, 对于风速精度要求不高, 适合定点采集风速值。

摘要：介绍一种以STM32为核心控制芯片, 基于MPXV7002DP传感器的风速测量的技术。设计使用一块串口显示屏, 充分利用STM32F103片内置AD, 对MPXV7002DP输出的电压值周期采样, 利用转换公式计算压强, 通过伯努利方程获得风速值。本设计体积小, 功耗低, 方便实现对风速的测量, 并通过显示屏供用户查看。

关键词：鸡舍风速测量,设计,原理