MEMS風速風向傳感器的算法研究及優(yōu)化設計.pdf

1、氣象要素如溫濕度、氣壓、風力、光照條件、雨量、空氣指數(shù)等與人們的日常生活密切相關，并在國家的工業(yè)、農業(yè)、氣象監(jiān)測、航空航天、資源采集開發(fā)、交通旅游、設施開發(fā)建設、環(huán)境保護等很多領域都有著舉足輕重的作用。風速風向做為一組核心的參數(shù)，在常規(guī)氣象測量領域更是至關重要。而傳統(tǒng)的風速計多采用機械結構，有體積大且成本高的缺陷，并且由于夾雜有人工因素，故精密程度也受到一定程度的限制。MEMS風速風向傳感器可以對外界風力風向進行獨立、系統(tǒng)級的采集測量，

2、并且具有高可靠性和低成本的特點，其優(yōu)點可替代傳統(tǒng)風速計成為主流。
　　本文圍繞實驗室最新設計的熱式風速計的芯片結構，在硬件電路架構基礎上開展了系統(tǒng)軟件部分的設計與優(yōu)化，其重點在于軟件框架的設計、功能模塊的實現(xiàn)以及程序算法的設計優(yōu)化。本文從軟件的角度實現(xiàn)了各種適應性的功能模塊，如AD/DA模塊、UART模塊、I2C模塊、RTC模塊、外部中斷模塊等。本文將各個功能模塊進行獨立化處理，每個單獨的功能模塊都介紹了其具體實現(xiàn)方法和設計考慮，

3、并將工程中遇到的問題加以討論，列出了注意事項。風速和風向的計算和溫漂補償是風速傳感器系統(tǒng)的核心，在介紹完風速風向算法的原理之后，分別從變量的選取、線性插值算法、模式切換、溫度補償?shù)榷鄠€方面優(yōu)化并完善了整體的軟件框架和程序算法。其中，基于線性插值算法的風速風向算法的精度較高(0.5m/s±3％)，但在高風速下風速誤差有變大趨勢并且測試量較大(10h)，改進的大量程低溫漂的風速風向算法兼顧風速計算精度以及大量程的要求（量程為0～40m/s、

4、精度為0.5m/s±3％），但由于其并未真正考慮到溫度效應的影響使得在極端情況下的精度有所降低?？紤]到溫度效應影響后的風速風向算法能夠達到對線性插值算法的溫度補償效果，進而實現(xiàn)了大量程(0～40m/s)、低溫漂(0.5m/s±3％)、寬溫度范圍(-20℃～40℃)的風速風向算法，使熱風速風向傳感器即可以保持高精度的測試，又可以達到降低測試量的目標，同時還能兼顧到溫度特性。
　　經(jīng)實際測試，性能指標均達到要求，其中:風速的測量范圍為