MEMS風(fēng)速風(fēng)向傳感器的算法研究及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、氣象要素如溫濕度、氣壓、風(fēng)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(guān)，并在國(guó)家的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象監(jiān)測(cè)、航空航天、資源采集開(kāi)發(fā)、交通旅游、設(shè)施開(kāi)發(fā)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等很多領(lǐng)域都有著舉足輕重的作用。風(fēng)速風(fēng)向做為一組核心的參數(shù)，在常規(guī)氣象測(cè)量領(lǐng)域更是至關(guān)重要。而傳統(tǒng)的風(fēng)速計(jì)多采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，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(fēng)速風(fēng)向傳感器可以對(duì)外界風(fēng)力風(fēng)向進(jìn)行獨(dú)立、系統(tǒng)級(jí)的采集測(cè)量，

2、并且具有高可靠性和低成本的特點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)可替代傳統(tǒng)風(fēng)速計(jì)成為主流。
　　本文圍繞實(shí)驗(yàn)室最新設(shè)計(jì)的熱式風(fēng)速計(jì)的芯片結(jié)構(gòu)，在硬件電路架構(gòu)基礎(chǔ)上開(kāi)展了系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，其重點(diǎn)在于軟件框架的設(shè)計(jì)、功能模塊的實(shí)現(xiàn)以及程序算法的設(shè)計(jì)優(yōu)化。本文從軟件的角度實(shí)現(xiàn)了各種適應(yīng)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(gè)功能模塊進(jìn)行獨(dú)立化處理，每個(gè)單獨(dú)的功能模塊都介紹了其具體實(shí)現(xiàn)方法和設(shè)計(jì)考慮，

3、并將工程中遇到的問(wèn)題加以討論，列出了注意事項(xiàng)。風(fēng)速和風(fēng)向的計(jì)算和溫漂補(bǔ)償是風(fēng)速傳感器系統(tǒng)的核心，在介紹完風(fēng)速風(fēng)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(bǔ)償?shù)榷鄠€(gè)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(fēng)速風(fēng)向算法的精度較高(0.5m/s±3％)，但在高風(fēng)速下風(fēng)速誤差有變大趨勢(shì)并且測(cè)試量較大(10h)，改進(jìn)的大量程低溫漂的風(fēng)速風(fēng)向算法兼顧風(fēng)速計(jì)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(yīng)的影響使得在極端情況下的精度有所降低?？紤]到溫度效應(yīng)影響后的風(fēng)速風(fēng)向算法能夠達(dá)到對(duì)線性插值算法的溫度補(bǔ)償效果，進(jìn)而實(shí)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(fēng)速風(fēng)向算法，使熱風(fēng)速風(fēng)向傳感器即可以保持高精度的測(cè)試，又可以達(dá)到降低測(cè)試量的目標(biāo)，同時(shí)還能兼顧到溫度特性。
　　經(jīng)實(shí)際測(cè)試，性能指標(biāo)均達(dá)到要求，其中:風(fēng)速的測(cè)量范圍為