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新型便攜式傾角傳感器設(shè)計針對傳統(tǒng)測角儀體積大、讀取困難的問題，設(shè)計了一種新型便攜式測角儀。P2采用C8051單片機。通過單片機的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采集0口傳感器的輸出電壓并進行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量首先經(jīng)過平均值濾波器處理，然后轉(zhuǎn)換成角度，最后通過液晶顯示器輸出角度測量值。同時，還設(shè)計了RS-232通信模塊。它用于與主機通信。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思想，具有重量輕、體積小、電池供電、使用方便等特點。結(jié)果表明:在0-90。系統(tǒng)的最小分辨率為0。1. ，靈敏度為0。02 V /°，具有良好的重復(fù)性和線性度。 0引言 傾角傳感器用于測量儀器相對于水平面的傾角，在航空、太陽能2J、自動水準(zhǔn)儀j、軍事j、高精度科學(xué)設(shè)備等方面發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的傾斜傳感器由于可靠性強、精度高，在水平、垂直和角度測量領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，在許多專業(yè)領(lǐng)域作為配套儀器得到了廣泛的應(yīng)用。但是在相對惡劣的環(huán)境條件和沒有市電供電的狀態(tài)下，這種傳感器產(chǎn)品是無法進行測量的。因此，研究適應(yīng)惡劣環(huán)境、機身體積小、重量輕、電池供電、使用方便、靈活的傾角傳感器產(chǎn)品是一個迫切需要解決的問題。作者設(shè)計了一種基于c8051f310單片機的傾角測量系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，傾角傳感器的最小分辨率為0。1. 其重復(fù)性和線性度都比較合理，可應(yīng)用于各種高精度儀器的水準(zhǔn)和角度測量系統(tǒng)中，具有非常高的應(yīng)用價值。 1電路系統(tǒng)方案 角度傳感器sca60c傳感器輸出的電壓信號與角度呈正態(tài)相關(guān)，通過Analog (Analog to digital，以下簡稱:a /D)轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號傳輸給微處理器C805 1F3 10進行濾波、限幅、角度處理，使其成為對應(yīng)角度的實時信號，通過顯示模塊顯示，實現(xiàn)人機界面。另外配置RS-232信號通信模塊，系統(tǒng)通過RS-232信號通信模塊傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與上位機的通信。電路系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。經(jīng)過分析，傾角傳感器分為以下六大主要模塊:傳感器傳感模塊、電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器模塊、顯示模塊和RS-232信號傳輸模塊。 1.1傳感器傳感器元件模塊 SC A60C是芬蘭VTI科技公司推出的一款分辨率高、噪音低、穩(wěn)定性好、抗沖擊性強的單軸傾斜傳感器芯片。該芯片可用于測量物體是處于水平、垂直位置還是與水平呈一定角度，它實際上是一個加速度計，其內(nèi)部由敏感元件、測量電路、增益放大和濾波模塊組成，它通過測量地球在測量方向上的重力，將其轉(zhuǎn)換成傾斜角度。用公式(1)將角度轉(zhuǎn)換為模擬量輸出:
式(1)中，為角度傳感元件的輸出電壓;為輸入角;是模塊在水平位置的輸出電壓(輸出值通常為2)。5 V);V是模塊的靈敏度(其靈敏度為每重力加速度2v)。為了獲得更好的準(zhǔn)確性，請使用實際輸出值而不是通常的值。該傳感器靈敏度高，在小角度范圍內(nèi)，其傾斜產(chǎn)生的電導(dǎo)率信號與實際角度具有良好的線性相關(guān)性，可用于實現(xiàn)精確的角度測量。該傳感器對溫度變化不敏感，因此溫度變化對測量精度的影響很小。 1.2電源模塊 為了給電路中的傾斜傳感器SCA 60C和通信轉(zhuǎn)換芯片MA X 232 cep提供+ 5v電壓，作者采用了lm78i ~ 5A CZ穩(wěn)定芯片。通過該芯片可以為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的+ 5V電壓，電源為9V干電池。為C805 1F3 10單片機提供+ 3。在3V電壓下，作者使用的是ms1117核心芯片，通過該芯片可以為單片機提供穩(wěn)定的+ 3電源。3v電壓。
圖2電源模塊 1. 3微處理器模塊 本電路采用單片機C805 1f310作為微處理器主模塊單元的核心。c805 1f310單片機應(yīng)用廣泛，有更多的源代碼可供學(xué)習(xí)，減少了工作量，縮短了開發(fā)時間。c805 1f310單片機具有8 1024字節(jié)的程序存儲器，其提供的程序存儲器容量大，輸入輸出接口方便靈活，受到廣大工控設(shè)計人員的青睞。 1. 4 A/D轉(zhuǎn)換模塊 模擬信號選定后，必須進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成微處理器能夠識別的數(shù)字信號。系統(tǒng)的模擬信號是電壓信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將每個角度對應(yīng)的電壓值轉(zhuǎn)換成唯一的二進制數(shù)字信號，這就是微處理器能夠識別和處理的信號。 C805 1F310單片機模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to D digital Converter，以下簡稱Adc)集成了兩個25通道模擬復(fù)用器和一個每秒采樣20萬次的10位逐次逼近型Adc。直流可以單端或差分模式工作，模擬多路復(fù)用器選擇直流P1.0到P3的正、負(fù)輸入。4和G、N、D中的任意一個都可以作為負(fù)輸入，P1.0 ~ P3。4. 可以選擇片上溫度傳感器輸出和正電源中的任意一個作為正輸入，如圖3所示。只有當(dāng)ADAC控制寄存器中的ADOEN位設(shè)置為“1”時，ADC子系統(tǒng)才能啟動。當(dāng)位doen為0時，子系統(tǒng)adc0處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)選擇gnd為負(fù)輸入時，直流工作在單端模式。在所有其他模式下，直流工作在差分模式。adc的輸入通道是通過對寄存器amxo P和amxon的值進行調(diào)諧來實現(xiàn)的。在每次轉(zhuǎn)換結(jié)束時，轉(zhuǎn)換結(jié)果的高字節(jié)和低字節(jié)保存在寄存器A DCOH和A DCOL中。在本次設(shè)計中，作者采用單端工作模式，選擇P2。端口0為模塊A、D、C的正輸入，端口G、N、D為模塊A、D、C的負(fù)輸入。
圖3 A/D模塊 1.5MSC 1602a液晶顯示模塊 液晶顯示器具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕量化等諸多優(yōu)點，因此在各種儀器儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計采用常用的2線16字SMC 1602A液晶模塊顯示測量角度。SMC1602A液晶模塊與單片機的連接示意圖如圖4所示。 單片機的P1口與SMC 1602A液晶模塊的數(shù)據(jù)口相連，進行數(shù)據(jù)傳輸和命令。P2端口控制R S、R/W和e端使能。R S為數(shù)據(jù)/命令選擇終端，高功率小時傳輸次數(shù)和低功率小時命令傳輸次數(shù)。R/W為讀寫控制終端。高功率讀，低功率寫。當(dāng)rs和R/W同時處于低功耗時，可以寫指令或顯示地址;當(dāng)信噪比低、信噪比高時，可讀忙音。當(dāng)RS高，R/w低時，可以寫入數(shù)據(jù)。E表示啟用結(jié)束。當(dāng)E由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，LCD模塊執(zhí)行該命令。D0和D7為8位數(shù)據(jù)線。V L為液晶模塊的比例調(diào)節(jié)端， 當(dāng)連接到正電源時，對比度最弱，接地時該比率最高。當(dāng)比率過高時，可以通過10千歐姆電位器調(diào)節(jié)“鬼影”。
圖 4 單片機與SMC1602A液晶模塊連接圖 1. 6 RS-232通信模塊 系統(tǒng)還提供RS與上位機通信。因此需要將單片機的TX - D端晶體管-晶體管邏輯電平轉(zhuǎn)換為上位機可以接收的RS。232電平信號。在RS.232通信模塊中，主控芯片為美亞通信公司的m&x2 32C PE芯片。這個芯片可以用來轉(zhuǎn)動晶體管。晶體管邏輯電平轉(zhuǎn)換為RS-232電平，也可以將RS-232電平轉(zhuǎn)換為晶體管。晶體管邏輯級，屬于雙向驅(qū)動接收器。系統(tǒng)使用該芯片作為與上位機連接的處理單元，將系統(tǒng)信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C。用戶可以在RS-232協(xié)議允許的距離內(nèi)通過上位機采集傾角傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，也可以方便地利用這些數(shù)據(jù)進行反向處理。電路如圖5所示。
2、軟件設(shè)計 軟件設(shè)計也采用模塊化設(shè)計原則。將實現(xiàn)各個功能的模塊程序制作成子程序，然后在主程序中調(diào)用。根據(jù)水平傾角測量儀系統(tǒng)的需要，將其分為以下五個子模塊:單片機輸入輸出初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換器初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集與發(fā)送到單片機模塊、數(shù)據(jù)傳輸與顯示模塊到液晶模塊、rs . 232數(shù)據(jù)傳輸模塊。軟件流程圖如圖6所示，具體的程序代碼在此不再贅述。 3 實驗驗證 為了測試系統(tǒng)的性能，使用角度發(fā)生器設(shè)置儀器傾斜角度，每次傾斜1。記錄數(shù)據(jù)一次，從0到90。在陽性和陰性范圍內(nèi)進行檢測并記錄，最終得到兩組數(shù)據(jù)，如表1所示。這樣可以測試傳感器的可重復(fù)性和線性度。采用最小二乘法對直線進行擬合，因為其擬合精度最高。擬合直線方程為:Y = x10。18、系統(tǒng)的線性度為:A rnax /】，f = 0。279/9 0 = 0。00 31 (Am ax為真實特性曲線與擬合曲線之間的最大偏差，為傳感器的滿量程輸出)。最小分辨率0.1°，靈敏度2/90 0≈0.02}
表 1 系統(tǒng)性能測試 4 結(jié) 語 筆者設(shè)計 的新型便攜式傾角傳感器系統(tǒng)通過電源管理模塊改變 了電源 的供 電方式 ， 實現(xiàn) 了干電池供 電； 通過微 處理器 主控單 元控制 了顯示 、R S -232 數(shù)據(jù)傳輸?shù)确绞?的人機接 口，改造 了原有傳感器產(chǎn)品只具備模擬量輸 出的接 口方式 ，縮 小了產(chǎn)品體積 ，機體外殼采用長方體形狀 ， 機體外殼長 ×寬 ×高 = 120m m ×80m m ×40m m ，安裝板測量面長 ×寬 ×高 = 110 r a m ×60 m m X 35m m ． 本機 的結(jié)構(gòu)外形尺寸比原有 的一體化結(jié)構(gòu) 的傳統(tǒng)儀器要小許多 ，其體積 比文獻 [9 ] 中的體積更小 ， 更便 于攜帶． 傾角傳感器技術(shù) 的應(yīng)用 給水平傾 角測量領(lǐng)域提供了更多新 的選擇 ，滿 足工業(yè)現(xiàn)場 對角度測量的廣泛應(yīng)用需求． 參考文獻 ： [1] 盧衛(wèi)平 ，黃鳴豐 ，孫永 榮． 傾 角傳感 器在 太 陽能 跟蹤系統(tǒng) 中 的 應(yīng) 用 研 究 [J ] ． 現(xiàn) 代 電 子 技 術(shù) ， 2012 ， 35( 1 ) ：129 —13 1． [3] 楊興瑤 ，劉行景． 高精度 電子傾 角傳感器 及其在 自動調(diào)平儀中的應(yīng)用[J] ． 江蘇機械制造與 自動化 ， 1994 ，(6 ) ：34 —3 5 ． 班寧產(chǎn)品匯總 |
