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新型便携式倾角传感器设计针对传统测角仪体积大、读取困难的问题，设计了一种新型便携式测角仪。P2采用C8051单片机。通过单片机的模数转换模块采集0口传感器的输出电压并进行转换。转换后的数字量首先经过平均值滤波器处理，然后转换成角度，最后通过液晶显示器输出角度测量值。同时，还设计了RS-232通信模块。它用于与主机通信。本系统采用模块化设计思想，具有重量轻、体积小、电池供电、使用方便等特点。结果表明:在0-90。系统的最小分辨率为0。1. ，灵敏度为0。02 V /°，具有良好的重复性和线性度。 0引言 倾角传感器用于测量仪器相对于水平面的倾角，在航空、太阳能2J、自动水准仪j、军事j、高精度科学设备等方面发挥着重要作用。传统的倾斜传感器由于可靠性强、精度高，在水平、垂直和角度测量领域发挥着重要的作用，在许多专业领域作为配套仪器得到了广泛的应用。但是在相对恶劣的环境条件和没有市电供电的状态下，这种传感器产品是无法进行测量的。因此，研究适应恶劣环境、机身体积小、重量轻、电池供电、使用方便、灵活的倾角传感器产品是一个迫切需要解决的问题。作者设计了一种基于c8051f310单片机的倾角测量系统。实验结果表明，倾角传感器的最小分辨率为0。1. 其重复性和线性度都比较合理，可应用于各种高精度仪器的水准和角度测量系统中，具有非常高的应用价值。 1电路系统方案 角度传感器sca60c传感器输出的电压信号与角度呈正态相关，通过Analog (Analog to digital，以下简称:a /D)转换将其转换为数字信号，并将数字信号传输给微处理器C805 1F3 10进行滤波、限幅、角度处理，使其成为对应角度的实时信号，通过显示模块显示，实现人机界面。另外配置RS-232信号通信模块，系统通过RS-232信号通信模块传输数据，实现与上位机的通信。电路系统设计采用模块化设计方法，系统结构如图1所示。经过分析，倾角传感器分为以下六大主要模块:传感器传感模块、电源模块、A/D转换模块、微处理器模块、显示模块和RS-232信号传输模块。 1.1传感器传感器元件模块 SC A60C是芬兰VTI科技公司推出的一款分辨率高、噪音低、稳定性好、抗冲击性强的单轴倾斜传感器芯片。该芯片可用于测量物体是处于水平、垂直位置还是与水平呈一定角度，它实际上是一个加速度计，其内部由敏感元件、测量电路、增益放大和滤波模块组成，它通过测量地球在测量方向上的重力，将其转换成倾斜角度。用公式(1)将角度转换为模拟量输出:
式(1)中，为角度传感元件的输出电压;为输入角;是模块在水平位置的输出电压(输出值通常为2)。5 V);V是模块的灵敏度(其灵敏度为每重力加速度2v)。为了获得更好的准确性，请使用实际输出值而不是通常的值。该传感器灵敏度高，在小角度范围内，其倾斜产生的电导率信号与实际角度具有良好的线性相关性，可用于实现精确的角度测量。该传感器对温度变化不敏感，因此温度变化对测量精度的影响很小。 1.2电源模块 为了给电路中的倾斜传感器SCA 60C和通信转换芯片MA X 232 cep提供+ 5v电压，作者采用了lm78i ~ 5A CZ稳定芯片。通过该芯片可以为系统提供稳定的+ 5V电压，电源为9V干电池。为C805 1F3 10单片机提供+ 3。在3V电压下，作者使用的是ms1117核心芯片，通过该芯片可以为单片机提供稳定的+ 3电源。3v电压。
图2电源模块 1. 3微处理器模块 本电路采用单片机C805 1f310作为微处理器主模块单元的核心。c805 1f310单片机应用广泛，有更多的源代码可供学习，减少了工作量，缩短了开发时间。c805 1f310单片机具有8 1024字节的程序存储器，其提供的程序存储器容量大，输入输出接口方便灵活，受到广大工控设计人员的青睐。 1. 4 A/D转换模块 模拟信号选定后，必须进行模数转换，将模拟信号转换成微处理器能够识别的数字信号。系统的模拟信号是电压信号，经过模数转换后，将每个角度对应的电压值转换成唯一的二进制数字信号，这就是微处理器能够识别和处理的信号。 C805 1F310单片机模数转换器(Analog to D digital Converter，以下简称Adc)集成了两个25通道模拟复用器和一个每秒采样20万次的10位逐次逼近型Adc。直流可以单端或差分模式工作，模拟多路复用器选择直流P1.0到P3的正、负输入。4和G、N、D中的任意一个都可以作为负输入，P1.0 ~ P3。4. 可以选择片上温度传感器输出和正电源中的任意一个作为正输入，如图3所示。只有当ADAC控制寄存器中的ADOEN位设置为“1”时，ADC子系统才能启动。当位doen为0时，子系统adc0处于关断状态。当选择gnd为负输入时，直流工作在单端模式。在所有其他模式下，直流工作在差分模式。adc的输入通道是通过对寄存器amxo P和amxon的值进行调谐来实现的。在每次转换结束时，转换结果的高字节和低字节保存在寄存器A DCOH和A DCOL中。在本次设计中，作者采用单端工作模式，选择P2。端口0为模块A、D、C的正输入，端口G、N、D为模块A、D、C的负输入。
图3 A/D模块 1.5MSC 1602a液晶显示模块 液晶显示器具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻量化等诸多优点，因此在各种仪器仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。本设计采用常用的2线16字SMC 1602A液晶模块显示测量角度。SMC1602A液晶模块与单片机的连接示意图如图4所示。 单片机的P1口与SMC 1602A液晶模块的数据口相连，进行数据传输和命令。P2端口控制R S、R/W和e端使能。R S为数据/命令选择终端，高功率小时传输次数和低功率小时命令传输次数。R/W为读写控制终端。高功率读，低功率写。当rs和R/W同时处于低功耗时，可以写指令或显示地址;当信噪比低、信噪比高时，可读忙音。当RS高，R/w低时，可以写入数据。E表示启用结束。当E由高电平变为低电平时，LCD模块执行该命令。D0和D7为8位数据线。V L为液晶模块的比例调节端， 当连接到正电源时，对比度最弱，接地时该比率最高。当比率过高时，可以通过10千欧姆电位器调节“鬼影”。
图 4 单片机与SMC1602A液晶模块连接图 1. 6 RS-232通信模块 系统还提供RS与上位机通信。因此需要将单片机的TX - D端晶体管-晶体管逻辑电平转换为上位机可以接收的RS。232电平信号。在RS.232通信模块中，主控芯片为美亚通信公司的m&x2 32C PE芯片。这个芯片可以用来转动晶体管。晶体管逻辑电平转换为RS-232电平，也可以将RS-232电平转换为晶体管。晶体管逻辑级，属于双向驱动接收器。系统使用该芯片作为与上位机连接的处理单元，将系统信号数据传输到上位机。用户可以在RS-232协议允许的距离内通过上位机采集倾角传感器系统的数据，也可以方便地利用这些数据进行反向处理。电路如图5所示。
2、软件设计 软件设计也采用模块化设计原则。将实现各个功能的模块程序制作成子程序，然后在主程序中调用。根据水平倾角测量仪系统的需要，将其分为以下五个子模块:单片机输入输出初始化模块、A/D转换器初始化模块、A/D转换器数据采集与发送到单片机模块、数据传输与显示模块到液晶模块、rs . 232数据传输模块。软件流程图如图6所示，具体的程序代码在此不再赘述。 3 实验验证 为了测试系统的性能，使用角度发生器设置仪器倾斜角度，每次倾斜1。记录数据一次，从0到90。在阳性和阴性范围内进行检测并记录，最终得到两组数据，如表1所示。这样可以测试传感器的可重复性和线性度。采用最小二乘法对直线进行拟合，因为其拟合精度最高。拟合直线方程为:Y = x10。18、系统的线性度为:A rnax /】，f = 0。279/9 0 = 0。00 31 (Am ax为真实特性曲线与拟合曲线之间的最大偏差，为传感器的满量程输出)。最小分辨率0.1°，灵敏度2/90 0≈0.02}
表 1 系统性能测试 4 结 语 笔者设计 的新型便携式倾角传感器系统通过电源管理模块改变 了电源 的供 电方式 ， 实现 了干电池供 电； 通过微 处理器 主控单 元控制 了显示 、R S -232 数据传输等方式 的人机接 口，改造 了原有传感器产品只具备模拟量输 出的接 口方式 ，缩 小了产品体积 ，机体外壳采用长方体形状 ， 机体外壳长 ×宽 ×高 = 120m m ×80m m ×40m m ，安装板测量面长 ×宽 ×高 = 110 r a m ×60 m m X 35m m ． 本机 的结构外形尺寸比原有 的一体化结构 的传统仪器要小许多 ，其体积 比文献 [9 ] 中的体积更小 ， 更便 于携带． 倾角传感器技术 的应用 给水平倾 角测量领域提供了更多新 的选择 ，满 足工业现场 对角度测量的广泛应用需求． 参考文献 ： [1] 卢卫平 ，黄鸣丰 ，孙永 荣． 倾 角传感 器在 太 阳能 跟踪系统 中 的 应 用 研 究 [J ] ． 现 代 电 子 技 术 ， 2012 ， 35( 1 ) ：129 —13 1． [3] 杨兴瑶 ，刘行景． 高精度 电子倾 角传感器 及其在 自动调平仪中的应用[J] ． 江苏机械制造与 自动化 ， 1994 ，(6 ) ：34 —3 5 ． 班宁产品汇总 |
