專利名稱：高精度便攜式數(shù)字水平儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量裝置，特別涉及一種高精度便攜式數(shù)字水平儀。
背景技術(shù)：
水平儀廣泛應(yīng)用于土木建筑、航空航天、地震監(jiān)測等角度測量領(lǐng)域。數(shù)字水平儀可以減小人為操作帶來的誤差，同時可以縮短測量時間，提高工作效率。便攜式、小型化數(shù)字水平儀更方便人們在各種環(huán)境使用。目前，水平儀裝置普遍存在體積大且成本高的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是針對現(xiàn)在水平儀存在價格高、體積大的問題，提出了一種高精度便攜式數(shù)字水平儀，器件選型和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，降低成本的同時滿足便攜式、小型化的需求。本實用新型的技術(shù)方案為一種高精度便攜式數(shù)字水平儀，包括方波激勵源電路、 精密整流濾波電路、信號調(diào)理電路、A/D采集電路、數(shù)據(jù)處理及IXD顯示模塊，方波激勵源電路產(chǎn)生雙極性方波輸出，將傳感器四個電極和公共端與4個等值基值電阻構(gòu)成兩個差動電橋，從橋臂引出4路方波信號，經(jīng)過精密整流濾波電路對其精密整流和平滑濾波，將整流濾波后的信號以差分方式接入信號調(diào)理電路進(jìn)行放大調(diào)理，調(diào)理輸出信號進(jìn)入A/D采集電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過數(shù)據(jù)處理及IXD顯示模塊對A/D轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行采集并處理最終發(fā)送到IXD進(jìn)行顯示。所述方波激勵源電路選用555定時芯片，555定時芯片在雙電源模式下和兩個等值電阻以及兩個整流二極管構(gòu)成間接無反饋無穩(wěn)狀態(tài)電路，產(chǎn)生雙極性方波信號，雙極性方波信號通過可調(diào)電阻后，再經(jīng)過由雙穩(wěn)壓管、雙整流二極管、兩個電阻組成的網(wǎng)絡(luò)電路， 輸出為Vp-p=2. 4V雙極性對稱方波信號。所述精密整流濾波電路包括由兩個整流二極管以及三個反饋電阻構(gòu)成增益為1/2 的精密整流電路和精密整流輸出后接電阻和電容并聯(lián)的平滑濾波電路。所述信號調(diào)理電路選用兩個放大器AD620，精密整流濾波電路輸出4路方波信號分別接入兩個放大器AD620，在放大器AD620參考端接1. 2V電壓基準(zhǔn)，增益電阻為可調(diào)電阻，兩路輸出信號在正反向偏轉(zhuǎn)最大時，輸出電壓分別為OV和2. 4V。所述A/D采集電路選用MAX144芯片，數(shù)據(jù)處理及IXD顯示模塊分別選用單片機(jī) AT89S52芯片和1602LCD控制器。本實用新型的有益效果在于本實用新型高精度便攜式數(shù)字水平儀，性價比高，適合便攜式應(yīng)用；采用穩(wěn)壓芯片對激勵源進(jìn)行穩(wěn)壓，可以提高激勵源精度減少由于激勵源波動帶來的誤差；采用軟件調(diào)零方式可以簡化電路并且可以減少人為操作誤差；采用數(shù)字地與模擬地隔離技術(shù)增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。

圖1為本實用新型高精度便攜式數(shù)字水平儀的系統(tǒng)原理圖；[0011]圖2為本實用新型高精度便攜式數(shù)字水平儀的激勵源電路原理圖；圖3為本實用新型高精度便攜式數(shù)字水平儀的精密整流與平滑濾波電路原理圖；圖4為本實用新型高精度便攜式數(shù)字水平儀的放大調(diào)理電路原理圖；圖5為本實用新型高精度便攜式數(shù)字水平儀的A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖；圖6為本實用新型高精度便攜式數(shù)字水平儀的數(shù)據(jù)采集及LCD顯示電路原理圖。
具體實施方式
如圖1所示高精度便攜式數(shù)字水平儀的系統(tǒng)原理圖，包括4KHZ方波激勵源、精密整流濾波、信號調(diào)理、A/D采集、數(shù)據(jù)處理及IXD顯示模塊。由555定時器產(chǎn)生雙極性方波， 經(jīng)過1. 2V穩(wěn)壓產(chǎn)生Vp-p=2. 4V的雙極性對稱方波激勵源。將傳感器四個電極和公共端與 4個等值基值電阻構(gòu)成兩個差動電橋。從橋臂引出4路方波信號，對其精密整流和平滑濾波。將整流濾波后的信號以差分方式接入儀表放大器AD620放大調(diào)理。對放大調(diào)理的信號用MAX144進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。通過AT89S52對A/D轉(zhuǎn)換后的信號采集并處理最終發(fā)送到IXD 進(jìn)行顯示。如圖2所示高精度便攜式數(shù)字水平儀的激勵源電路原理圖，由555定時芯片雙電源模式下和等值電阻Rl、R2以及整流二極管構(gòu)成間接無反饋無穩(wěn)狀態(tài)電路，產(chǎn)生雙極性頻率為f=1.44/[(Rl+R2)*C2]的方波信號。此信號通過Radjl和Ul、U2、D3、D4、R3、R4組成的網(wǎng)絡(luò)可以，將信號穩(wěn)定為Vp-p=2. 4V雙極性對稱方波信號。如圖3所示高精度便攜式數(shù)字水平儀的精密整流和平滑濾波電路原理圖，該精密整流電路由兩個整流二極管以及三個反饋電阻構(gòu)成增益為1/2的精密整流電路。精密整流輸出后接RlO和C2并聯(lián)的平滑濾波電路，其參數(shù)滿足RL*C2>= (3_5)T/2。根據(jù)實驗，本設(shè)計中取RL=10K，C2=47uF，得到很好的實驗效果。如圖4所示，將精密整流后的信號接入AD620，在儀表放大器參考端接1. 2V電壓基準(zhǔn)，通過調(diào)整增益電阻Rp3和Rp4，使兩路輸出信號在正反向偏轉(zhuǎn)最大時，輸出電壓分別為 OV和2. 4V，以便后續(xù)電路采集處理。如圖5所示，將放大調(diào)理后的信號送MAX144的CHO和CHl端，將MAX144的SCLK、 DOUT、CS端分別與單片機(jī)AT89S52的Pl. 1、Pl. 2、Pl. 3引腳連接。單片機(jī)對這三個引腳進(jìn)行準(zhǔn)確編程就可以將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入單片機(jī)。單片機(jī)讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果后，根據(jù)傳感器對數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件調(diào)零處理并根據(jù)測試需求進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換得到準(zhǔn)確的結(jié)果。數(shù)據(jù)處理后需要將結(jié)果顯示在IXD上，其實現(xiàn)電路如圖6所示，單片機(jī)的P3. 5、P3. 6、P3. 7分別與1602IXD控制
器的RS、RfW、E端連接，單片機(jī)發(fā)
送相應(yīng)的指令時序控制IXD的顯示。單片機(jī)的PO 口與IXD的DB0-DB7相連接用來傳輸要
顯示的數(shù)據(jù)?？刂破鹘涌谛盘栒f明見下表
權(quán)利要求1.一種高精度便攜式數(shù)字水平儀，其特征在于，包括方波激勵源電路、精密整流濾波電路、信號調(diào)理電路、A/D采集電路、數(shù)據(jù)處理及LCD顯示模塊，方波激勵源電路產(chǎn)生雙極性方波輸出，將傳感器四個電極和公共端與4個等值基值電阻構(gòu)成兩個差動電橋，從橋臂引出4 路方波信號，經(jīng)過精密整流濾波電路對其精密整流和平滑濾波，將整流濾波后的信號以差分方式接入信號調(diào)理電路進(jìn)行放大調(diào)理，調(diào)理輸出信號進(jìn)入A/D采集電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換， 通過數(shù)據(jù)處理及LCD顯示模塊對A/D轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行采集并處理最終發(fā)送到LCD進(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度便攜式數(shù)字水平儀，其特征在于，所述方波激勵源電路選用555定時芯片，555定時芯片在雙電源模式下和兩個等值電阻以及兩個整流二極管構(gòu)成間接無反饋無穩(wěn)狀態(tài)電路，產(chǎn)生雙極性方波信號，雙極性方波信號通過可調(diào)電阻后，再經(jīng)過由雙穩(wěn)壓管、雙整流二極管、兩個電阻組成的網(wǎng)絡(luò)電路，輸出為Vp-p=2. 4V雙極性對稱方波信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度便攜式數(shù)字水平儀，其特征在于，所述精密整流濾波電路包括由兩個整流二極管以及三個反饋電阻構(gòu)成增益為1/2的精密整流電路和精密整流輸出后接電阻和電容并聯(lián)的平滑濾波電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度便攜式數(shù)字水平儀，其特征在于，所述信號調(diào)理電路選用兩個放大器AD620，精密整流濾波電路輸出4路方波信號分別接入兩個放大器AD620，在放大器AD620參考端接1. 2V電壓基準(zhǔn)，增益電阻為可調(diào)電阻，兩路輸出信號在正反向偏轉(zhuǎn)最大時，輸出電壓分別為OV和2. 4V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度便攜式數(shù)字水平儀，其特征在于，所述A/D采集電路選用 MAX144芯片，數(shù)據(jù)處理及IXD顯示模塊分別選用單片機(jī)AT89S52芯片和1602IXD控制器。
專利摘要本實用新型涉及一種高精度便攜式數(shù)字水平儀，方波激勵源電路產(chǎn)生雙極性方波輸出，將傳感器四個電極和公共端與4個等值基值電阻構(gòu)成兩個差動電橋，從橋臂引出4路方波信號，經(jīng)過精密整流濾波電路對其精密整流和平滑濾波，將整流濾波后的信號以差分方式接入信號調(diào)理電路進(jìn)行放大調(diào)理，調(diào)理輸出信號進(jìn)入A/D采集電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過數(shù)據(jù)處理及LCD顯示模塊對A/D轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行采集并處理最終發(fā)送到LCD進(jìn)行顯示。此便攜式數(shù)字水平儀精度高，性價比高，適合便攜式應(yīng)用；采用穩(wěn)壓芯片對激勵源進(jìn)行穩(wěn)壓，可以提高激勵源精度減少由于激勵源波動帶來的誤差；采用數(shù)字地與模擬地隔離技術(shù)增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。
文檔編號G01C9/04GK201983788SQ20112002669
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者衛(wèi)敏, 周夫之, 孫玉國, 楊麗英, 鄭玉濤, 陳耀闖 申請人:上海理工大學(xué)