專利名稱：一種通用數(shù)字式姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字姿態(tài)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字式姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量電路。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上的姿態(tài)測(cè)量?jī)x器一般價(jià)格比較高，測(cè)量精度高的體積大，操作不便，并且顯示不直觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為彌補(bǔ)以上缺陷，目的在于提供一種測(cè)量精度高，功能全面，操作方便、可靠的通用數(shù)字式姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量?jī)x器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案:該通用數(shù)字式姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量電路，其特征在于:由測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元、顯示器、鍵盤、電源組成，所述測(cè)量單元為SCA103T傾角傳感器，所述數(shù)據(jù)采集與控制單元采用C8051F350單片機(jī)，所述顯示器為L(zhǎng)CM06XA液晶顯示模塊，所述電源為9V疊層電池，分別與5V S818A50集成穩(wěn)壓芯片和3VS818A30集成穩(wěn)壓芯片連接，提供5V和3V電壓，所述5V S818A50集成穩(wěn)壓芯片為SCA103T傾角傳感器和電壓基準(zhǔn)電路供電，所述3V S818A30集成穩(wěn)壓芯片為C8051F350單片機(jī)和LCM06XA液晶顯示模塊供電。所述SCA103T傾角傳感器outl和out2輸出及電壓基準(zhǔn)電路的輸出連接C8051F350單片機(jī)的24位ADC輸入，所述鍵盤連接C8051F350單片機(jī)的GPIO輸入端口，所述LCM06XA液晶顯示模塊的CS、WR、DATA端分別連接C8051F350單片機(jī)的Pl.5、Pl.6，Pl.7腳，所述LCM06XA液晶顯示模塊的對(duì)比度由連接其VIXD腳和VDD腳的可變電阻調(diào)節(jié)。所述5V S81 8A50集成穩(wěn)壓芯片的輸出端輸出5V電壓通過(guò)兩個(gè)分壓電阻和一個(gè)電容連接所述C8051F350單片機(jī)的VREF_、VREF+端口，采集電壓基準(zhǔn)；所述SCA103T傾角傳感器outl和out2分別通過(guò)電阻作為輸出端連接所述C8051F350單片機(jī)，所述輸出端分別通過(guò)阻容濾波電路接地。采用上述技術(shù)方案的有益效果:該通用數(shù)字式姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量電路利用按鍵進(jìn)行操作，通過(guò)C8051F350完成對(duì)SCA103T的模擬輸出采樣，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并進(jìn)行數(shù)字濾波及溫度補(bǔ)償，并最終將測(cè)量結(jié)果及一些狀態(tài)信息在LCD上顯示出來(lái)。其中的測(cè)量單元主要由
SCA103T傾角傳感器及其外圍電路組成，SCA103T傾角傳感器是芬蘭VTI公司推出的利用MEMS技術(shù)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的高精度單軸傾角傳感器，在IOHz帶寬模擬端輸出可獲得0.001度的輸出分辨率。所述數(shù)據(jù)采集與控制單元主要對(duì)測(cè)量單元實(shí)施控制與采集數(shù)據(jù)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并送顯示器顯示，主要由Silicon Labs公司的C8051F350單片機(jī)及其外圍電路組成。所述液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)液晶數(shù)字顯示，左數(shù)第一位為工作狀態(tài)指示位，第二位為傾角方向指示位，第三到第六位為數(shù)據(jù)位。電池電壓欠壓指示:當(dāng)電池電壓低于7伏時(shí)，IXD上顯示“L0”，此時(shí)必須更換電池，否則可能會(huì)影響測(cè)量精度。工作狀態(tài)指示位:開(kāi)機(jī)默認(rèn)為絕對(duì)狀態(tài)，此時(shí)符號(hào)位無(wú)顯示，按下相對(duì)/絕對(duì)鍵后顯示“I I”表示顯示相對(duì)角度。傾角方向指示:“一”(負(fù))表示角度是自零點(diǎn)逆時(shí)針?lè)较虻慕嵌?，無(wú)此指示，表示角度是自零點(diǎn)順時(shí)針?lè)较虻慕嵌?。?dāng)傳感器沿測(cè)量方向正向傾斜時(shí)，符號(hào)位無(wú)顯示，當(dāng)傳感器沿測(cè)量方向負(fù)向傾斜時(shí)，符號(hào)位顯示“一”。數(shù)據(jù)位:顯示傳感器所測(cè)當(dāng)前角的角度數(shù)據(jù)，顯示精確到
0.1mil (0.006° )。工作范圍指示:本儀器量程為_(kāi)500mil +500mil，當(dāng)實(shí)際測(cè)量值超過(guò)
儀器標(biāo)稱范圍值時(shí)，LCD上將顯示----，表示超出工作范圍。單片機(jī)檢測(cè)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)
控制，根據(jù)使用的需要，精簡(jiǎn)按鍵功能，本儀器僅設(shè)置了 “電源”、“相對(duì)/絕對(duì)”和“背光/校準(zhǔn)”3個(gè)按鍵。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有測(cè)量精度高，功能全面，操作方便、可靠，通用性好,且成本低。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1為系統(tǒng)硬件組成框圖。圖2為單片機(jī)與傾角傳感器之間的接口圖。圖3為單片機(jī)與液晶顯示模塊接口圖。圖4為電路的工作流程。
具體實(shí)施方式
如圖1、2、3、4所示的該通用數(shù)字式姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量電路，由測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元、顯示器、鍵盤、電源組成，所述測(cè)量單元為SCA103T傾角傳感器，所述數(shù)據(jù)采集與控制單元采用C8051F350單片機(jī)，所述顯示器為L(zhǎng)CM06XA液晶顯示模塊，所述電源為9V疊層電池，分別與5V S818A50集成穩(wěn)壓芯片和3V S818A30集成穩(wěn)壓芯片連接，提供5V和3V電壓，所述5V S818A50集成穩(wěn)壓芯片為SCA103T傾角傳感器供電，電壓基準(zhǔn)電路對(duì)5V分壓形成浮動(dòng)電壓基準(zhǔn)。所述3V S818A30集成穩(wěn)壓芯片為C8051F350單片機(jī)和LCM06XA液晶顯示模塊供電。所述SCA103T傾角傳感器outl和out2輸出及電壓基準(zhǔn)電路的輸出連接C8051F350單片機(jī)的24位ADC輸入，所述5V S818A50集成穩(wěn)壓芯片的輸出端輸出5V電壓通過(guò)兩個(gè)分壓電阻和一個(gè)電容連接所述C8051F350單片機(jī)的VREF-、VREF+端口，采集電壓基準(zhǔn)；所述SCA103T傾角傳感器outl和out2分別通過(guò)電阻作為輸出端連接所述C8051F350單片機(jī)，所述輸出端分別通過(guò)阻容濾波電路接地。所述鍵盤連接C8051F350單片機(jī)的GPIO輸入端口，所述LCM06XA液晶顯示模塊的CS、WR、DATA端分別連接C8051F350單片機(jī)的Pl.5、Pl.6，Pl.7腳，所述LCM06XA液晶顯示模塊的對(duì)比度由連接其VIXD腳和VDD腳的可變電阻調(diào)節(jié)。(I)浮動(dòng)電壓基準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)
通過(guò)分壓電路對(duì)SCA103T傾角傳感器的供電電壓5V進(jìn)行分壓供給數(shù)據(jù)采集與控制單元C8051F350單片機(jī)作為A/D轉(zhuǎn)換電壓基準(zhǔn)。因溫度、供電電池電壓變化等因素造成5V電壓漂移，傳感器的輸出也會(huì)跟隨變化，由于基準(zhǔn)電壓和供電電壓是同步同向變化，從而使其對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的影響互相抵消，提高測(cè)量的精度和穩(wěn)定性。本發(fā)明電路的工作流程如圖4所示，主要完成對(duì)SCA103T傾角傳感器的模擬輸出采樣，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并進(jìn)行數(shù)字濾波及溫度補(bǔ)償。
(2)數(shù)字濾波的實(shí)現(xiàn)
為了提高測(cè)量精度，本系統(tǒng)采用了對(duì)SCA103T的差分模擬輸出進(jìn)行24位A/D轉(zhuǎn)換，由于SCA103T有不停運(yùn)行的內(nèi)在A/D轉(zhuǎn)換器，會(huì)引起模擬輸出有尖峰脈沖，此脈沖干擾間隔50至70us，直接采用模擬輸出會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，需要對(duì)模擬輸出進(jìn)行低通濾波。為提高測(cè)量精度需要進(jìn)行中值濾波，本儀器對(duì)模擬量進(jìn)行30次A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)所得數(shù)值用冒泡法排序，選取中間第15位置的數(shù)值，重復(fù)上述循環(huán)程序30次對(duì)所得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并排序，再選取其中間第15位置的數(shù)值作為測(cè)量的AD值。(3)溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)
由于任何測(cè)量傳感器都存在溫度變化影響輸出靈敏度，SCA103T典型零點(diǎn)溫度特性、溫度靈敏度特性，為了最大可能得到精確的測(cè)量結(jié)果，通過(guò)下式可計(jì)算出相對(duì)于環(huán)境溫度的傳感器輸出誤差。Scorr =-0.0000005*Τ3-0.00005*Τ2+0.0032*Τ-0.031
式中T為環(huán)境溫度。再根據(jù)傳感器靈敏度計(jì)算出相對(duì)環(huán)境的修正后靈敏度。SENScomp=SENS* (l+Scoor/100)
式中SENSramp為溫度補(bǔ)償后的靈敏度；
SENS為名義上的傳 感器靈敏度(SCA103T-D05是8V/g)。
權(quán)利要求
1.一種通用數(shù)字式姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量電路，其特征在于:由測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元、顯示器、鍵盤、電源組成，所述測(cè)量單元為SCA103T傾角傳感器，所述數(shù)據(jù)采集與控制單元采用C8051F350單片機(jī)，所述顯示器為L(zhǎng)CM06XA液晶顯示模塊，所述電源為9V疊層電池，分別與5V S818A50集成穩(wěn)壓芯片和3V S818A30集成穩(wěn)壓芯片連接，提供5V和3V電壓，所述5V S818A50集成穩(wěn)壓芯片為SCA103T傾角傳感器和電壓基準(zhǔn)電路供電，所述3V S818A30集成穩(wěn)壓芯片為C8051F350單片機(jī)和LCM06XA液晶顯示模塊供電。
2.所述SCA103T傾角傳感器outl和out2輸出及電壓基準(zhǔn)電路的輸出連接C8051F350單片機(jī)的24位ADC輸入，所述鍵盤連接C8051F350單片機(jī)的GPIO輸入端口，所述LCM06XA液晶顯示模塊的CS、WR、DATA端分別連接C8051F350單片機(jī)的Pl.5、Pl.6，Pl.7腳，所述LCM06XA液晶顯示模塊的對(duì)比度由連接其VIXD腳和VDD腳的可變電阻調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述的通用數(shù)字式姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量電路，其特征在于:所述5VS818A50集成穩(wěn)壓芯片的輸出端輸出5V電壓通過(guò)兩個(gè)分壓電阻和一個(gè)電容連接所述C8051F350單片機(jī)的VREF-、VREF+端口，采集電壓基準(zhǔn)；所述SCA103T傾角傳感器outl和out2分別通過(guò)電阻作為輸出端連接所述C8 051F350單片機(jī)，所述輸出端分別通過(guò)阻容濾波電路接地。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種通用數(shù)字式姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量電路，由測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集與控制單元、顯示器、鍵盤、電源組成，所述測(cè)量單元為SCA103T傾角傳感器，所述數(shù)據(jù)采集與控制單元采用C8051F350單片機(jī)，所述顯示器為L(zhǎng)CM06XA液晶顯示模塊，所述電源為9V疊層電池，分別與5VS818A50集成穩(wěn)壓芯片和3VS818A30集成穩(wěn)壓芯片連接,提供5V和3V電壓，所述5VS818A50集成穩(wěn)壓芯片為SCA103T傾角傳感器和電壓基準(zhǔn)電路供電，數(shù)據(jù)采集與C8051F350單片機(jī)作為A/D轉(zhuǎn)換電壓基準(zhǔn)，基準(zhǔn)電壓和供電電壓是同步同向變化，從而使其對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的影響互相抵消，提高測(cè)量的精度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了傾角測(cè)量的數(shù)字化。
文檔編號(hào)G01C9/00GK103245328SQ20131013011
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者閻斌, 李劍, 劉旭中 申請(qǐng)人:河南中光學(xué)集團(tuán)有限公司