一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀的制作方法
【專利摘要】一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，它包括開關(guān)、雙軸傾角電子水平傳感器、AD轉(zhuǎn)換模塊、按鍵模塊、單片機(jī)、顯示屏幕、舵機(jī)、載物平面、支撐框架、手臂、機(jī)盒等組成。其特征在于：通過雙軸傾角電子水平傳感器來測量載物平面的X軸、Y軸分別與水平面的夾角，在由單片機(jī)控制舵機(jī)使載物平面達(dá)到目的角度。系統(tǒng)可實現(xiàn)全自動、多角度、高精度、實時化、數(shù)字化的調(diào)節(jié)。并為實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制實驗打下基礎(chǔ)。此水平儀操作簡單，只需通過按鍵輸入目的角度，通過單片機(jī)控制，載物平面就能夠達(dá)到目的角度。
【專利說明】
一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，可實現(xiàn)水平儀的全自動、多角度、高精度、實時化、數(shù)字化，是為高要求的科學(xué)實驗而設(shè)計的精密儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]水平儀是檢測已知平面是否水平的檢測儀器。檢測水平的儀器從最初的氣泡水平儀，發(fā)展到現(xiàn)在的電子水平儀，主要分為電感式和電容式兩種，在精度、便攜性的方面都有很大的改善和提尚。
[0003]電感式水平儀原理:當(dāng)水平儀的基座因待測工件傾斜而傾斜時，其內(nèi)部擺錘因移動造成感應(yīng)線圈的電壓變化，該變化反應(yīng)傾角大小。電容式水平儀原理:一圓形擺錘自由懸掛在細(xì)線上，擺錘受地心重力影響，且懸浮于無摩擦狀態(tài)，擺錘的兩邊均設(shè)有電極且間隙相同時電容量相等，若水平儀受待測工件傾斜影響而造成兩間隙不同，從而產(chǎn)生電容不同，形成角度的差異。
[0004]在航空航天、土木工程、道路橋梁工程、機(jī)械測量、工業(yè)平臺、軍工、船舶、科學(xué)實驗等領(lǐng)域上都對水平儀有不同程度的要求，由于儀器本身的限制，或者外界環(huán)境的限制，使得水平儀的使用也存在很多局限性。針對不同的情況，不同適用范圍的水平儀應(yīng)運(yùn)而生。然而隨著科技的迅速發(fā)展，水平儀作為基礎(chǔ)檢測儀器，對其精確度、數(shù)字化、自動化、實時化等性能要求越來越高，水平儀存在的局限性并沒有得到完全解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動、多角度、高精度、實時化、數(shù)字化，為實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制實驗打下基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案，一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，包括載物平臺、支撐框架、機(jī)盒、舵機(jī)I號、舵機(jī)I號機(jī)臂、舵機(jī)2號、舵機(jī)2號機(jī)臂、顯示屏幕、按鍵模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、雙軸傾角電子水平傳感器、開關(guān)、單片機(jī)、手臂I號、手臂2號、手臂3號、手臂4號；其特征在于:載物平臺下端設(shè)置有支撐框架，支撐框架下端設(shè)有機(jī)盒，載物平臺下端和支撐框架上端設(shè)有舵機(jī)I號、舵機(jī)I號機(jī)臂、舵機(jī)2號、舵機(jī)2號機(jī)臂，舵機(jī)I號機(jī)臂和舵機(jī)I號連接，舵機(jī)2號和舵機(jī)2號機(jī)臂連接;舵機(jī)I號和舵機(jī)2號放置在支撐框架，支撐框架內(nèi)置有雙軸傾角電子水平傳感器，所述機(jī)盒外置有顯示屏幕、按鍵模塊、開關(guān)，所述機(jī)盒內(nèi)置有AD轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī)。
[0007]本發(fā)明所述按鍵模塊從左至右依次為輸入鍵、增加鍵、減小鍵、確認(rèn)鍵，所述的按鍵模塊，是人與機(jī)器交流的載體，通過按鍵輸入所需要的角度進(jìn)而通過單片機(jī)控制舵機(jī)。
[0008]本發(fā)明所述精密電子水平儀還包括手臂I號、手臂2號、手臂3號、手臂4號;所述手臂I號、手臂2號放置在支撐框架的右側(cè)二端的角落處，手臂3號、手臂4號放置在支撐框架中間。
[0009]本發(fā)明所述開關(guān)分別和雙軸傾角電子水平傳感器、單片機(jī)連接，雙軸傾角電子水平傳感器和AD轉(zhuǎn)換模塊、舵機(jī)I號和舵機(jī)2號連接，AD轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī)連接，單片機(jī)分別和按鍵模塊，顯示屏幕、舵機(jī)I號和舵機(jī)2號連接;通過雙軸傾角電子水平傳感器來測量其X軸、Y軸分別與水平面的夾角，在由單片機(jī)控制舵機(jī)使載物平面達(dá)到目的角度。
[0010]本發(fā)明所述雙軸傾角電子水平傳感器上設(shè)有兩個傾斜傳感探頭，其最主要的部分是靈敏軸。傾角感應(yīng)探頭是基于牛頓第二定律的物理原理基礎(chǔ)上，在傳感器系統(tǒng)內(nèi)部通過測量系統(tǒng)的加速度，初速度已知的前提下，通過積分計算出線速度，進(jìn)而可以計算出直線位移，是一種運(yùn)用慣性原理的加速度傳感器。當(dāng)傾斜感應(yīng)探頭靜止時，即只受重力的作用時，重力與靈敏軸之間的夾角信息就可以反映出水平面與傾斜傳感器的夾角信息;所述的兩個傾斜感應(yīng)探頭，位于兩個相互垂直的X軸和Y軸方向上，通過兩條相交的線確定一個平面的基本物理原理，來反映出雙軸水平傳感器的所在平面的信息。
[0011]本發(fā)明所述雙軸傾角電子水平傳感器與載物平面，兩者相互平行。
[0012]本發(fā)明所述的雙軸傾角電子水平傳感器分別測量雙軸傾角電子水平傳感器的X軸、Y軸與水平面的夾角，可以實現(xiàn)載物平面與水平面間夾角的測定，并以電信號的形式輸出。
[0013]本發(fā)明所述的其AD轉(zhuǎn)換模塊，它實現(xiàn)了把水平傳感器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0014]本發(fā)明所述的單片機(jī)，它是整臺裝置的核心控制中心，控制屏幕顯示和舵機(jī)轉(zhuǎn)動。
[0015]本發(fā)明所述的顯示屏幕，它實現(xiàn)了把傾角傳感器的角度信息和通過按鍵模塊輸入的目的角度顯示傳遞出來。
[0016]本發(fā)明所述的舵機(jī)和載物平面，是水平儀實現(xiàn)角度變換的載體和直接作用者。
[0017]本發(fā)明所述的支撐框架，支起了載物平面、兩個舵機(jī)和四個手臂。
[0018]本發(fā)明所述的手臂，是載物平面在調(diào)節(jié)角度時的軸心，并支撐起了載物平面。
[0019]本發(fā)明所述的機(jī)盒，支撐起了整個裝置和安置了線路。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點是:此水平儀操作簡單，只需通過按鍵輸入目的角度，通過單片機(jī)控制，載物平面就能夠達(dá)到目的角度。不僅可以調(diào)節(jié)水平，還能夠達(dá)到O度至90度的任意角度；簡單的操作流程，必然會大大減小誤差、提高精度。由于采用全自動化控制，人為習(xí)慣的誤差就不存在了。而裝置的系統(tǒng)誤差主要取決于雙軸傾角電子水平傳感器。但是傳感器的精度從I度到0.1度不等，只要選擇高精度傳感器，本發(fā)明裝置就能達(dá)到理想效果。由于單片機(jī)的控制，使得角度信息被顯示屏幕同步顯示。這使得角度信息可以被采集、傳送、計算等進(jìn)一步的處理。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明水平儀的正視圖。
[0022]圖2是本發(fā)明水平儀控制載物平面在X軸方向達(dá)到一個銳角目的角度的過程概要圖。
[0023]圖3是本發(fā)明水平儀控制載物平面在X軸方向達(dá)到90度。
[0024]圖4是本發(fā)明水平儀的工作原理方框圖。
[0025]符號說明:1、載物平面2、支撐框架3、機(jī)盒4a、舵機(jī)I號4b、舵機(jī)I號機(jī)臂5a、舵機(jī)2號5b、舵機(jī)2號機(jī)臂6、顯示屏幕7、按鍵模塊(從左至右依次為輸入鍵、增加鍵、減小鍵、確認(rèn)鍵)8、AD轉(zhuǎn)換模塊9、雙軸傾角電子水平傳感器10、開關(guān)11、單片機(jī)12、手臂I號13、手臂2號14、手臂3號15、手臂4號。
【具體實施方式】
[0026]如圖1-4所示，一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，包括載物平臺1、支撐框架
2、機(jī)盒3、舵機(jī)I號4a、舵機(jī)I號機(jī)臂4b、舵機(jī)2號5a、舵機(jī)2號機(jī)臂5b、顯不屏幕6、按鍵模塊7、AD轉(zhuǎn)換模塊8、雙軸傾角電子水平傳感器9、開關(guān)10、單片機(jī)11、手臂I號12、手臂2號13、手臂3號14、手臂4號15;其特征在于:載物平臺I下端設(shè)置有支撐框架2，支撐框架2下端設(shè)有機(jī)盒3，載物平臺I下端和支撐框架2上端設(shè)有舵機(jī)I號4a、舵機(jī)I號機(jī)臂4b、舵機(jī)2號5a、舵機(jī)2號機(jī)臂5b，舵機(jī)I號4a、舵機(jī)I號機(jī)臂4b連接，舵機(jī)2號5a、舵機(jī)2號機(jī)臂5b連接;舵機(jī)I號和舵機(jī)2號放置在支撐框架2，支撐框架2內(nèi)置有雙軸傾角電子水平傳感器9，所述機(jī)盒3外置有顯示屏幕6、按鍵模塊7、開關(guān)10，所述機(jī)盒3內(nèi)置有AD轉(zhuǎn)換模塊8和單片機(jī)11。
[0027]如圖3、圖4所示，首先打開開關(guān)10，此時雙軸傾角電子水平傳感器9的X軸、Y軸上的傾斜感應(yīng)探頭，會把此時的傾斜信息以模擬電信號的形式，傳給AD轉(zhuǎn)換模塊8。接著AD轉(zhuǎn)換模塊8會把模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳遞單片機(jī)11，由單片機(jī)控制顯示屏幕顯示相應(yīng)信號。這時可以看到顯示屏幕6顯示當(dāng)前雙軸傾角電子水平傳感器9的X軸，Y軸分別與水平面的夾角，即為載物平面I的X軸、Y軸與水平面的夾角。
[0028]利用按鍵模塊7，輸入目的角度。例如想要得到一個與水平面夾角32度的平面。我們可以使X軸32度、Y軸O度(也可以X軸O度、Y軸32度)。按“輸入鍵”，這時就可以輸入X軸的目的角度，輸入“32”，按“確認(rèn)鍵”，這時就可以輸入Y軸的目的角度，輸入“O”，再按“確認(rèn)鍵”，這時目的角度輸入結(jié)束(同樣的，如果想要載物平面I達(dá)到水平，只需輸入X軸“O”、￥軸“O” )。
[0029]此時，按鍵模塊7輸出相應(yīng)的數(shù)字信號，并傳遞給單片機(jī)11，由單片機(jī)11控制舵機(jī)I號5a轉(zhuǎn)動，帶動機(jī)臂5b轉(zhuǎn)動，帶動載物平面I以手臂I號12和手臂2號14為軸心轉(zhuǎn)動。同時，雙軸傾角電子水平傳感器9不斷的測量角度，并以電信號傳遞給AD轉(zhuǎn)換模塊8，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳遞給單片機(jī)11，進(jìn)而控制顯示屏幕6顯示實時角度信號。直到達(dá)到X軸的目的角度32度，單片機(jī)11控制舵機(jī)I號4a停止轉(zhuǎn)動。同樣的，單片機(jī)11控制舵機(jī)2號5a轉(zhuǎn)動，直到Y(jié)軸與水平面夾角達(dá)到O度才停止轉(zhuǎn)動。
【主權(quán)項】
1.一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，包括載物平臺、支撐框架、機(jī)盒、舵機(jī)I號、舵機(jī)I號機(jī)臂、舵機(jī)2號、舵機(jī)2號機(jī)臂、顯不屏幕、按鍵模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、雙軸傾角電子水平傳感器、開關(guān)、單片機(jī)、手臂I號、手臂2號、手臂3號、手臂4號;其特征在于:載物平臺下端設(shè)置有支撐框架，支撐框架下端設(shè)有機(jī)盒，載物平臺下端和支撐框架上端設(shè)有舵機(jī)I號、舵機(jī)I號機(jī)臂、舵機(jī)2號、舵機(jī)2號機(jī)臂，舵機(jī)I號機(jī)臂和舵機(jī)I號連接，舵機(jī)2號和舵機(jī)2號機(jī)臂連接；舵機(jī)I號和舵機(jī)2號放置在支撐框架，支撐框架內(nèi)置有雙軸傾角電子水平傳感器，所述機(jī)盒外置有顯示屏幕、按鍵模塊、開關(guān)，所述機(jī)盒內(nèi)置有AD轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，其特征在于:所述按鍵模塊從左至右依次為輸入鍵、增加鍵、減小鍵、確認(rèn)鍵。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，其特征在于:所述精密電子水平儀還包括手臂I號、手臂2號、手臂3號、手臂4號;所述手臂I號、手臂2號放置在支撐框架的右側(cè)二端的角落處，手臂3號、手臂4號放置在支撐框架中間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，其特征在于:所述開關(guān)分別和雙軸傾角電子水平傳感器、單片機(jī)連接，雙軸傾角電子水平傳感器和AD轉(zhuǎn)換模塊、舵機(jī)I號和舵機(jī)2號連接，AD轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī)連接，單片機(jī)分別和按鍵模塊，顯示屏幕、舵機(jī)I號和舵機(jī)2號連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，其特征在于:所述雙軸傾角電子水平傳感器上設(shè)有兩個傾斜傳感探頭。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自動調(diào)節(jié)角度的精密電子水平儀，其特征在于:所述雙軸傾角電子水平傳感器與載物平面，兩者相互平行。
【文檔編號】G01C9/00GK105823464SQ201610259128
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】徐亞潔, 朱泉水, 張明, 鄭勝海, 曹亞斌, 王延超, 慕博楠, 唐禮
【申請人】南昌航空大學(xué)