一種數字式雙軸傾角傳感器的製造方法
2023-10-09 07:57:34
一種數字式雙軸傾角傳感器的製造方法
【專利摘要】一種數字式雙軸傾角傳感器，包括晶片，單片機，CAN總線接口；所述晶片內置MEMS加速度計、溫度傳感器、A/D轉換單元、EEPROM存儲器及SPI接口電路；晶片連接單片機，所述單片機連接RS-485通訊模塊、CAN總線接口；所述MEMS加速度計採集模擬傾斜信號，經過內置的EEPROM存儲器緩存和溫度調校處理後，再由A/D轉換單元將採集的模擬傾斜信號轉換為AD值後，由SPI接口電路輸出到單片機；所述單片機讀取晶片中的AD值及溫度傳感器的溫度信息，在MEMS加速度計自矯正的基礎上，對數據進行二次溫漂線性矯正。本發明的電路集成度高抗幹擾能力強、通訊方式靈活，提高了儀表控制系統通信的實時性、可靠性和靈活性。
【專利說明】一種數字式雙軸傾角傳感器
【技術領域】
[0001] 本發明一種數字式雙軸傾角傳感器，涉及儀器儀表領域。
【背景技術】
[0002] 在傾角傳感器傾斜數據輸出方式的設計上，通常採用的通訊接口形式為RS-485。 該種模式的傾角傳感器是利用MEMS技術，將MEMS加速度計晶片採集處理的傾斜數據加以 解析後，再由RS-485傳輸給RS-485基於R線構建成儀器儀表的分布式控制系統。但RS-485 只有電氣協議，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，所以這種傾角傳感器構成的控制 系統的實時性、可靠性較差。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題是提供一種數字式雙軸傾角傳感器，高精度、實時性 強、可靠性高，能靈活應用在有角度信號採集要求的產品上。
[0004] 本發明的上述目的是通過這樣的技術方案來實現的：一種數字式雙軸傾角傳感 器，包括晶片，單片機，CAN接口；所述晶片連接單片機，晶片內置MEMS加速度計、溫度傳感 器、A/D轉換單元、EEPR0M存儲器及SPI接口電路；所述MEMS加速度計採集模擬傾斜信號， 經過內置的EEPR0M存儲器緩存和溫度調校處理後，再由A/D轉換單元將採集的模擬傾斜信 號轉換為AD值後，由SPI接口電路輸出到單片機；所述單片機連接RS-485通訊模塊、CAN 總線接口；單片機讀取晶片中的AD值及溫度傳感器的溫度信息，在MEMS加速度計溫漂自矯 正的基礎上，對數據進行二次溫漂線性矯正，並對傾角傳感器的運行進行綜合控制； 所述CAN接口採用CAN總線通訊協議，將單片機綜合處理後的傾角傳感器的傾斜數據 輸出。
[0005] 所述CAN總線接口採用B⑶碼形式輸出。所述RS-485通訊模塊採用M0DBUS-RTU 模式進行通信。
[0006] 所述單片機連接硬體看門狗。
[0007] 該傾角傳感器設有通訊指示燈，該傾角傳感器的電路主板設有密封膠，對所述電 路主板沁膠處理，該傾角傳感器的設有鑄鋁外殼。
[0008] 本發明一種數字式雙軸傾角傳感器，在利用MEMS技術和RS-485通訊方式的基礎 上增加了 CAN總線和二次溫漂線性矯正。CAN協議採用通信數據編碼，網絡中的各節點都可 根據總線訪問優先權，採用無損結構逐位仲裁的方式競爭向總線發送數據。這種通訊方式 能有效支持分布式控制或實時控制的儀器儀表的串行通信網絡，較之目前的RS-485方式， 可以極大的提高系統通信的實時性、可靠性和靈活性。此外，其獨特的接口設計和完善的通 信協議，還可避免RS-485通訊網絡中節點損壞總線"鎖死"等故障現象，從而降低儀器儀表 控制系統的開發難度縮短開發周期。
[0009] 本發明一種數字式雙軸傾角傳感器，其電路集成度高抗幹擾能力強、通訊方式靈 活，增強了儀表控制系統獲取的角度信號的穩定性，提高了儀表控制系統通信的實時性、可 靠性和靈活性，降低了儀表控制系統的開發難度，具有較明顯的應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明： 圖1是本發明傳感器結構模塊連接示意圖。
【具體實施方式】
[0011] 如圖1所示，一種數字式雙軸傾角傳感器，包括晶片1，單片機2, CAN接口 3 ;所述 晶片1連接單片機2,晶片1內置MEMS加速度計、溫度傳感器、A/D轉換單元、EEPR0M存儲 器及SPI接口電路；所述MEMS加速度計採集模擬傾斜信號，經過內置的EEPR0M存儲器緩存 和溫度調校處理後，再由A/D轉換單元將採集的模擬傾斜信號轉換為AD值後，由SPI接口 電路輸出到單片機2 ;所述單片機2連接RS-485通訊模塊4、CAN總線接口 3 ;單片機2讀 取晶片1中的AD值及溫度傳感器的溫度信息，在MEMS加速度計溫漂自矯正的基礎上，對數 據進行二次溫漂線性矯正，並對傾角傳感器的運行進行綜合控制；所述CAN接口 3用CAN總 線通訊協議，將單片機2綜合處理後的傾角傳感器的傾斜數據輸出。
[0012] 本發明一種數字式雙軸傾角傳感器，硬體部分採用高集成度電路設計，抗幹擾能 力強，詳述如下： 方案設計部分： 本發明一種數字式雙軸傾角傳感器採用MEMS加速度計，單片機2, RS485/CAN雙通訊接 口，外圍電路模式。 1)、晶片1內置MEMS加速度計、溫度傳感器、A/D轉換單元、EEPR0M存儲器5及SPI接 口電路。由MEMS加速度計採集傾斜信號，經過內置的EEPR0M存儲器5緩存和溫度調校處 理後，再由A/D轉換單元將採集的模擬的傾斜信號轉換為AD值後，由SPI接口電路輸出到 單片機2。傾斜數據精度高，響應快、動態響應能力強。
[0013] 2)、單片機2為STM32型單片機，作為傾角傳感器的中央處理器，對整個傾角傳感 器的運行進行處理和控制。讀取晶片1中的傾斜AD值及晶片1中的內置溫度傳感器的溫 度信息，在MEMS加速度計溫漂自矯正的基礎上，對傾斜數據進行二次溫漂線性矯正，使傾 角傳感器具有良好的溫度穩定性。
[0014] 3)、CAN總線接口 3採用完善的CAN總線通訊協議，將單片機2處理後的傾角傳感 器的傾斜數據輸出。
[0015] 4)、RS-485通訊模塊4採用RS-485晶片和MODBUS協議，將單片機2處理後的傾 角傳感器的傾斜數據輸出。
[0016] 5)、硬體看門狗7 :增加了傾角傳感器的可靠性和穩定性。
[0017] 6 )、通訊指示燈5能直觀的指示、檢測程序運行情況。
[0018] 7)、EEPR0M存儲器6作為單片機2的緩存器，保證數據處理的冗餘量，增強了傾角 傳感器數據處理的穩定性。
[0019] 軟體部分： 1 )、CAN總線接口 3 :採用自定義協議，數據採用B⑶碼型式輸出，完全滿足Can2. 0A和 Can2. 0B協議接口標準。
[0020] CAN協議採用通信數據編碼，網絡中的各節點都可根據總線訪問優先權，採用無損 結構逐位仲裁的方式競爭向總線發送數據，能有效支持分布式控制或實時控制的儀器儀表 的串行通信網絡。
[0021] 2)、RS-485通訊模塊4 :採用M0DBUS-RTU模式進行通信。默認協議格式為：8個數 據位、1停止位、無校驗，發送接收數據都是以十六進位格式進行，默認波特率為9600bps， 修改波特率和地址需重新上電或復位後生效。
[0022] 3)、傾斜處理算法：對MEMS加速度計晶片輸出的AD值，先進行迭代、限幅、平均等 濾波後，再進行算法處理計算出傾斜數據。
[0023] 4)二次溫漂矯正：根據晶片1中內置的溫度傳感器獲得其實際工作溫度，並依此 對MEMS加速度計晶片輸出的AD值，在軟體中進行二次溫漂線性矯正，進一步保證傾斜數據 的線性度。
[0024] 外型部分： 1 )、採用密封膠工藝，對傾角傳感器的電路主板採取沁膠處理，使電路主板完全隔離空 氣，將傾角傳感器的防護等級直接提高到IP68。
[0025] 2)、採用鑄鋁外殼，使傾角傳感器具有較強的抗幹擾和抗腐蝕能力，經一步保證了 傾角傳感器的穩定性和使用壽命。
【權利要求】
1. 一種數字式雙軸傾角傳感器，包括晶片（1)，單片機（2)，CAN接口（3); 所述晶片（1)連接單片機（2)，其特徵在於，晶片（1)內置MEMS加速度計、溫度傳感器、 A/D轉換單元、EEPROM存儲器及SPI接口電路；所述MEMS加速度計採集模擬傾斜信號，經過 內置的EEPROM存儲器緩存和溫度調校處理後，再由A/D轉換單元將採集的模擬傾斜信號轉 換為AD值後，由SPI接口電路輸出到單片機（2); 所述單片機（2)連接RS-485通訊模塊（4)、CAN總線接口（3);單片機（2)讀取晶片（1) 中的AD值及溫度傳感器的溫度信息，在MEMS加速度計溫漂自矯正的基礎上，對數據進行二 次溫漂線性矯正，並對傾角傳感器的運行進行綜合控制； 所述CAN接口（ 3 )採用CAN總線通訊協議，將單片機（2 )處理後的傾角傳感器的傾斜數 據輸出。
2. 根據權利要求1所述一種數字式雙軸傾角傳感器，其特徵在於，所述CAN總線接口 (3)採用B⑶碼形式輸出。
3. 根據權利要求1所述一種數字式雙軸傾角傳感器，其特徵在於，所述RS-485通訊模 塊（4)採用MODBUS-RTU模式進行通信。
4. 根據權利要求1所述一種數字式雙軸傾角傳感器，其特徵在於，所述單片機（2)連接 硬體看門狗（7)。
5. 根據權利要求1所述一種數字式雙軸傾角傳感器，其特徵在於，該傾角傳感器設有 通訊指示燈（5)。
6. 根據權利要求1所述一種數字式雙軸傾角傳感器，其特徵在於，該傾角傳感器的電 路主板設有密封膠，對所述電路主板沁膠處理。
7. 根據權利要求1所述一種數字式雙軸傾角傳感器，其特徵在於，該傾角傳感器的設 有鑄鋁外殼。
【文檔編號】G01C9/00GK104142140SQ201310358240
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年8月17日 優先權日:2013年5月8日
【發明者】餘慶春, 趙俊 申請人:宜昌市凱諾科技開發有限公司