一種通用數字式姿態自動測量電路的製作方法

2023-06-04 01:10:56

專利名稱：一種通用數字式姿態自動測量電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於數字姿態測量技術領域，具體涉及一種數字式姿態自動測量電路。
背景技術：
目前市場上的姿態測量儀器一般價格比較高，測量精度高的體積大，操作不便，並且顯示不直觀。

發明內容
本發明為彌補以上缺陷，目的在於提供一種測量精度高，功能全面，操作方便、可靠的通用數字式姿態自動測量儀器。為實現上述目的，本發明採用的技術方案:該通用數字式姿態自動測量電路，其特徵在於:由測量單元、數據採集與控制單元、顯示器、鍵盤、電源組成，所述測量單元為SCA103T傾角傳感器，所述數據採集與控制單元採用C8051F350單片機，所述顯示器為LCM06XA液晶顯示模塊，所述電源為9V疊層電池，分別與5V S818A50集成穩壓晶片和3VS818A30集成穩壓晶片連接，提供5V和3V電壓，所述5V S818A50集成穩壓晶片為SCA103T傾角傳感器和電壓基準電路供電，所述3V S818A30集成穩壓晶片為C8051F350單片機和LCM06XA液晶顯示模塊供電。所述SCA103T傾角傳感器outl和out2輸出及電壓基準電路的輸出連接C8051F350單片機的24位ADC輸入，所述鍵盤連接C8051F350單片機的GPIO輸入埠，所述LCM06XA液晶顯示模塊的CS、WR、DATA端分別連接C8051F350單片機的Pl.5、Pl.6，Pl.7腳，所述LCM06XA液晶顯示模塊的對比度由連接其VIXD腳和VDD腳的可變電阻調節。所述5V S81 8A50集成穩壓晶片的輸出端輸出5V電壓通過兩個分壓電阻和一個電容連接所述C8051F350單片機的VREF_、VREF+埠，採集電壓基準；所述SCA103T傾角傳感器outl和out2分別通過電阻作為輸出端連接所述C8051F350單片機，所述輸出端分別通過阻容濾波電路接地。採用上述技術方案的有益效果:該通用數字式姿態自動測量電路利用按鍵進行操作，通過C8051F350完成對SCA103T的模擬輸出採樣，進行AD轉換轉化為數字量並進行數字濾波及溫度補償，並最終將測量結果及一些狀態信息在LCD上顯示出來。其中的測量單元主要由
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技術開發生產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度的輸出解析度。所述數據採集與控制單元主要對測量單元實施控制與採集數據，對採集到的數據進行處理並送顯示器顯示，主要由Silicon Labs公司的C8051F350單片機及其外圍電路組成。所述液晶顯示模塊實現液晶數字顯示，左數第一位為工作狀態指示位，第二位為傾角方向指示位，第三到第六位為數據位。電池電壓欠壓指示:當電池電壓低於7伏時，IXD上顯示「L0」，此時必須更換電池，否則可能會影響測量精度。工作狀態指示位:開機默認為絕對狀態，此時符號位無顯示，按下相對/絕對鍵後顯示「I I」表示顯示相對角度。傾角方向指示:「一」(負)表示角度是自零點逆時針方向的角度，無此指示，表示角度是自零點順時針方向的角度。當傳感器沿測量方向正向傾斜時，符號位無顯示，當傳感器沿測量方向負向傾斜時，符號位顯示「一」。數據位:顯示傳感器所測當前角的角度數據，顯示精確到
0.1mil (0.006° )。工作範圍指示:本儀器量程為_500mil +500mil，當實際測量值超過
儀器標稱範圍值時，LCD上將顯示----，表示超出工作範圍。單片機檢測鍵盤操作實現
控制，根據使用的需要，精簡按鍵功能，本儀器僅設置了 「電源」、「相對/絕對」和「背光/校準」3個按鍵。與現有技術相比，具有測量精度高，功能全面，操作方便、可靠，通用性好,且成本低。


下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。圖1為系統硬體組成框圖。圖2為單片機與傾角傳感器之間的接口圖。圖3為單片機與液晶顯示模塊接口圖。圖4為電路的工作流程。
具體實施方式
如圖1、2、3、4所示的該通用數字式姿態自動測量電路，由測量單元、數據採集與控制單元、顯示器、鍵盤、電源組成，所述測量單元為SCA103T傾角傳感器，所述數據採集與控制單元採用C8051F350單片機，所述顯示器為LCM06XA液晶顯示模塊，所述電源為9V疊層電池，分別與5V S818A50集成穩壓晶片和3V S818A30集成穩壓晶片連接，提供5V和3V電壓，所述5V S818A50集成穩壓晶片為SCA103T傾角傳感器供電，電壓基準電路對5V分壓形成浮動電壓基準。所述3V S818A30集成穩壓晶片為C8051F350單片機和LCM06XA液晶顯示模塊供電。所述SCA103T傾角傳感器outl和out2輸出及電壓基準電路的輸出連接C8051F350單片機的24位ADC輸入，所述5V S818A50集成穩壓晶片的輸出端輸出5V電壓通過兩個分壓電阻和一個電容連接所述C8051F350單片機的VREF-、VREF+埠，採集電壓基準；所述SCA103T傾角傳感器outl和out2分別通過電阻作為輸出端連接所述C8051F350單片機，所述輸出端分別通過阻容濾波電路接地。所述鍵盤連接C8051F350單片機的GPIO輸入埠，所述LCM06XA液晶顯示模塊的CS、WR、DATA端分別連接C8051F350單片機的Pl.5、Pl.6，Pl.7腳，所述LCM06XA液晶顯示模塊的對比度由連接其VIXD腳和VDD腳的可變電阻調節。(I)浮動電壓基準的實現
通過分壓電路對SCA103T傾角傳感器的供電電壓5V進行分壓供給數據採集與控制單元C8051F350單片機作為A/D轉換電壓基準。因溫度、供電電池電壓變化等因素造成5V電壓漂移，傳感器的輸出也會跟隨變化，由於基準電壓和供電電壓是同步同向變化，從而使其對A/D轉換的影響互相抵消，提高測量的精度和穩定性。本發明電路的工作流程如圖4所示，主要完成對SCA103T傾角傳感器的模擬輸出採樣，進行A/D轉換為數字量並進行數字濾波及溫度補償。
(2)數字濾波的實現
為了提高測量精度，本系統採用了對SCA103T的差分模擬輸出進行24位A/D轉換，由於SCA103T有不停運行的內在A/D轉換器，會引起模擬輸出有尖峰脈衝，此脈衝幹擾間隔50至70us，直接採用模擬輸出會造成測量數據錯誤，需要對模擬輸出進行低通濾波。為提高測量精度需要進行中值濾波，本儀器對模擬量進行30次A/D轉換，對所得數值用冒泡法排序，選取中間第15位置的數值，重複上述循環程序30次對所得數據存儲並排序，再選取其中間第15位置的數值作為測量的AD值。(3)溫度補償的實現
由於任何測量傳感器都存在溫度變化影響輸出靈敏度，SCA103T典型零點溫度特性、溫度靈敏度特性，為了最大可能得到精確的測量結果，通過下式可計算出相對於環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為環境溫度。再根據傳感器靈敏度計算出相對環境的修正後靈敏度。SENScomp=SENS* (l+Scoor/100)
式中SENSramp為溫度補償後的靈敏度；
SENS為名義上的傳 感器靈敏度(SCA103T-D05是8V/g)。
權利要求
1.一種通用數字式姿態自動測量電路，其特徵在於:由測量單元、數據採集與控制單元、顯示器、鍵盤、電源組成，所述測量單元為SCA103T傾角傳感器，所述數據採集與控制單元採用C8051F350單片機，所述顯示器為LCM06XA液晶顯示模塊，所述電源為9V疊層電池，分別與5V S818A50集成穩壓晶片和3V S818A30集成穩壓晶片連接，提供5V和3V電壓，所述5V S818A50集成穩壓晶片為SCA103T傾角傳感器和電壓基準電路供電，所述3V S818A30集成穩壓晶片為C8051F350單片機和LCM06XA液晶顯示模塊供電。
2.所述SCA103T傾角傳感器outl和out2輸出及電壓基準電路的輸出連接C8051F350單片機的24位ADC輸入，所述鍵盤連接C8051F350單片機的GPIO輸入埠，所述LCM06XA液晶顯示模塊的CS、WR、DATA端分別連接C8051F350單片機的Pl.5、Pl.6，Pl.7腳，所述LCM06XA液晶顯示模塊的對比度由連接其VIXD腳和VDD腳的可變電阻調節。
3.如權利要求1所述的通用數字式姿態自動測量電路，其特徵在於:所述5VS818A50集成穩壓晶片的輸出端輸出5V電壓通過兩個分壓電阻和一個電容連接所述C8051F350單片機的VREF-、VREF+埠，採集電壓基準；所述SCA103T傾角傳感器outl和out2分別通過電阻作為輸出端連接所述C8 051F350單片機，所述輸出端分別通過阻容濾波電路接地。
全文摘要
本發明公開了一種通用數字式姿態自動測量電路，由測量單元、數據採集與控制單元、顯示器、鍵盤、電源組成，所述測量單元為SCA103T傾角傳感器，所述數據採集與控制單元採用C8051F350單片機，所述顯示器為LCM06XA液晶顯示模塊，所述電源為9V疊層電池，分別與5VS818A50集成穩壓晶片和3VS818A30集成穩壓晶片連接,提供5V和3V電壓，所述5VS818A50集成穩壓晶片為SCA103T傾角傳感器和電壓基準電路供電，數據採集與C8051F350單片機作為A/D轉換電壓基準，基準電壓和供電電壓是同步同向變化，從而使其對A/D轉換的影響互相抵消，提高測量的精度和穩定性，實現了傾角測量的數位化。
文檔編號G01C9/00GK103245328SQ20131013011
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者閻斌, 李劍, 劉旭中 申請人:河南中光學集團有限公司