CN103245328A - 一种通用数字式姿态自动测量电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通用数字式姿态自动测量电路，由测量单元、数据采集与控制单元、显示器、键盘、电源组成，所述测量单元为SCA103T倾角传感器，所述数据采集与控制单元采用C8051F350单片机，所述显示器为LCM06XA液晶显示模块，所述电源为9V叠层电池，分别与5VS818A50集成稳压芯片和3VS818A30集成稳压芯片连接,提供5V和3V电压，所述5VS818A50集成稳压芯片为SCA103T倾角传感器和电压基准电路供电，数据采集与C8051F350单片机作为A/D转换电压基准，基准电压和供电电压是同步同向变化，从而使其对A/D转换的影响互相抵消，提高测量的精度和稳定性，实现了倾角测量的数字化。

Description

一种通用数字式姿态自动测量电路
技术领域
本发明属于数字姿态测量技术领域，具体涉及一种数字式姿态自动测量电路。
技术背景
目前市场上的姿态测量仪器一般价格比较高，测量精度高的体积大，操作不便，并且显示不直观。 
发明内容
本发明为弥补以上缺陷，目的在于提供一种测量精度高，功能全面，操作方便、可靠的通用数字式姿态自动测量仪器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案：该通用数字式姿态自动测量电路，其特征在于：由测量单元、数据采集与控制单元、显示器、键盘、电源组成，所述测量单元为SCA103T倾角传感器，所述数据采集与控制单元采用C8051F350单片机，所述显示器为LCM06XA液晶显示模块，所述电源为9V叠层电池，分别与5V S818A50集成稳压芯片和 3V S818A30集成稳压芯片连接,提供5V和3V电压，所述5V S818A50集成稳压芯片为SCA103T倾角传感器和电压基准电路供电，所述3V S818A30集成稳压芯片为C8051F350单片机和LCM06XA液晶显示模块供电。所述SCA103T倾角传感器out1和 out2输出及电压基准电路的输出连接C8051F350单片机的24位ADC输入，所述键盘连接C8051F350单片机的GPIO输入端口，所述LCM06XA液晶显示模块的CS、WR、DATA端分别连接C8051F350单片机的P1.5、P1.6，P1.7脚，所述LCM06XA液晶显示模块的对比度由连接其VLCD 脚和VDD脚的可变电阻调节。
所述5V S818A50集成稳压芯片的输出端输出5V电压通过两个分压电阻和一个电容连接所述C8051F350单片机的VREF-、VREF+端口，采集电压基准；所述SCA103T倾角传感器out1和 out2分别通过电阻作为输出端连接所述C8051F350单片机，所述输出端分别通过阻容滤波电路接地。
采用上述技术方案的有益效果：该通用数字式姿态自动测量电路利用按键进行操作，通过C8051F350完成对SCA103T的模拟输出采样，进行AD转换转化为数字量并进行数字滤波及温度补偿,并最终将测量结果及一些状态信息在LCD上显示出来。其中的测量单元主要由
SCA103T倾角传感器及其外围电路组成，SCAl03T倾角传感器是芬兰VTI公司推出的利用MEMS技术开发生产的高精度单轴倾角传感器，在10Hz带宽模拟端输出可获得0.001度的输出分辨率。所述数据采集与控制单元主要对测量单元实施控制与采集数据，对采集到的数据进行处理并送显示器显示，主要由Silicon Labs公司的C8051F350单片机及其外围电路组成。所述液晶显示模块实现液晶数字显示，左数第一位为工作状态指示位，第二位为倾角方向指示位，第三到第六位为数据位。电池电压欠压指示：当电池电压低于7伏时，LCD上显示“LO”，此时必须更换电池，否则可能会影响测量精度。工作状态指示位：开机默认为绝对状态，此时符号位无显示，按下相对/绝对键后显示“||”表示显示相对角度。倾角方向指示：“－” (负)表示角度是自零点逆时针方向的角度，无此指示，表示角度是自零点顺时针方向的角度。当传感器沿测量方向正向倾斜时，符号位无显示，当传感器沿测量方向负向倾斜时，符号位显示“－”。数据位：显示传感器所测当前角的角度数据，显示精确到0.1mil（0.006°）。工作范围指示：本仪器量程为-500mil～+500mil，当实际测量值超过仪器标称范围值时，LCD上将显示――――，表示超出工作范围。单片机检测键盘操作实现控制，根据使用的需要, 精简按键功能，本仪器仅设置了“电源”、“相对/绝对”和“背光/校准”3个按键。与现有技术相比,具有测量精度高,功能全面,操作方便、可靠，通用性好，且成本低。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为系统硬件组成框图。
图2为单片机与倾角传感器之间的接口图。
图3为单片机与液晶显示模块接口图。
图4为电路的工作流程。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示的该通用数字式姿态自动测量电路，由测量单元、数据采集与控制单元、显示器、键盘、电源组成，所述测量单元为SCA103T倾角传感器，所述数据采集与控制单元采用C8051F350单片机，所述显示器为LCM06XA液晶显示模块，所述电源为9V叠层电池，分别与5V S818A50集成稳压芯片和 3V S818A30集成稳压芯片连接,提供5V和3V电压，所述5V S818A50集成稳压芯片为SCA103T倾角传感器供电，电压基准电路对5V分压形成浮动电压基准。所述3V S818A30集成稳压芯片为C8051F350单片机和LCM06XA液晶显示模块供电。所述SCA103T倾角传感器out1和 out2输出及电压基准电路的输出连接C8051F350单片机的24位ADC输入，所述5V S818A50集成稳压芯片的输出端输出5V电压通过两个分压电阻和一个电容连接所述C8051F350单片机的VREF-、VREF+端口，采集电压基准；所述SCA103T倾角传感器out1和 out2分别通过电阻作为输出端连接所述C8051F350单片机，所述输出端分别通过阻容滤波电路接地。所述键盘连接C8051F350单片机的GPIO输入端口，所述LCM06XA液晶显示模块的CS、WR、DATA端分别连接C8051F350单片机的P1.5、P1.6，P1.7脚，所述LCM06XA液晶显示模块的对比度由连接其VLCD 脚和VDD脚的可变电阻调节。
（1）浮动电压基准的实现
通过分压电路对SCA103T倾角传感器的供电电压5V进行分压供给数据采集与控制单元C8051F350单片机作为A/D转换电压基准。因温度、供电电池电压变化等因素造成5V电压漂移，传感器的输出也会跟随变化，由于基准电压和供电电压是同步同向变化，从而使其对A/D转换的影响互相抵消，提高测量的精度和稳定性。
本发明电路的工作流程如图4所示，主要完成对SCA103T倾角传感器的模拟输出采样，进行A/D转换为数字量并进行数字滤波及温度补偿。
（2）数字滤波的实现
为了提高测量精度，本系统采用了对SCA103T的差分模拟输出进行24位A/D转换，由于SCA103T有不停运行的内在A/D转换器,会引起模拟输出有尖峰脉冲，此脉冲干扰间隔50至70us,直接采用模拟输出会造成测量数据错误，需要对模拟输出进行低通滤波。为提高测量精度需要进行中值滤波，本仪器对模拟量进行30次A/D转换,对所得数值用冒泡法排序，选取中间第15位置的数值，重复上述循环程序30次对所得数据存储并排序，再选取其中间第15位置的数值作为测量的AD值。
（3）温度补偿的实现
由于任何测量传感器都存在温度变化影响输出灵敏度，SCA103T典型零点温度特性、温度灵敏度特性，为了最大可能得到精确的测量结果，通过下式可计算出相对于环境温度的传感器输出误差。
Scorr =-0.0000005*T3-0.00005*T2+0.0032*T-0.031
式中T为环境温度。
再根据传感器灵敏度计算出相对环境的修正后灵敏度。
SENScomp=SENS*(1+Scoor/100)
式中SENScomp为温度补偿后的灵敏度；
SENS为名义上的传感器灵敏度（SCA103T-D05是8V/g）。

Claims (3)

1.一种通用数字式姿态自动测量电路，其特征在于：由测量单元、数据采集与控制单元、显示器、键盘、电源组成，所述测量单元为SCA103T倾角传感器，所述数据采集与控制单元采用C8051F350单片机，所述显示器为LCM06XA液晶显示模块，所述电源为9V叠层电池，分别与5V S818A50集成稳压芯片和 3V S818A30集成稳压芯片连接,提供5V和3V电压，所述5V S818A50集成稳压芯片为SCA103T倾角传感器和电压基准电路供电，所述3V S818A30集成稳压芯片为C8051F350单片机和LCM06XA液晶显示模块供电。
2.所述SCA103T倾角传感器out1和 out2输出及电压基准电路的输出连接C8051F350单片机的24位ADC输入，所述键盘连接C8051F350单片机的GPIO输入端口，所述LCM06XA液晶显示模块的CS、WR、DATA端分别连接C8051F350单片机的P1.5、P1.6，P1.7脚，所述LCM06XA液晶显示模块的对比度由连接其VLCD 脚和VDD脚的可变电阻调节。
3.如权利要求1所述的通用数字式姿态自动测量电路，其特征在于：所述5V S818A50集成稳压芯片的输出端输出5V电压通过两个分压电阻和一个电容连接所述C8051F350单片机的VREF-、VREF+端口，采集电压基准；所述SCA103T倾角传感器out1和 out2分别通过电阻作为输出端连接所述C8051F350单片机，所述输出端分别通过阻容滤波电路接地。
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