CN208013713U - 一种基于arm芯片的角度检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM芯片的角度检测系统，包括一对配合设置的一号主控单元和二号主控单元，一号主控单元和二号主控单元之间通过无线通信模块进行信息传输，无线通信模块发送端连接在一号主控单元的输出端，无线通信模块接收端连接在二号主控单元的输入端；一号主控单元的输入端接收来自角度传感器测量单元获取的角度和角速度，一号主控单元的输出端分别连接有PWM输出单元和显示单元，二号主控单元的输出端通过串口通信连接有PC上位机。本实用新型电路简单，成本低，方便实用，经济效益高，测量的多轴角度精确，应适合用于工业角度监控。

Description

一种基于ARM芯片的角度检测系统

技术领域

本实用新型属于远程工业角度检测系统领域，尤其涉及一种远程角度检测系统。

背景技术

目前，国内通过实时监测角度变化的情况，能够及时发现生产设备的异常工作状况，从而采取控制措施，并为故障诊断提供依据，对于预防生产机械过载变形、疲劳断裂、减少事故发生、保证设备安全可靠运行具有重要的意义。现有的工厂生产设备上的测量报警装置靠近生产现场，一般不支持分级设定预值，不具备无线模块，操作人员使用不便，影响了生产的效率。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于ARM芯片的角度检测系统，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于ARM芯片的角度检测系统，包括一对配合设置的一号主控单元1和二号主控单元2，一号主控单元1和二号主控单元2之间通过无线通信模块进行信息传输，无线通信模块发送端3连接在一号主控单元1的输出端，无线通信模块接收端4连接在二号主控单元2的输入端；

一号主控单元1的输入端接收来自角度传感器测量单元5获取的角度和角速度，一号主控单元1的输出端分别连接有PWM输出单元6和显示单元7，二号主控单元2的输出端通过串口通信连接有PC上位机8。

优选的，PWM输出单元6的输出端连接至工业切割设备。

优选的，PWM输出单元6与一号主控单元1之间设置有声光报警装置。

优选的，一号主控单元1和二号主控单元2采用STM32F103RCT6单片机ARM内核及其外围电路组成。

优选的，一号主控单元1与角度传感器测量单元5之间采用I2C高速通讯协议。

优选的，一号主控单元1和二号主控单元2采用STM32F103RCT6单片机。

优选的，角度传感器测量单元5采用nFR2401无线通讯芯片。

本实用新型控制电路简单，测量模块小巧方便，成本低，方便实用，经济效益高，测量的多轴角度精确，稳定性高，应适合用于工业角度监控。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图

图2为本实用新型的原理结构框图

图3为本实用新型的的主程序结构框图

图中，

1、一号主控单元；2、二号主控单元；3、无线通信模块发送端；4、无线通信模块接收端；5、角度传感器测量单元；6、PWM输出单元；7、显示单元；8、PC上位机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围作出更为清楚明确的界定。

如图1所示可知，本实用新型包括一对配合设置的一号主控单元1和二号主控单元2，一号主控单元1和二号主控单元2之间通过无线通信模块进行信息传输，无线通信模块发送端3连接在一号主控单元1的输出端，无线通信模块接收端4连接在二号主控单元2的输入端；一号主控单元1的输入端接收来自角度传感器测量单元5获取的角度和角速度，一号主控单元1的输出端分别连接有PWM输出单元6和显示单元7，二号主控单元2的输出端通过串口通信连接有PC上位机8。

一号主控单元1和二号主控单元2在使用中需要连接电源和及相关驱动电路，无线通信模块与下位机数据采集MCU微处理器。该实用新型可用于设备PM进行时对角度各个方向的测量与读取，也可以用于对设备某个模块的角度进行监测控制由于工业生产要求严格，所以角度数据采集速度快，有实时性和精确性。

其中角度传感器测量单元5测量精确到0.01度，远程监测高速数据传输，传输速度达 2Mbps。

在本实施中优选的，PWM输出单元6的输出端连接至工业切割设备。

在本实施中优选的，PWM输出单元6与一号主控单元1之间设置有声光报警装置，能够自主设置上、下限报警角度，可以实现产线设备零部件角度的实时监测，当超过设置的报警角度后，系统可以发出声光报警信号，便于提醒产线技术人员检查。

在本实施中优选的，一号主控单元1和二号主控单元2采用STM32F103RCT6单片机ARM 内核及其外围电路组成。

STM32F103RCT6是一款ST意法半导体公司开发的一款基于ARM内核开高度集成的MCU微控制器。该微处理器具有很高的配置，支持两种编程方式：1.寄存器编程；2.库函数编程。特别是库函数编程，可读性高，配置简单，易于程序的移植。STM32F103RCT6内部嵌入36MHz 的晶振，自带倍频功能，最高可以工作在72MHz。同时该芯片内部还集成了多大11个定时器，具有很强大的PWM输出功能，特别是在电机控制领域，有着很强大调控能力。除此之外，STM32F103RCT6有足够的IO口来作为外部输入，内部有256K的程序存储空间，从各个方面都展现了这款MCU的强大实力。

在本实施中优选的，一号主控单元1与角度传感器测量单元5之间采用I2C高速通讯协议。

角度传感器测量单元采用的是MPU6050六轴角速度传感器，MPU-6050是全球首例6轴运动传感器，集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪。MPU-6050具有很高分辨率，可以测量的角度进度达到0.01度左右。一般的角度传感器就算精度很高，其机械结构一定很精密，没有抗冲击能力，MPU-6050则不同，至少具备10kg的抗冲击力。MPU-6050主要测量的三维分量上的电压值，一般的传感器都是直接输出模拟量，需要外加A/D模块与MCU相连，MPU-6050则高度集成了A/D模块，可以直接输出数字信号。同时该芯片自带DMP数字运动处理器，可以将四元数转换成欧拉角roll，pitch和yaw方向的角度值。

在本实施中优选的，一号主控单元1和二号主控单元2采用STM32F103RCT6单片机。

在本实施中优选的，角度传感器测量单元5采用nFR2401无线通讯芯片。

nRF2401芯片是一种基于2.4GHz的开放型无线通讯芯片，有125个频道，可以进行多点通讯，数据传输速度可达2Mbps。nRF2401外围电路简单，内置循环冗余校验，且集成了频率合成器、调制解调器等，输出功率、传输速率和频道选择可通过三线串行接口编程配置。一般情况下nRF2401主要工作于突发模式，在突发模式下，数据从MCU写入该芯片的发送缓冲区，当系统进入定时器中断的时候，执行发送函数，最高数据发送速度可达1兆每秒。由此可以看出，在突发模式下，nRF2401芯片的性能才可以完全体现，从而可以提高系统的运行效率。

本实用新型以STM32为微处理器(ARM内核)、MPU6050作为运动传感器(角度测量模块)、 nFR2401无线通讯芯片及Nokia5110显示屏等为框架，构建数字式远程角度检测系统。采用了STM32F103RCT6单片机芯片为主控制器，通过MPU6050传感器实现角度和角速度采集，将角度信息通过I2C通讯协议传给STM32F103RCT6微控制器处理，角度通过Nokia5110显示屏模块显示，同时将数据通过nFR2401无线通讯芯片实时传给无线接收模块，以实现远距离角度动态监测。

如图1所示本实用新型系统初始化程序在系统上电启动或者复位时，对MPU6050角度传感器的硬件和软件进行初始化，完成系统的配置工作，初始化程序主要包括：延时函数初始化、系统时钟初始化、I/O口配置初始化、定时器初始化、无线模块初始化。

作为上述技术方案的进一步优化角度监测是一个实时不断的过程，因此主程序是一个 while大循环，主要一开始做好各个模块的初始化工作，接着进入大循环中，主函数中没有加入很多处理函数，仅仅加入了Nokia5110的显示函数。主要是考虑到整个系统的程序架构，不可以全部放到main函数中进行，不然会加大CPU的工作量，处理数据不及时，很容易出现程序跑飞的情况，因此将数据采集和数据处理放到了定时器中断中进行，每5ms传感器MPU605 进行一次数据采集处理，同时中断中间数据通过无线模块发送出去，这样大大减轻了主函数即CPU的工作压力，是个整个系统更加稳定，具体结构请参考图3：

以上，仅为本实用新型的具体实施方式之一，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可不经创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于ARM芯片的角度检测系统，其特征在于：包括一对配合设置的一号主控单元(1)和二号主控单元(2)，所述一号主控单元(1)和二号主控单元(2)之间通过无线通信模块进行信息传输，所述无线通信模块发送端(3)连接在一号主控单元(1)的输出端，所述无线通信模块接收端(4)连接在二号主控单元(2)的输入端；

所述一号主控单元(1)的输入端接收来自角度传感器测量单元(5)获取的角度和角速度，所述一号主控单元(1)的输出端分别连接有PWM输出单元(6)和显示单元(7)，所述二号主控单元(2)的输出端通过串口通信连接有PC上位机(8)。

2.根据权利要求1所述的一种基于ARM芯片的角度检测系统，其特征在于：所述PWM输出单元(6)的输出端连接至工业切割设备。

3.根据权利要求2所述的一种基于ARM芯片的角度检测系统，其特征在于：所述PWM输出单元(6)与一号主控单元(1)之间设置有声光报警装置。

4.根据权利要求3所述的一种基于ARM芯片的角度检测系统，其特征在于：所述一号主控单元(1)和二号主控单元(2)采用STM32F103RCT6单片机及其外围电路组成。

5.根据权利要求4所述的一种基于ARM芯片的角度检测系统，其特征在于：所述一号主控单元(1)与角度传感器测量单元(5)之间采用I2C高速通讯协议。

6.根据权利要求5所述的一种基于ARM芯片的角度检测系统，其特征在于：所述一号主控单元(1)和二号主控单元(2)采用STM32F103RCT6单片机。

7.根据权利要求5所述的一种基于ARM芯片的角度检测系统，其特征在于：所述角度传感器测量单元(5)采用nFR2401无线通讯芯片。