基于單片機的傾角測量系統(tǒng)設計

1、基于單片機的傾角測量系統(tǒng)設計基于單片機的傾角測量系統(tǒng)設計[組圖組圖]1.引言［電子經理人］消息，海洋環(huán)境監(jiān)測儀器是測量海洋水文要素的重要手段，其在水下的姿態(tài)直接影響到測量參數的精度。通過對儀器姿態(tài)的精確測量，可在一定傾角范圍內對流速、流向等水文測量要素進行傾斜補償。本文主要通過傾角傳感器的選型、AD轉換及其測量控制電路的設計、與上位機的通訊等幾部分，詳細介紹了一種傾角測量系統(tǒng)的設計方案。已成功地在國家“十五”863計劃“水下流浪潮綜合測

2、量技術”課題中得到應用。2.傾角測量系統(tǒng)的硬件設計圖1是系統(tǒng)硬件組成的框圖。如圖所示，整個系統(tǒng)由SCA100T傾角傳感器、一階低通濾波器、ADS1211AD轉換器、單片機、上位機等幾部分組成。下面簡單對硬件的各個組成部分進行介紹：圖1硬件設計框圖2.1單片機的選擇單片微型計算機簡稱單片機。它是把組成計算機的各種功能部件：中央處理器CPU、RAM、ROM、IO接口電路、定時器計數器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中，構成一個完整的

3、微型計算機。單片機是整個系統(tǒng)的核心，在本文的應用中主要用于數據采集和傳輸，選用的是ATMEL公司的AT89S52。2.2AD轉換器ADS1211是高精度、寬動態(tài)特性的Δ－Σ型模擬／數字轉換器。它的差動輸入端可以直接與傳感器或微小的電壓信號相連。其內部的Δ－Σ結構可確保它的寬動態(tài)特性和24位的分辨率。由于采用了低噪聲的輸入放大器，可以在轉換速度為10Hz時獲得20位的有效精度；借助于其內部獨特的調制器加速操作模式，在轉換速度為1kHz時仍

4、可達到16位的有效精度?；痦椖浚簢腋呒夹g研究發(fā)展（863）計劃資源環(huán)境技術領域海洋監(jiān)測技術主題：水下流浪潮綜合測量技術（課題號：2002AA632060）ADS1211有主動和從動兩種工作方式，在本應用中ADS1211與單片機的連接采用四線制從動方式（如圖2），即ADS1211的SDOUT、SDIO、SCLK、DRDY分別與單片機的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7口連接。采樣數據通過SDOUT傳輸到單片機，單片機通過查詢DRD

5、Y接收數據。單片機通過SDIO向ADS1211發(fā)送命令。SCLK引腳上的串行通波特率由軟件編程實現?？汕蟮脼?8.7度?？紤]到儀器的傾斜不應該大于30度（如果大于30度只能重新安裝），所以傳感器安裝時采用此種水平放置方法。同時，為了進行傳感器自檢和內部校正，分別將傳感器的MISO、MOSI、SCK、CSB與單片機的P1.1、P1.2、P1.3、P1.4相連。MISO用于傳輸傳感器內部模數轉換器轉換的數字數據，MOSI與單片機的P1.2引

6、腳相連，用于向傳感器發(fā)送命令和進行傳感器內部自校正，使用軟件編程通過P1.3向SCK提供串口通訊脈沖。CSB為片選信號引腳。另外，SCA100T內部帶有溫度傳感器，可對溫度誤差補償，在商業(yè)溫度范圍內可不考慮溫度的影響。2.4一階低通濾波器由于SCA100T系列內置一個11位的AD轉換器，會產生周期為5070微秒持續(xù)時間大約1微秒的毛刺，這個毛刺被疊加到模擬信號輸出端。在低速轉換時影響不大，但在進行高速轉換時可能引起測量錯誤。因此需要在模

7、擬信號的輸出端加上一個一階低通濾波器，可有效濾除毛刺的影響。2.5電源部分為了減少模擬信號噪聲，采用MAXIM公司的低噪聲高穩(wěn)定性MAX6325電源芯片給ADS1211提供參考電源，使用MAX6350芯片給ADS1211提供模擬電源，同時也給傳感器提供電源。3.軟件設計軟件分為下位機軟件和上位機軟件兩部分。3.1單片機軟件編程對于51系列單片機，目前有匯編、PLM、C和BASIC四種語言支持。本文下位機軟件采用KeilC51程序編寫。主