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1、基于單片機(jī)的傾角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的傾角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[組圖組圖]1.引言[電子經(jīng)理人]消息,海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器是測(cè)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(cè)量參數(shù)的精度。通過(guò)對(duì)儀器姿態(tài)的精確測(cè)量,可在一定傾角范圍內(nèi)對(duì)流速、流向等水文測(cè)量要素進(jìn)行傾斜補(bǔ)償。本文主要通過(guò)傾角傳感器的選型、AD轉(zhuǎn)換及其測(cè)量控制電路的設(shè)計(jì)、與上位機(jī)的通訊等幾部分,詳細(xì)介紹了一種傾角測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。已成功地在國(guó)家“十五”863計(jì)劃“水下流浪潮綜合測(cè)
2、量技術(shù)”課題中得到應(yīng)用。2.傾角測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖1是系統(tǒng)硬件組成的框圖。如圖所示,整個(gè)系統(tǒng)由SCA100T傾角傳感器、一階低通濾波器、ADS1211AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、上位機(jī)等幾部分組成。下面簡(jiǎn)單對(duì)硬件的各個(gè)組成部分進(jìn)行介紹:圖1硬件設(shè)計(jì)框圖2.1單片機(jī)的選擇單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它是把組成計(jì)算機(jī)的各種功能部件:中央處理器CPU、RAM、ROM、IO接口電路、定時(shí)器計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中,構(gòu)成一個(gè)完整的
3、微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心,在本文的應(yīng)用中主要用于數(shù)據(jù)采集和傳輸,選用的是ATMEL公司的AT89S52。2.2AD轉(zhuǎn)換器ADS1211是高精度、寬動(dòng)態(tài)特性的Δ-Σ型模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它的差動(dòng)輸入端可以直接與傳感器或微小的電壓信號(hào)相連。其內(nèi)部的Δ-Σ結(jié)構(gòu)可確保它的寬動(dòng)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(zhuǎn)換速度為10Hz時(shí)獲得20位的有效精度;借助于其內(nèi)部獨(dú)特的調(diào)制器加速操作模式,在轉(zhuǎn)換速度為1kHz時(shí)仍
4、可達(dá)到16位的有效精度?;痦?xiàng)目:國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計(jì)劃資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)主題:水下流浪潮綜合測(cè)量技術(shù)(課題號(hào):2002AA632060)ADS1211有主動(dòng)和從動(dòng)兩種工作方式,在本應(yīng)用中ADS1211與單片機(jī)的連接采用四線制從動(dòng)方式(如圖2),即ADS1211的SDOUT、SDIO、SCLK、DRDY分別與單片機(jī)的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7口連接。采樣數(shù)據(jù)通過(guò)SDOUT傳輸?shù)絾纹瑱C(jī),單片機(jī)通過(guò)查詢DRD
5、Y接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)通過(guò)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(shí)現(xiàn)。可求得為38.7度。考慮到儀器的傾斜不應(yīng)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(shí)采用此種水平放置方法。同時(shí),為了進(jìn)行傳感器自檢和內(nèi)部校正,分別將傳感器的MISO、MOSI、SCK、CSB與單片機(jī)的P1.1、P1.2、P1.3、P1.4相連。MISO用于傳輸傳感器內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),MOSI與單片機(jī)的P1.2引
6、腳相連,用于向傳感器發(fā)送命令和進(jìn)行傳感器內(nèi)部自校正,使用軟件編程通過(guò)P1.3向SCK提供串口通訊脈沖。CSB為片選信號(hào)引腳。另外,SCA100T內(nèi)部帶有溫度傳感器,可對(duì)溫度誤差補(bǔ)償,在商業(yè)溫度范圍內(nèi)可不考慮溫度的影響。2.4一階低通濾波器由于SCA100T系列內(nèi)置一個(gè)11位的AD轉(zhuǎn)換器,會(huì)產(chǎn)生周期為5070微秒持續(xù)時(shí)間大約1微秒的毛刺,這個(gè)毛刺被疊加到模擬信號(hào)輸出端。在低速轉(zhuǎn)換時(shí)影響不大,但在進(jìn)行高速轉(zhuǎn)換時(shí)可能引起測(cè)量錯(cuò)誤。因此需要在模
7、擬信號(hào)的輸出端加上一個(gè)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(hào)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(shí)也給傳感器提供電源。3.軟件設(shè)計(jì)軟件分為下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件兩部分。3.1單片機(jī)軟件編程對(duì)于51系列單片機(jī),目前有匯編、PLM、C和BASIC四種語(yǔ)言支持。本文下位機(jī)軟件采用KeilC51程序編寫(xiě)。主
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