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2012年电子设计大赛实验报告——倾角测量仪
倾角测量仪的设计
摘 要
当前,大多数行业测量角度时依然沿用传统的水泡式(条式)水平仪.其检测方法有诸多缺点,如测量值因人而易、功能单一、测量范围小等。本倾角测量仪,它与传统的水泡式(条式)水平仪相比具有电子检测、即时数值显示、测量精度高、测量范围大、使用及携带方便等特点,大大提高了工作效率。 本文详细介绍了一种利用倾角传感器 、AD 转换器 、单片机实现高精度倾角测量的方法,它可以测量-45°~+45°范围内的任意倾角,分辨率可达0.1°。
此外,由于该倾角仪输出为数字结果,因此它也可以与其他的数字设备结合起来,组成一个功能更加强大的仪器。该装置可满足大量工程上的应用。该数字倾角仪具有携带方便、精度高、功能多等特点。它使用方便 ,应用范围广泛 。该数字倾角仪可广泛用于建筑、机械、道路、桥梁、石油、煤矿和地质勘探等各种需要测量重力参考系下倾角的场合。
关键词:倾角测量;AD转换器;单片机
目 录
引 言 6
第1章 绪论 7
1.1 测试系统方案选择 7
1.2 测试系统一般结构 7
第2章 系统硬件设计 9
2.1 系统硬件组成 9
2.2 倾角传感器选择 9
2.2.1 选择传感器的的基本原则 9
2.2.2 倾角传感器原理 10
2.2.3 本设计选用的传感器 11
2.3 单片机的选择及其外围电路设计 16
2.3.1 89S52单片机的原理与结构 17
2.3.2 89S52在本设计中的应用 19
2.4 A/D转换电路设计 22
2.4.1 AD574A的A/D转换原理 22
2.4.2 AD574A在本设计中的应用 23
2.4.3 AD574A在本系统中的应用 26
2.5 显示模块设计 27
2.5.1 LED驱动器功能简介 28
2.5.2 本设计LED显示器的应用 32
第3章 系统软件设计 35
3.1 系统主流程图 35
3.2 系统初始化设计 35
3.3 A/D转换子程序设计 36
3.4 数制转换程序设计 37
3.5 LED显示模块子程序设计 38
3.6 X5045模块程序设计 39
致 谢 43
参考文献 44
附录A 电气原理图 45
附录C 主要参考文献及其摘要 51
附录D 程序清单 53
引 言
当前,大多数行业测量角度时依然沿用传统的水泡式(条式)水平仪.其检测方法依然是―水泡移动,肉眼分辨‖。这种原始的检测方法有诸多缺点,如测量值因人而易(由于是用肉眼观察水泡的位置来估计值,所以测量误差偏大,且测量误差主要有认为因素导致)、功能单一(其只能在一定的环境下测量角度,而不能完成其他测量)、测量范围小(传统的水泡式水平仪由于是靠观察水泡的位置来估计值的,所以其测量范围受到很大的限制)等[9]。 本倾角测量仪,它与传统的水泡式(条式)水平仪相比具有电子检测、即时数值显示、测量精度高、测量范围大、使用及携带方便等特点,彻底摆脱了―看水泡移动、估计值‖的传统测量方法,大大提高了工作效率。此外,由于该倾角仪输出为数字结果,因此它也可以与其他的数字设备结合起来,组成一个功能更加强大的仪器。该装置测量误差小于0.1°,可满足大量工程上的应用。该数字倾角仪具有携带方便、精度高、功能多等特点。它使用方便,应用范围广泛,该倾角测量仪可广泛用于建筑、机械、道路、桥梁、石油、煤矿和地质勘探等各种需要测量重力参考系下倾角的场合。所以该倾角仪有良好的发展前景和使用价值。它与传统的一些测量角度的仪器相比有着很大的优越性,所以其必将逐渐取代传统的水泡式(条式)水平仪。 本文分3章对本设计进行了阐述。第1章绪论介绍了系统整体方案的选择,提出了系统的整体结构及设计思路。第2章为系统硬件的设计,对倾角传感器、主控模块、A/D转换模块和显示模块的选择及应用分别做了说明。第3章为系统软件的设计,介绍了系统各个模块的软件设计思想及程序。
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第1章 绪论
1.1 测试系统方案选择
本设计采用了单片机测试系统。 随着超大规模集成电路技术的发展,微型计算机正以惊人的速度飞速发展。目前,微型计算机的发展有两个大的趋向:一个发展是向128位以上的巨型机迈进,另一个发展方向是向更加微型化、多功能化,使其在一块芯片是构成一台完整的微型计算机,即所谓的单片机。单片机只要用于工业过程控制及智能控制仪器中,特别是在传感器智能仪器发展中,已显示出巨大的优越性,因而深受人们的欢迎,成为近年来最为活跃的领域[3]。 单片机之所以在智能仪器中广泛采用,主要是因为其具有以下特点[11]。
① 体积小、价格低廉
目前的单片机不但把CPU、存储器及I/O接
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