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角度传感器在大学生电子设计竞赛上的应用 2013 年大学生电子设计竞赛 度传感器专题讨论 2013-8-29 于合肥 2013 年大学生电子设计竞赛元件清单上给出了角度传感器，对 2007 年首次登上国赛 舞台的一款新型传感器，当时很多人会感觉到陌生，2011 年在国赛上再次出现他是身影， 随后很多省市将角度传感器列入了元器件清单范围内。到现在大家应该不陌生了，为什么角 度传感器越来越受到命题专家的热衷呢，笔者分析原因有二： 其一：不能每次竞赛都是光电，超声波，红外吧，总得来点创新的，系统的创新源于感知， 传感器作为感知器件必不可少，专家就想到了角度传感器。 其二：角度传感器的应用越来越广泛了，在汽车四轮定位、铺路机，铁塔安全监测，塔吊安 全监测，自动粉墙机垂直校准，水平测量的各个行业和领域都会用到。角度传感器可将各种 与角度有关的设备变成自动控制系统。命题中选择角度传感器，自然也是跟上时代脚步。 第三：角度传感器易于对题目进行各种创新和创意，而且你还很难猜中题目，而且试题做出 的作品易 演示，便 观察量化，便 分，生动活波，还具有实用价值。例如2007 年的 国赛题，电动跷跷板，创意十足。 什么是角度传感器？ 倾角传感器是检测倾斜角度的传感器，又称之为角度传感器、水平传感器等。又分为固 体摆、气体摆、液体摆等。这些知识网上都很多，在此就不做过多的介绍。下面以最典型的 MEMS （微电子机械系统）倾角传感器做详细的说明。 通过测量地球的重力加速度分量来对倾斜进行测量。也就是说倾斜传感器所测量到的重 力加速度分量等 倾斜角度的正弦 (sin) ×1g，通过逆运算就能得到角度数据。如果所测 量到的重力加速度分量为0g，那么倾斜角就为0°，即水平状态。 历年竞赛中的角度传感器试题： 2007 年是一个电动车跷跷板试题 设计并制作一个电动车跷跷板，在跷跷板起始端A 一侧装有可移动的配重。配重的位置 可以在从始端开始的200mm ～600mm 范围内调整，调整步长不大 50mm；配重可拆卸。电动 车从起始端A 出发，可以自动在跷跷板上行驶。电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分 别如图1 和图2 所示。 该试题需要通过角度传感器检测水平，这是个动态调平的过程，根据题目要求，对角度 传感器的选择为： 1、单 即可，不需要测量X 和Y 方向的角度 2、需要角度传感器的响应速度较快，例如选择SSA61 系列角度传感器，则为最快30Hz 的速度，完全够用了。 3、角度传感器的精度，根据题目要求，调平的标准为AB 距离地面的高度差小 40mm， 跷跷板长度为 1600mm，根据三角形计算反正切，α=atan (40/1600) =1.43 度，即 传感器的精度一定要小于该数值，可以选择SSA61 系列，SSA61 系列倾角传感器的 精度为0.2 度，完全符合要求。 4、 角度传感器要体积小巧，便 安装，可以选择裸板，SSA61 系列的裸板只有30*30mm 尺寸，很方便安装。 5、选择量程，根据题目要求，可以计算当跷跷板一端着地情况下，最大的倾斜角度为 α=atan (70/800)=5.00 度，也就是说最大倾斜角度为5 度，这种情况下，只要选择 的角度传感器量程大 5 度即可满足要求，例如选择10 度，15 度，30 度都可以。 但也不是越大越好，量程过大就相当 用磅秤去称一个鸡蛋，不是很协调，另外分 辨率和精度也会随这量程的增大而变差。 6、根据实际需要选择输出方式，SSA61 系列角度传感器有多种输出方式，比如说电压， 电流，232 接口等，不推荐选择电流输出的，因为电流输出是和远距离传输，在本 比赛中，传输距离不是很远，可以选择电压输出的，输出电压为 0-5V 范围，电压 输出的角度传感器角度与电压之间的关系为下图所示，但电压输出的需要后续接AD 转换芯片，进行AD 转换，可以用我们常见的ADC0809，ADC0832 等，都行，如果您 为了使用更简单，可以选择数字输出的RS232 接口的，RS232 接口角度传感器直接 输出的就是