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基于STM32的高精度角度检测仪的设计

作者：杜锋李本登

来源：《电脑知识与技术》2019年第13期

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摘要：针对现有角度测量装置测量精度低，实时数据差，抗冲击能力弱，测量环境灵敏度

差，可操作性差的问题，采用STM32高性能单片机设计了高精度角度测量仪，通过角度测量

电路，补偿电路和GPRS无线通讯电路的设计。实现了通过GPRS无线数据传输从角度数据收

集和存储数据到客户端的功能。有效地提高了角度测量的效率。高精度单轴测斜仪SCA103T

作为角度传感器，提高了测量的精度和灵敏度。

关键词：STM32;高精度;无线数据传输;SCA103T

中图分类号：TP311;;;;文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）13-0245-02

项目背景1

角度计用作许多控制系统中的瞄准部件的手段。在过往的控制系统中，大都是靠操作人员

的经验或者利用传统的机械式测角仪，传统的机械式测角仪利用分度盘来进行角度测量，而分

度盘不能无限增加，从而受到限制，严重影响控制系统的测量要求。角度测量仪可以方便地显

示前后角度差，减少了工人的专业要求，提高了生产效率，有利于提高产品质量和安全性。因

此，有必要研究一种合适的角度测量方法。

本项目主要应用于桥梁建设打桩垂直度的测量、具有很强的实用价值。由于之前的产品测

量精度只能达到±0.01º，不能满足用户对角度测量精度的要求。因此，通过本创新项目，能够

提升角度测量精度。

设计2方案

角度测量是计量科学的重要组成部分，广泛应用于工业领域。本文所描述的角度测量仪使

用STM32F103作为数据处理的核心单元。这是一款带有Cortex-M内核的低功耗，高速度的

32位处理器。角度测量模块使用的是高精度、低功耗角度传感器SCA103T，能将角度转换成

16位数字输出或-5V～+5V的直流电压输出，对应的测量角度为-15º～+15º，通过给定的算法

和数字低通滤波后即可计算出当前的倾斜角度值。此角度值可以直接在液晶上显示或者通过通

信模块直接传送到用户客户端上，便于操作。

所2.1用角度传感器特点简介

高精度单轴测斜仪SCA103T系列是基于3DMEMS的单轴测斜仪，可提供一流的仪器性

能。传感器的传感元件在测量时需要与测量平台平行，并且必须彼此垂直。低温度，高分辨

率，低噪声和強大的传感元件设计使SCA103T成为角度测量仪器的最佳选择。此外，倾斜传

感器具有一定程度的抗振性，因为它们增加了部件内部的阻尼感测，使其能够承受高达20，

000g的机械冲击力。

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方案具体实施措施2.2

本角度测量仪主要从以下几个方面入手：

）角度传感器信号处理电路与数据采集电路的相关设计。使传感器能够在极端环境中能1

够保持数据的准确性

）通过相关程序设计和硬件的优化以减少仪器对于外在因素的影响，主要是通过添加温2

度补偿电路以及在程序中添加温度补偿算法;

）主控制器驱动部分，人机交互部分包括按键部分和显示部分3;

）GPRS4无线通信模块的增加以及冷启动控制电路的创新，通过GPRS无线通讯模块实

现远程监控的功能，冷启动控制电路能够降低系统总体的功耗。

硬件设计3

高精度角度检测仪的硬件系统包括：模拟信号输入电路、模拟信号处理电路、GPRS无线

通讯电路，以及按键电路显示电路。但是，每个电路的具体实施方法又与相关技术的功能、成

本、发展程度相结合。该角度测量仪要求能够实现数据的在线监测以及实时数据传输功能。整

体电路包括角度传感器