船用电子倾斜仪原理.docx

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1、船用电子倾斜仪原理(总7页)-CA1-FENGHA1-(YICAI)-CompanyOne1-CA1-本页仅作为文档封面，使用请直接删除总体设计船用电子倾斜仪的组成：倾斜传感器、A/D转换、单片机控制系统、数据传输系统、1ED数码管显示、电源及数据处理软件系统。系统原理见下图一硬件部分1单轴倾斜传感器基本原理理论基础牛顿第二定律：根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分算出线速度，进而可以计算出直线位移，所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。倾角传感器当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的

2、只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。一般意义上的倾角传感器是静态测量或者准静态测量，一旦有外界加速度，那么加速度芯片测出来的加速度就包含外界加速度，故而计算出来的角度就不准确了，因此，现在常用的做法是增加mems陀螺芯片，并采用优先的卡尔曼滤波算法。加速度3个轴，陀螺仪3个轴，所有这里产品也叫6轴或VG(vertica1gyro)0随着MEMS技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功,应用最广泛的微机电系统器件之一，而微加速度计(microacce1erometer)就是惯性传感器件的杰出代表。作为最成熟的惯性传感器应用，在的MEMS加速度计有非常高的

3、集成度，即传感系统与接口线路集成在一个芯片上。倾角传感器把MCU,MEMS加速度计，模数转换电路，通讯单元全都集成在一块非常小的电路板上面。可以直接输出角度等倾斜数据，让人们更方便的使用它。倾角测量通过双轴的配合，其原理是用欧拉角的形式表示一个坐标系的转动，可以实现360度倾角的测量。产品已经非常稳定。在一些需要进行全量程倾角测量的场合，选择360度产品是比较理想的。2A/D转换模块原理由A/D转换模块完成传感器模拟电压量的数字转化，设有8通道，12位A/D转换。3单片机原理单片机控制系统控制系统主要包括8032系统、存储系统、时钟系统、液晶显示及通讯系统。倾斜测量系统中提供日历时钟信号。时钟

4、的调整由面板上的功能键完成。而显示系统则采用液晶显示器，该显示器分为两行，上一行显示当前时间，下一行则显示X、Y方向当前的船舶动态倾斜角度或平均倾斜角度。AVDDAGNDFTEMPAUXI1IARY16-IT-ADC12-BVO1TAGEDACPRIMARY24-BIT1-ADCADuC824AVDDCURRENTSOURCEMUX-QIEXCi-QIEXC2DACe051SEDIIACUWITH-ADDiTIONA1PERIPHERA1SSENSORRERN-RENXTA11XTAUPROG.C1OCKDIVIDERINTERNA1BANDGAPVREF4xPARA11E1PORTS3x16

5、BITTIMER/COUNTERS1TIMEINTERVA1CoUNTER8KBYTESF1ASH/EEPROGRAMMEMORY640BYTESF1ASEEDATAMEMORY256BYTESUSERRAMEXTERNA1VREFDETECTON-CHIPMONITORSPOWERSUPP1YMONITORWATCHDOGTIMERI2C-Compatib1eUARTANDSPISERIA1I/O图I-2ADuC824单片机的内部功能结构图ADuC824原理ADuC824虽然本身就带有8KB的F1ash程序存储器、640B的F1ash数据存储器以及256B的数据存储器，但在数据采集的过程中，

6、我们需要存储大量的数据和存储液晶显示的一级汉字库，所以，我们需要一个大容量的数据存储器。在本系统中间，我们采用了三星公司生产的新型的FIaSh存储器K9S6408V0A,它的数据容量可达8MB。它只需3V供电便可进行读写、编程、擦除等操作，而且与CPU的接口简单，升级至更大容量而无须更改外部连接5。以上图二是K9S6408V0A与ADuC824接口电路。我们采用内藏SED1335显示控制器的1CD显示模块。该控制器可同时显示字符和图形。其与ADuC824的连接方式有两种方式：一是直接的方式，一是间接的方式。本系统采用直接的连接方式，如下图三所示，其中SED1335的数据线DO7直接挂在ADuC

7、824的数据总线Po上，片选信号CS由ADUC812的地址线P2.7控制，命令/数据寄存器选择信号Ao直接与ADuC824的P2.6相接，读写信号线分别与ADuC824的读写输出脚相接。SED1335在与ADuC824的接口部设有功能较强的I/O缓冲器，从而避免了一般控制器的状态检查项目，ADuC824可以不询问“忙”标志而随时访问SED1335,从而提高系统运行效率。.0-0.7p2.7p2i6RDWRRET4DO-7CSAOWRET.复位控制RXDTXDGNDMAX232RXDGNDAdUC8241CD显示ADUC824PC机图三液晶显示接口图四串口通讯接口串行通信部分设计：串行通信是实现

8、PC机和单片机之间的数据交换的主要手段，而它的实现是通过RS232C串口来实现的，但由于RS232C的信号电平与单片机信号电平（TT1电平）不一致，所以必须进行电平转换。传统的RS232C通讯接口是采用两片集成电路MCI488和MCI489。这样做的结果是系统的电源增加为三组：+5V、+12V和-12V,而且功耗大，所以从减少电源的组数、降低功耗和减小体积方面考虑,我们在本系统中采用最新串行通讯接口芯片MAX232,它只需要单一+5V电源，外加4个电容，就可实现电平转换3。图四为ADuC824与PC机通信时的接口电路。二系统的软件部分设计本系统的软件部分采用模块化结构，各功能模块均编成子程序，

9、便于软件系统的调试和完善。本系统的软件分为七大块，分别为数据采集子程序、键盘子程序、显示子程序、监控子程序、系统通信发送子程序、PC机通信接收子程序和数据分析子程序。数据采集子程序用来启动A/D转换，将采集值存入外部RAM以及将采样值送入显示缓存区C键盘子程序负责判断键盘键号，并将键号送入系统，以便执行响应的功能程序。显示子程序负责显示界面的菜单管理以及将显示缓存区的数据进行显示和曲线分析。监控子程序负责系统的正常运行，以及调用各种子程序和管理中断服务程序。系统通信发送子程序负责与PC机的通信和发送采集的数据。PC机通信接收子程序负责接收单片机发送来的数据并存盘。数据分析子程序用来对采集的数据

10、进行抽样分析，以便操纵者能判断采集数据的正确性。由于篇幅的限制，在本文中我们主要讨论数据采集子程序和系统通信发送子程序。1数据采集子程序的软件设计为了使数据采集系统得到高精度的数据，不但硬件上需要采取上述的一些抗干扰以及提高精度的措施，如对供电电源进行严格稳压处理，对ADC输入信好进行RC高频滤波，采用高精度、高稳定度的ADC基准源，采用高精度的称重传感器等等，同时，软件上的优化也相当重要，合适的软件设计能进一步提高精度，提高数据采集系统的整体性能。数据采集子程序的流程如图五所示。2系统通信发送子程序软件设计串口通讯过程的顺利完成，通讯双方不但要在硬件接口标准上共同遵守某种约定，而且还必须对数

11、据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检就错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，即通信协议，而这些工作需要通过软件编程实现。以下图六为系统通信发送子程序的流程图。电源部分是一个比较重要的环节，因为它是保证实验电路板每次实验都能正常T.作的条件，所以供电部分的设计不仅要考虑到电路板上供电的实际需要，也要考虑其作为学生实验的可行性与安全。根据实际的供电需要，电路板电源部分的设计将模拟电源和数字电源分开，把光耦的两边电源分开。由丁ADUC824单片机的工作电压为5V,而继电器输出模块中要使用到+12V的电压供电，这样就需要有5V和12V的两种电压输入。电源部分的硬件设计如图2-1所示，在本方案设计中5V的电压输入采用了两种方式,使用时任选其一即可，分别是采用了9V的插孔电源（如图中的J1）输入，经过三端稳压器7805变成5V的电压和直接将5V的直流电源通过普通的接头（如图中的J2）输入，同时12V的输入也是通过普通的接头（如图中的J2）输入的；图中的DS2是电源指示灯，只要孑j电压输入，该灯就会被点亮，以指示电源正常，同时接了一个200C限流电阻R12；电路板上的数字电源苴接由输入的电压接出，而模拟电源通过电感、电容滤波去抖以后接出；为了使得光耦两端的电源分开，使用了一个5V直流转5V直流的SR5S5（如图中的U5）来接出光耦中所使用到的数字电源。模拟电源和数字电源