【正文】 3：模擬輸入通道1/2/3的輸入端。6) DOUT：轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。完成對(duì)一個(gè)完全的輸出字的讀操作后，DRDY引腳立即回到高電平。時(shí)鐘接口TXD與AD7706的SCLK相連，為傳輸數(shù)據(jù)提供時(shí)鐘。另一種方案采用如圖319所示的方案，用89C55WD的并行口模擬串行口的時(shí)序，完成對(duì)AD7706的操作。晶振震蕩器接在MCLK IN與MCLK OUT引腳之間，頻率的范圍應(yīng)在500K至5MHz之間。根據(jù)單片機(jī)的特性和功能，本測(cè)量系統(tǒng)所選用的單片機(jī)是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C55WD?；镜膹?fù)位電路解決不了電源毛刺和電源緩慢下降等問題。實(shí)際上，在現(xiàn)階段用到的為開始鍵S結(jié)束鍵S4，S3鍵按下時(shí)，水平儀開始測(cè)量，輸出結(jié)果；結(jié)束鍵S4按下時(shí)，系統(tǒng)跳出測(cè)量主程序，等待下一次測(cè)量。對(duì)于本次設(shè)計(jì)顯示角度來說，只需要顯示數(shù)字就夠了，所以不需要采用LCD，采用LED比較合理。圖324中為七段顯示器的結(jié)構(gòu)。(2) LED的顯示方式圖325 LED動(dòng)態(tài)顯示連接圖1) 靜態(tài)顯示方式靜態(tài)顯示方式就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符是，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，直到顯示另一個(gè)字符為止。2) 動(dòng)態(tài)顯示方式在多位LED顯示時(shí)，為了節(jié)省I/O口線，降低成本，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式。這種顯示方式將七段LED顯示器的所有段選位并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而共陰極或共陽極的公共端分別由相應(yīng)的I/O口控制，實(shí)現(xiàn)各位顯示器的分時(shí)選通。所以上式應(yīng)修正為 (38)式中S(t)為電橋的靈敏度；u0(t)為電橋的輸出零點(diǎn)。檢測(cè)電路圖如圖326所示：圖326 溫度檢測(cè)電路圖同時(shí)，在激勵(lì)源的設(shè)計(jì)上也考慮了溫度的影響，詳細(xì)介紹在激勵(lì)源部分。確定零點(diǎn)偏置溫度系數(shù)及其符號(hào)。4) 確定高溫時(shí)的量程系數(shù)及溫度系數(shù)。如果特殊點(diǎn)選得過多，雖然準(zhǔn)確度得以提高，但由于計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)，影響儀器的穩(wěn)定時(shí)間。調(diào)零時(shí)，將水平儀放在被測(cè)平面上，按下圖中所示的調(diào)零開關(guān)SWPB，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整, 當(dāng)顯示傾斜度為零時(shí)，使開關(guān)復(fù)位，完成調(diào)零。由于數(shù)字電位器X9C104是100級(jí)可調(diào)的，適當(dāng)選取數(shù)字電位器兩端的參考電壓“Ref+”和“Ref”，便能夠保證在滿足給定精度的條件下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零。其次根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，對(duì)單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)位電路、看門狗電路、按鍵電路、數(shù)碼顯示電路、AD轉(zhuǎn)換電路等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。電容傳感器檢測(cè)電路輸出的信號(hào)經(jīng)AD7706轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)的I/O口讀入，然后根據(jù)算法完成對(duì)被測(cè)面的測(cè)量，并將結(jié)果輸出到LED顯示器上。指令輸入后，系統(tǒng)根據(jù)程序運(yùn)行的狀態(tài)和鍵盤輸入的鍵值進(jìn)入相應(yīng)程序，繼續(xù)程序的運(yùn)行。對(duì)中值濾波法N取3，算術(shù)平均濾波法N取10。用戶通過AD7706串行數(shù)據(jù)輸入端對(duì)AD7706的片內(nèi)寄存器進(jìn)行訪問。 LED顯示程序數(shù)碼顯示主要用來顯示數(shù)據(jù)處理得到的傾斜角的值。圖45數(shù)碼顯示流程圖 自動(dòng)調(diào)零程序根據(jù)自動(dòng)調(diào)零原理，按下調(diào)零按鈕之后，單片機(jī)進(jìn)入調(diào)零子程序進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零，自動(dòng)調(diào)零程序框圖如圖46所示。當(dāng)開始鍵按下后，本測(cè)量系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行，當(dāng)結(jié)束鍵按下后，單片機(jī)重新初始化，準(zhǔn)備下一次測(cè)量。設(shè)計(jì)采用傾角傳感器為專門設(shè)計(jì)定制的差動(dòng)電容式傳感器固定極板與水平儀底座和測(cè)量平面固定在一起，動(dòng)極板由懸絲懸掛，當(dāng)被測(cè)平面有一定傾角時(shí)，由于重力作用，動(dòng)極板始終保持豎直狀態(tài)，與一個(gè)固定極板的極距減小，而與另一極板極距增大，形成差動(dòng)輸出，由于所測(cè)傾角變化極小，可認(rèn)為動(dòng)極板與固定極板始終平行。將對(duì)應(yīng)的模擬量轉(zhuǎn)換為微處理器可識(shí)別的數(shù)字量，微處理器通過對(duì)傳感器信息的處理，計(jì)算出所需要檢測(cè)的傾斜角度和方位角度，并在液晶顯示器上讀出具體值，從而完成傾斜角測(cè)量。3．對(duì)單片機(jī)檢測(cè)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)按鍵電路、復(fù)位電路、AD模塊、數(shù)碼顯示模塊等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí)，王老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和高深的學(xué)術(shù)水平使我受益匪淺。最后感謝學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)、老師，特別是測(cè)控技術(shù)與儀器系的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)在我大學(xué)四年學(xué)習(xí)期間的關(guān)心、支持和幫助。湛江師范學(xué)院測(cè)試中心的孫國(guó)敏、林勁松研制的智能化水平儀，以單片機(jī)作為中樞系統(tǒng)配上傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器等外圍部件，可自動(dòng)檢測(cè)物體與標(biāo)準(zhǔn)水平面的傾斜程度。每一個(gè)傾斜角度對(duì)應(yīng)一個(gè)電容值，于是在測(cè)量物體的傾斜度時(shí)，可用電容值的變化來反應(yīng)被測(cè)物體的傾斜角度，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和8031的處理后，傾斜角度由液晶顯示器顯示出來。檢測(cè)水平度時(shí)，讓燈泡發(fā)光，有氣泡處CCD接收到光信號(hào)，輸出信號(hào)數(shù)字信號(hào)1(整形后)，無氣泡處光信號(hào)被溶液吸收，輸出數(shù)字信號(hào)0。由南京理工大學(xué)應(yīng)用物理系的袁紅星、賀安之等人研制的用PSD構(gòu)成的全方位高準(zhǔn)確度數(shù)字水平儀，是用連續(xù)型光電位置探測(cè)器作為傳感器，由半導(dǎo)體激光器另加配重并懸掛于殼體頂部作為豎直基準(zhǔn)，輔以高準(zhǔn)確度信號(hào)變換電路，以單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。它可安裝于運(yùn)動(dòng)物體上，采集地平儀信號(hào)，在較大的視場(chǎng)顯示地平線，實(shí)時(shí)顯示出物體的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。其中電容式電子水平儀的原理是將差動(dòng)式電容傳感器的兩個(gè)固定極板固定在水平儀的底座上，當(dāng)水平儀處于自然水平位置時(shí)，可動(dòng)極板位于兩固定極板的正中位置，與兩個(gè)極板的間隙相等，電容量相等，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出為零。二、 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 （一）研究的基本內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容是：通過查閱資料了解各種水平儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)課題要求確定要設(shè)計(jì)的水平儀的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)的具體方案。2) 在掌握了測(cè)量原理的基礎(chǔ)上逐步進(jìn)行系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)檢測(cè)電路、溫度補(bǔ)償電路以及零點(diǎn)補(bǔ)償電路等。但是硬件電路的設(shè)計(jì)又不能太復(fù)雜，而且還要提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，這就在軟件方面對(duì)設(shè)計(jì)提出了要求。5) 在軟件設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)軟件完成的主要任務(wù)是：對(duì)信號(hào)采集進(jìn)行編。3) 在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)綜合考慮引線屏蔽、 電容器的邊緣效應(yīng)等因素。4) 采用匯編語言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，以解決水平度計(jì)算、數(shù)碼顯示以及溫度補(bǔ)償?shù)葐栴}。1) 掌握水平儀的基本測(cè)量原理，尤其是準(zhǔn)備設(shè)計(jì)的這類水平儀的詳細(xì)測(cè)量原理。目前國(guó)外數(shù)字式電子水平儀的產(chǎn)品主要有：瑞士Wyler公司和法國(guó)EDA公司的電子水平儀，美國(guó)Federal公司的V4683電子水平儀聯(lián)機(jī)系統(tǒng)等。目前生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的電子水平儀在原理上以重物鉛垂線為直線基準(zhǔn)，這類水平儀主要有電感式和電容式兩種。測(cè)量范圍可達(dá)[3]。圓柱面半徑為l所時(shí)，量程為177。隨著光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，也相應(yīng)的產(chǎn)生了一些基于光電原理的光電式水平儀和激光式水平儀。大圓筒和小圓筒之間充滿整個(gè)容量一半左右的流體介質(zhì)。尤其是存在著智能化程度不高，對(duì)數(shù)據(jù)缺乏處理能力，無法一次性測(cè)量出被測(cè)面傾斜角和方位角等缺點(diǎn)。此外，在設(shè)計(jì)中參考了許多學(xué)者專家的文章和著作，還有一些沒有在參考文獻(xiàn)中列出。92 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)1. 孫國(guó)敏，林勁松．智能化水平儀的研制[J]．湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1998，19(2)：42472. 李佳列，顏國(guó)政等．一種采用CCD的數(shù)字式水平儀研制[J]．儀表技術(shù)與傳感器，2001，(6)：18193. 袁紅星，賀安之等．用PSD構(gòu)成全方位高準(zhǔn)確度數(shù)字水平儀[J]．儀器儀表學(xué)報(bào)，1999，20(5)：5175184. 牛燕雄，郭曉維等．激光水平儀理論模型的建立[J]．光電子激光，1996，7(2)：94975. 張玉華，干安敏，干成江．差動(dòng)電容式傳感器在智能電子水平儀中的應(yīng)用[J]．傳感器技術(shù)，2002，21(12)：52556. 夏家和，趙忠，衛(wèi)育新．微型智能電子水平儀設(shè)計(jì)[J]．測(cè)控技術(shù)，2005，24(1)：69717. 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