【導讀】感器LCF-100電路設(shè)計測量傾角。采用了ADUC845單片機作為傾角信號控。備使用，達到了本課題的要求。關(guān)鍵詞：LCF-100高精度傾角傳感器，AD轉(zhuǎn)換，ADuC845芯片控制，精度，422總線信號。

　　

【正文】 系統(tǒng)初始化流程圖 設(shè)內(nèi)核頻率 允 許 422總線接受發(fā)送 串口方式 1 裝初值 開總中斷 開串口中斷 開始 結(jié)束 2021 屆測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)論文 31 AD7701A/D 轉(zhuǎn)換 程序設(shè)計 在用到 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果時要注意 ADUC845 單片機的 A/D 原始轉(zhuǎn)換結(jié)果，由于精 度干擾的原因，有時候會達不到 16位的精度要求，為了使系統(tǒng)得到高精度數(shù)據(jù)，不但在硬件上需要采取措施提高精度， 如對用電電源穩(wěn)壓、對信號進行濾波、采取高精度、高穩(wěn)定性的穩(wěn)定性的基準源。同時軟件上的優(yōu)化也很重要，適當?shù)能浖O(shè)計可以提高精度，提高系統(tǒng)的整體性能。只要硬件和軟件設(shè)計得當，理論上 A/D 轉(zhuǎn)換完全能夠達到精度要求，但實際情況比它略小。 單片機 ADuC845 控制 AD7701 進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和發(fā)送。首先，通過給T3CON 賦初值 0X8 T3FD 賦初值 0X00 設(shè)置單片機接受 AD7701 數(shù)據(jù)波特率為 6400， ES為 0關(guān) 閉串行口中斷， 當 AD7701 的 DRDY 為 1 時 表示 A/D 未 準備好發(fā)送數(shù)據(jù)，并通知單片機； CS 為 0 AD7701 不發(fā)送數(shù)據(jù)，只有當串行口中斷 置位標志 RI不為 0且片選段 CS為 上升沿 時 AD7701才發(fā)送一個數(shù)據(jù)并請求中斷，這樣第一個字數(shù)據(jù) 通過緩存寄存器 SBUF 發(fā)送成功 。 之后 RI清零， CS 賦值為 0，當串行口中斷置位標志 RI不為 0且片選段 CS 為上升沿時 AD7701 發(fā)送第二個字數(shù)據(jù)并請求中斷，這樣第二個字數(shù)據(jù)通過緩存寄存器 SBUF 發(fā)送成功。發(fā)送完 ES 為 1開啟串口中斷。 2021 屆測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)論文 32 N Y N N Y Y 賦初值 ES 為 0 關(guān)串口中斷 通過單片機 DRDY=1數(shù)據(jù)寄存器 未 準備好發(fā)送 TCON RI=！ 0 AD7701 發(fā)送第一個數(shù)據(jù) CS 為 0， AD7701 不發(fā)送數(shù)據(jù) 給 RI清零 準備再次發(fā)送數(shù)據(jù) CS 為 0， AD7701 不發(fā)送數(shù)據(jù) TCON RI=！ 0 AD7701 停止發(fā)送數(shù)據(jù) 接受第二個字節(jié)數(shù)據(jù) RI=0 串行口中斷源置位請求中斷 開啟串行中斷 結(jié)束 開始 2021 屆測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)論文 33 TTL 到 422 總線轉(zhuǎn)換 軟件設(shè)計原理 TTL 信號受單片機的控制將其轉(zhuǎn)給 MAX491 是本模塊軟件設(shè)計的目標，首先通過 T3CON 為 0X8 T3FD 為 0X12 將單片機的波特率設(shè)為 9600。 date=date1 *256+date2； Vol=*（其中 Vol為轉(zhuǎn)換后的 422 總線信號， date1 是 AD7701 發(fā)送的第一個字數(shù)據(jù)， date2是 AD7701 發(fā)送的第二個字數(shù)據(jù)）。如果處理后的 422 信號值大于 ，那么令其等于 ，否則傳感器測得的傾角信號 angle=*Vol，完成了傾角信號的轉(zhuǎn)換功能。之后關(guān)閉串口中斷，令 串口中斷源置為標志 TI為 1，串行口發(fā)送 /接受數(shù)據(jù)后自動置位并請求中斷。傳送 完畢后通過顯示器件顯示第一個字數(shù)據(jù)、第二個字數(shù)據(jù)、 422 電壓信號、傾角信號。傾角信號轉(zhuǎn)換顯示完畢后便得到了 LCF100 高精度傾角傳感器測得的儀器傾角信號 。之后給 TI 清零準備再次發(fā)送數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換完畢后 ES 置 1 開啟串口中斷結(jié)束信號轉(zhuǎn)換。 2021 屆測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)論文 34 N Y Y N Y 賦初值 Vol= date=date1*256+date2 Vol=* If(vol) 串行口發(fā)送一個數(shù)據(jù)請求中斷 關(guān)閉串口中斷 輸出轉(zhuǎn)換后電壓數(shù)據(jù)和傾角信號 中斷標志TI=！ 0 TI 清零準備再次發(fā)送一個數(shù)據(jù) 開啟串行中斷 Angle=*vol 開始 結(jié)束 2021 屆測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)論文 35 第五章 課題總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計過程總結(jié) 在為期四個月的畢業(yè) 設(shè)計過程中，本人查閱了大量與課題相關(guān)的文獻資料，了解了高精度傾角測量系統(tǒng) 的發(fā)展情況和技術(shù)現(xiàn)狀， 掌握了各個芯片管腳的功能 及各芯片的發(fā)展情況， 通過總結(jié) 分析類似產(chǎn)品和項目的技術(shù)方案設(shè)計出本課題的最佳方案 ，選擇了電源模塊 、 傾角采集模塊、信號處理模塊、 AD 轉(zhuǎn)換模塊、中心控制模塊、傾角信息傳輸模塊的芯片選擇及電路的設(shè)計 。期間，依次完成了硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計 ，仿真調(diào)試 。在完成了任務(wù)書中所要求的設(shè)計之外，我還 參與 了硬件電路的焊接和調(diào)試、系統(tǒng)性能總體優(yōu)化設(shè)計等過程，并撰寫了“開題報告”、“文獻綜述”、“外文翻譯”等相關(guān)內(nèi)容。 在完成硬件電路制作、軟硬件調(diào)試和系統(tǒng)性能總體優(yōu)化設(shè)計的過程中做了一些仿真實驗和實物實驗，并取得了顯著的效果，主要表 現(xiàn)報站器站次和服務(wù)語的顯示設(shè)計，系統(tǒng)功能的整體優(yōu)化設(shè)計，對時鐘的軟件與硬件顯示設(shè)計等方面。本次畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計是對相關(guān)課程知識的綜合應(yīng)用和提高。 系統(tǒng)總體演示 Proteus 仿真調(diào)試 本畢業(yè)設(shè)計在完成硬件和軟件的設(shè)計后，首先對系統(tǒng)的功能進行了Proteus 仿真調(diào)試。 仿真運行開始時，電源指示燈、上行指示燈以所有數(shù)碼管均點亮。用作顯示站次的數(shù)碼管（第一組）、服務(wù)語的數(shù)碼管（第二組）均顯示初始狀態(tài) 0，而時鐘顯示部分（第三組）則顯示 DS1302 提供的時間信息，而且2021 屆測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)論文 36 秒在按正常時間閃爍。接下來可 以操作 12 個按鍵來改變數(shù)碼管的顯示狀態(tài)。第一組數(shù)碼管：用來顯示站次，若按下起步 /到站按鍵，則第一組數(shù)碼管的顯示從 1 開始累加一直到 21，而且公交車報站時包括進站和出站兩部分內(nèi)容，需要報兩次，但站次只有一個，所以，此按鍵按兩下數(shù)碼管累加一次。若公交車行駛過程中，司機發(fā)現(xiàn)報站站次滯后于正確的站次，則可以多次按起步 /到站按鍵，直到正確報站為止；若所報的站次超前正確的站次，則可以按報站返回按鍵，此按鍵每操作一次第一組數(shù)碼管后退一位。若所報的站次是相反行程的站次，則可以按上 /下行按鍵進行正反程切換，此按鍵操作后，第一組 數(shù)碼管將顯示 01，即從第一站開始報站。同時，上/下行指示燈也切換。然后配合起步 /到站鍵找到正確的站次。第二組數(shù)碼管：用來顯示服務(wù)用語，服務(wù)語顯示功能的操作較簡單，其中，“轉(zhuǎn)彎”、“投幣”、“讓座”和“向后門移動”這幾種常用的服務(wù)用語用單個按鍵控制，需要那種服務(wù)就按哪種服務(wù)用語按鍵，第二組數(shù)碼管上相應(yīng)顯示“ 0、 3”。此外，剩下的六種不常用的服務(wù)用語都用一個按鍵控制，每按一次，數(shù)碼管顯示累加一次，從四到九。第三組數(shù)碼管：共六個數(shù)碼管，用來顯示時鐘信息。當發(fā)現(xiàn)時間或日期有誤時，可以通過按鍵“時鐘設(shè)置鍵”來 設(shè)置時間、日期。設(shè)置過程為：按一下時鐘設(shè)置鍵，則秒停止閃爍，六個數(shù)碼管中 2 數(shù)碼管同時閃爍，然后用“音量 +”和“音量 ”兩個按鍵對小時進行調(diào)整，調(diào)整好之后，再按一次時鐘設(shè)置鍵，則數(shù)碼管 2停止閃爍，數(shù)碼管 4 開始閃爍，同樣用“音量 +”和“音量 ”兩個按鍵對分鐘進行調(diào)整，以此類推，設(shè)置秒、年、月、日。當設(shè)置完成后，按“停止”按鍵，數(shù)碼管停止閃爍，秒開始閃爍。 這就用仿真對報站器功能的模擬過程。在此過程中，由于是使用仿真軟件進行系統(tǒng)模擬，其閃爍時的延時時間不好確定，所以，在調(diào)試過程中，數(shù)碼管閃爍不是很明顯 。 實驗板演示 實驗板演示過程與用仿真軟件對系統(tǒng)功能模擬過程基本相同，唯一不2021 屆測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)論文 37 同的是時鐘的顯示部分，由于本次試驗板設(shè)計時沒有設(shè)計時鐘芯片的備用電源，因此，在每次系統(tǒng)上電后，第三組數(shù)碼管所顯示的時間、日期信息有誤，得重新設(shè)置。但用實驗板演示不會出現(xiàn)閃爍混亂的現(xiàn)象。一切功能都可以正常實現(xiàn)。 總結(jié) 微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展使傳感器傾角采集儀器更新速度越來越快，但是由于各方面的限制，對于傾角的測量精度還不是很高。因此， 本課題研究的是高精度傾角電路設(shè)計，能夠?qū)π枨缶雀叩膬x器設(shè)備 的傾角測量并 遠距離傳輸 。 根據(jù)老師的要求 完成了 LCF100 高精度傾角傳感器的電路芯片選擇 ，為搭建系統(tǒng)的硬件平臺做了準備。然后從硬件整體電路的設(shè)計，分塊介紹了各個模塊的 主要設(shè)計原理圖，并對電路設(shè)計過程中所用到的芯片做了簡單的介紹。重點介紹了各個模塊的 功能和設(shè)計方法， 包括傾角信號采集、信號處理、模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換、信號類型轉(zhuǎn)換等幾個過程。接著介紹了體統(tǒng)的專用開發(fā)環(huán)境模型和系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)方法，分別給出了軟件設(shè)計的流程圖和需要編寫的程序。最后就系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集中的誤差分析做了部分介紹， 同時還參與了電路板的焊 接制作和數(shù)據(jù)采集的過程。 再設(shè)計工作中，我也對硬件設(shè)備和軟件設(shè)計過程中面臨的問題和解決方法做了部分總結(jié)。在設(shè)計原理圖時，要詳細了解主芯片的工作性能和引腳連接，要在設(shè)計中盡量減少不必要的失誤和誤差。原理圖的設(shè)計要分成幾個功能模塊進行，聯(lián)系相對緊密的要放在一起，這樣對后期的 PCB 設(shè)計和硬件調(diào)試帶來很多的便利。設(shè)計中的器件選型過程中，在保證達到相關(guān)參數(shù) 要求時，要盡量選擇使用廣泛的、供貨方便的型號，也有利于減少系統(tǒng)的設(shè)計成本。軟件設(shè)計時，要盡量考慮的比較周全，讓系統(tǒng)達到最優(yōu)化的狀態(tài)。 在作此課題期間，感覺體統(tǒng)的難點 在于其整個理論知識背景繁多，經(jīng)驗性和實踐性都要求很強。由于本人實踐經(jīng)驗不足和知識水平有限，所以2021 屆測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)論文 38 在整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn)方面還有很多的不足之處。硬件方面，在電路設(shè)計過程中怎么樣才能最好最優(yōu)的去處理系統(tǒng)帶來的誤差和噪聲方面，誤差方面包括線性誤差和非線性誤差，以及對這兩種誤差的處理怎么改進，更需要深層的研究。軟件設(shè)計方面，再設(shè)計過程中怎么樣才能滿足自己理想的要求，能夠在軟件方面盡量保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 本設(shè)計應(yīng)該還有很多的不足之處，希望老師給予指正修改。 通過以上總結(jié)：今后應(yīng)該好好的學習研究一下誤差分析 和校準方面做出更好的結(jié)論，最好能夠通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計出相應(yīng)數(shù)學模型，盡量提高傾角信號的精度以滿足更高的需求。 參考文獻 [1] 尚成文 ,王德山 . 傾角傳感器在就車式制動盤車床上的應(yīng)用 , 機械工程師 , 2021 年第 1 期 2021 年 11 月 . 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