【正文】 如結(jié)構(gòu)簡單、體積小、分辨率高、可非接觸式測量等。當殼體傾斜時，傳感器輸出并不靈敏，輸出值的誤差也相當大，原因是要驅(qū)動電阻式傳感器需要比較大的力，而機械系統(tǒng)無法提供那么大的力，因此電阻式傳感器不適于本課題，本課題中的傾角傳感器采用非接觸式的比較合適。 傳感器的選擇傳感器的分類方法多種多樣，按照其測量原理可分類為電阻式傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器。而運算檢測電路的優(yōu)點不僅可以保證輸出的穩(wěn)定性，而且其輸出與變極距型傳感器的極距成正比，可以保證測量精度會大大高于其它測量電路。本設計除在電容式傳感器的設計中采取措施外，根據(jù)已有的小電容測量電路原理[7]，設計了一種高分辨力的信號調(diào)理電路。其系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2l所示。3. 電子水平儀的總體設計 方案的確定電子水平儀的測量系統(tǒng)主要由機械系統(tǒng)、傾角傳感器、AD轉(zhuǎn)換、微處理器、數(shù)碼顯示五部分構(gòu)成。液晶顯示屏（LED）具有輕薄短小，低耗電量，無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強等特點。但顯示資源有限。方案一：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法，并且具有功耗低，體積小，技術(shù)成熟，成本低廉等有點，使其在各個領(lǐng)域應用廣泛。但是由于本設計對數(shù)據(jù)處理的速度要求不是很高，F(xiàn)PGA 高速處理的優(yōu)勢得不到充分的體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復雜，加重了電路設計和實際焊接的操作。FPGA 可以實現(xiàn)系統(tǒng)的各種復雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有的器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可以利用EDA 軟件仿真、調(diào)試，易于進行功能擴展。比較以上兩種方案，方案2所設計的測量精度高、使用方便,具有很好的實用價值。單片機只要用于工業(yè)過程控制及智能控制儀器中，特別是在傳感器智能儀器發(fā)展中，已顯示出巨大的優(yōu)越性。方案2：采用單片機STC12C5A16S2為核心，利用傾角器作為傾角傳感器，其輸出的模擬電壓與傾斜角正弦成比例。2．方案論證方案1：采用光學反射放大鏡和傳感器（PSD）在VB平臺上設計一種應用程序，通過計算機與電子水平儀的串行通信 ，實現(xiàn)計算機對電子水平儀的的控制。這些都是傳統(tǒng)傾角測量系統(tǒng)和水平儀很難做到的。隨著計算機應用技術(shù)的不斷發(fā)展，微控制器在工業(yè)測量和控制領(lǐng)域內(nèi)的應用越來越廣泛；在很多計量檢測儀器中應用了單片機，使計量檢測儀器具有了一定程度的智能，但在電子水平儀中微控制器的應用尚不多見。隨著精密制造技術(shù)的發(fā)展，已有的電子水平儀不能滿足精度要求，國內(nèi)數(shù)顯式電子水平儀靈敏度、反應時間等與國外相比，差距較大。用它可測量對于水平位置的傾斜度、兩部件相互平行度和垂直度，機床、儀器導軌的直線度，工作臺平面度，以及平板的平面度等。水平儀從過去簡單的氣泡水平儀到現(xiàn)在的電子水平儀已經(jīng)歷經(jīng)多次更新。在機械測量及光機電技術(shù)一體化技術(shù)應用中占有重要地位。用它可測量對于水平位置的傾斜度、兩部件相互平行度和垂直度，機床、儀器導軌的直線度，工作臺平面度，以及平板的平面度等。 關(guān)鍵詞　智能電子水平儀；差動電容傳感器；A/D。本文提出了差動式傾角電容傳感器在分辨力為0．001mm/m 的智能電子水平儀的應用方案，差動輸出信號通過交流放大、整流濾波、直流放大后被送到A/D轉(zhuǎn)換器?；赟TC12C5A16S2單片機電子水平儀設計專業(yè)電氣工程學院學生姓名班級學號指導教師專業(yè)系主任顧 春 雷發(fā)放日期2012年2月10日博雅學院摘要基于傳感器、數(shù)字信號處理、單片機技術(shù)的數(shù)字水平儀是當前傾角測試儀器數(shù)字化發(fā)展的方向。利用角度傳感器感應水平傾角，通過信號處理和STC12C5A16S2單片機的控制、運算將傾角以數(shù)值的形式直接在LCD1602的上顯示或上傳到計算機進行顯示、處理，從而使角度測量變得方便、快捷， 實現(xiàn)了傾角的高精度測量。采用ICL8038集成芯片作為差動電容電橋的激勵電源，使用ADC0809對所得信號進行A/D轉(zhuǎn)換。 STC12C5A16S2單片機 目 錄摘要 11 緒論 32 方案論證 5 5 5 5 63電子水平儀的總體設計 8 8 9 9 13 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 14 AD轉(zhuǎn)換器的分類及介紹 14 164系統(tǒng)的硬件設計 18 18 18 差動電容傳感器結(jié)構(gòu)設計 18 角度轉(zhuǎn)換模塊的設計 19 20 第一級放大電路 22 24 28 信號采集與A/D轉(zhuǎn)換 29 主電路 325系統(tǒng)的軟件設計 33 33 30總結(jié) 43致謝 43參考文獻 441. 緒 論 概述電子水平儀是一種非常急需的測量小角度的量具。已成為橋梁架設、鐵路鋪設、土木工程、石油鉆井、航空航海、工業(yè)自動化、智能平臺、機械加工等領(lǐng)域不可缺少的重要工具。國外許多國家很早就開始了電子水平儀的研制和制造，但隨著精密制造技術(shù)的發(fā)展，已有的電子水平儀不能滿足精度要求，國內(nèi)數(shù)顯式電子水平儀靈度、反應時間等比國外差距較大。電子水平儀是一種非常急需的測量小角度的量具。在機械測量及光機電技術(shù)一體化技術(shù)應用中占有重要地位。研究分辨率更高、性能更好的智能電子水平儀具有重要意義。在自動控制和工程設計中，常常需要對某一個平面或基準進行傾角測量，或進行自動水平調(diào)節(jié)，特別是在自動控制中，經(jīng)常需要對某一物體進行動態(tài)水平控制，這就要求儀器能對水平傾角進行自動動態(tài)跟蹤測量；在某些高精度的測量系統(tǒng)中，還要求對系統(tǒng)進行快速調(diào)平或?qū)δ承┭b置與水平面的傾斜角進行快速高精度的測量。以電子傾角器為傳感器而設計的數(shù)字傾角測量系統(tǒng)或數(shù)字水平儀不僅能滿足自動測量與控制的要求，而且能使測量的精度和速度大大提高。由于采用VB設計，而且設計較復雜，需要光學以及測繪知識的應用，電路程序繁瑣。將該模擬電壓進行A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機，通過編制好的計算程序進行計算，將計算結(jié)果通過串口中斷方式傳送到上位計算機。單片機編程靈活，控制簡單，能夠很好的控制水平儀實現(xiàn)精度檢測和角度的顯示。因此采用方案2.方案一：采用FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA 采用并行的輸入方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。方案二:采用單片機STC12C5A16S2作為系統(tǒng)的控制器。綜上所述，選擇方案二，采用單片機STC12C5A16S2 構(gòu)成系統(tǒng)控制部分。傳統(tǒng)數(shù)碼管具有：低能耗，低損耗，壽命長，防火，防潮，對外界環(huán)境要求低，易于維護等優(yōu)勢。方案二：使用液晶顯示屏顯示計時值。所以我們選擇LCD1602作為顯示器。進行測量時，水平儀發(fā)生微小傾斜，傳感器探頭與擺盤的相對位置發(fā)生變化，于是傳感器輸出與探頭、擺盤間距成正比的電壓信號，該電壓信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換送入單片機，按照測量算法就可得到傾斜角，結(jié)果通過LED數(shù)碼顯示器顯示出來。傾角傳感器信號調(diào)理模塊A/D轉(zhuǎn)換單片機LCD顯示電 源待測角度角度轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)處理模塊圖21水平儀系統(tǒng)設計原理框圖，傳感電容的變化量僅有幾個或幾十個皮法，屏蔽環(huán)境干擾、導線布置、溫度等引