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一种数字式双轴倾角传感器.pdf

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一种 数字式 倾角 传感器
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摘要
申请专利号:

CN201310358240.4

申请日:

2013.08.17

公开号:

CN104142140A

公开日:

2014.11.12

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法?#19978;?#24773;: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G01C 9/00申请公布日:20141112|||公开
IPC分类号: G01C9/00 主分类号: G01C9/00
申请人: 宜昌市凯诺科技开发有限公司
发明人: 余庆春; 赵俊
地址: 443000 湖北省宜昌市东山开发区珠海路8号
优?#28909;ǎ?/td> 2013.05.08 CN 201320244140.4
专利代理机构: 宜昌市三峡专利事务所 42103 代理人: 成钢
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法律状态
申请(专利)号:

CN201310358240.4

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2016.12.28|||2014.11.12

法律状态类型:

发明专利申请公布后的视为撤回|||公开

摘要

一种数字式双轴倾角传感器,包括芯片,单片机,CAN总线接口;所述芯片内置MEMS加速度计、温度传感器、A/D转换单元、EEPROM存储器及SPI接口电路;芯片连接单片机,所述单片机连接RS-485通讯模块、CAN总线接口;所述MEMS加速度计采集模拟倾斜信号,经过内置的EEPROM存储器缓存和温度调校处理后,再由A/D转换单元将采集的模拟倾斜信号转换为AD值后,由SPI接口电路输出到单片机;所述单片机读取芯片?#26800;腁D值及温度传感器的温度信息,在MEMS加速度计自矫正的基础上,对数据进行二次温漂线性矫正。本发明的电路集成度高抗干扰能力?#20426;?#36890;讯方式灵活,提高了仪表控制系统通?#35834;?#23454;时性、可靠性和灵活性。

权利要求书

权利要求书
1.  一种数字式双轴倾角传感器,包括芯片(1),单片机(2),CAN接口(3);
所述芯片(1)连接单片机(2),其特征在于,芯片(1)内置MEMS加速度计、温度传感器、A/D转换单元、EEPROM存储器及SPI接口电路;所述MEMS加速度计采集模拟倾斜信号,经过内置的EEPROM存储器缓存和温度调校处理后,再由A/D转换单元将采集的模拟倾斜信号转换为AD值后,由SPI接口电路输出到单片机(2);
所述单片机(2)连接RS-485通讯模块(4)、CAN总线接口(3);单片机(2)读取芯片(1)?#26800;腁D值及温度传感器的温度信息,在MEMS加速度计温漂自矫正的基础上,对数据进行二次温漂线性矫正,并对倾角传感器的运行进行综?#23777;?#21046;;
所述CAN接口(3)采用CAN总线通讯协议,将单片机(2)处理后的倾角传感器的倾斜数据输出。

2.  根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器,其特征在于,所述CAN总线接口(3)采用BCD码形式输出。

3.  根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器,其特征在于,所述RS-485通讯模块(4)采用MODBUS-RTU模式进行通信。

4.  根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器,其特征在于,所述单片机(2)连接?#24067;?#30475;门狗(7)。

5.  根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器,其特征在于,该倾角传感器设有通讯指?#38236;疲?)。

6.  根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器,其特征在于,该倾角传感器的电路主板设有密封?#28023;运?#36848;电路主板沁胶处理。

7.  根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器,其特征在于,该倾角传感器的设有铸铝外壳。

说明书

说明书一种数字式双轴倾角传感器
技术领域
本发明一种数字式双轴倾角传感器,涉及仪器仪表领域。
背景技术
在倾角传感器倾斜数据输出方式的设计上,通常采用的通讯接口形式为RS-485。该种模式的倾角传感器是利用MEMS技术,将MEMS 加速度计芯片采集处理的倾斜数据加以解析后,再由RS-485传输给RS-485基于R线构建成仪器仪表的分布式控制系统。但RS-485只有电气协议,通信方式也只能以主站轮询的方式进?#26657;?#25152;以这种倾角传感器构成的控制系统的实时性、可靠性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种数字式双轴倾角传感器,高精度、实时性?#20426;?#21487;靠性高,能灵活应用在有角度信号采集要求的产品上。
本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的:一种数字式双轴倾角传感器,包括芯片,单片机,CAN接口;所述芯片连接单片机,芯片内置MEMS加速度计、温度传感器、A/D转换单元、EEPROM存储器及SPI接口电路;所述MEMS加速度计采集模拟倾斜信号,经过内置的EEPROM存储器缓存和温度调校处理后,再由A/D转换单元将采集的模拟倾斜信号转换为AD值后,由SPI接口电路输出到单片机;所述单片机连接RS-485通讯模块、CAN总线接口;单片机读取芯片?#26800;腁D值及温度传感器的温度信息,在MEMS加速度计温漂自矫正的基础上,对数据进行二次温漂线性矫正,并对倾角传感器的运行进行综?#23777;?#21046;;
所述CAN接口采用CAN总线通讯协议,将单片机综合处理后的倾角传感器的倾斜数据输出。
所述CAN总线接口采用BCD码形式输出。所述RS-485通讯模块采用MODBUS-RTU模式进行通信。
所述单片机连接?#24067;?#30475;门狗。
该倾角传感器设有通讯指?#38236;疲?#35813;倾角传感器的电路主板设有密封?#28023;运?#36848;电路主板沁胶处理,该倾角传感器的设有铸铝外壳。
本发明一种数字式双轴倾角传感器,在利用MEMS技术和RS-485通讯方式的基础上增加了CAN总线和二次温漂线性矫正。CAN协议采用通信数据编码,网络?#26800;?#21508;节点都可根据总线访问优?#28909;ǎ?#37319;用无损结构逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据。这种通讯方式能有效支?#22336;?#24067;式控制或实时控制的仪器仪表的串行通信网络,较之?#22771;?#30340;RS-485方式,可以极大的提高系统通?#35834;?#23454;时性、可靠性和灵活性。此外,其独特的接口设计和完善的通信协议,还可避免RS-485通讯网络中节点损坏总线“锁死”等?#25910;?#29616;象,从而?#26723;?#20202;器仪表控制系统的开发?#35759;人?#30701;开发周期。
本发明一种数字式双轴倾角传感器,其电路集成度高抗干扰能力?#20426;?#36890;讯方式灵活,增强了仪表控制系统获取的角度信号的稳定性,提高了仪表控制系统通?#35834;?#23454;时性、可靠性和灵活性,?#26723;?#20102;仪表控制系统的开发难度,具有较明显的应用价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
图1是本发明传感器结构模块连接示意图。
具体实施方式
如图1所示,一种数字式双轴倾角传感器,包括芯片1,单片机2,CAN接口3;所述芯片1连接单片机2,芯片1内置MEMS加速度计、温度传感器、A/D转换单元、EEPROM存储器及SPI接口电路;所述MEMS加速度计采集模拟倾斜信号,经过内置的EEPROM存储器缓存和温度调校处理后,再由A/D转换单元将采集的模拟倾斜信号转换为AD值后,由SPI接口电路输出到单片机2;所述单片机2连接RS-485通讯模块4、CAN总线接口3;单片机2读取芯片1?#26800;腁D值及温度传感器的温度信息,在MEMS加速度计温漂自矫正的基础上,对数据进行二次温漂线性矫正,并对倾角传感器的运行进行综?#23777;?#21046;;所述CAN接口3用CAN总线通讯协议,将单片机2综合处理后的倾角传感器的倾斜数据输出。
本发明一种数字式双轴倾角传感器,?#24067;?#37096;分采用高集成度电路设计,抗干扰能力强,详述如下:
方案设计部分:
  本发明一种数字式双轴倾角传感器采用MEMS加速度计,单片机2,RS485/CAN双通讯接口,外围电路模式。                                                                 
1)、芯片1内置MEMS加速度计、温度传感器、A/D转换单元、EEPROM存储器5及SPI接口电路。由MEMS加速度计采集倾斜信号,经过内置的EEPROM存储器5缓存和温度调校处理后,再由A/D转换单元将采集的模拟的倾斜信号转换为AD值后,由SPI接口电路输出到单片机2。倾斜数据精度高,响应快、动态响应能力?#20426;?
2)、单片机2为STM32型单片机,作为倾角传感器的中央处理器,对整个倾角传感器的运行进行处理和控制。读取芯片1?#26800;?#20542;斜AD值及芯片1?#26800;?#20869;置温度传感器的温度信息,在MEMS加速度计温漂自矫正的基础上,对倾斜数据进行二次温漂线性矫正,使倾角传感器具有良好的温度稳定性。
3)、CAN总线接口3采用完善的CAN总线通讯协议,将单片机2处理后的倾角传感器的倾斜数据输出。
4)、RS-485通讯模块4采用RS-485芯片和MODBUS协议,将单片机2处理后的倾角传感器的倾斜数据输出。
5)、?#24067;?#30475;门狗7:增加了倾角传感器的可靠性和稳定性。
6)、通讯指?#38236;?能直观的指示、检测程序运行情况。
7)、EEPROM存储器6作为单片机2的缓存器,保证数据处理的冗余量,增强了倾角传感器数据处理的稳定性。
软件部分:
1)、CAN总线接口3:采用自定义协议,数据采用BCD码型式输出,完全满足Can2.0A和Can2.0B协议接口标准。
CAN协议采用通信数据编码,网络?#26800;?#21508;节点都可根据总线访问优?#28909;ǎ?#37319;用无损结构逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,能有效支?#22336;?#24067;式控制或实时控制的仪器仪表的串行通信网络。
2)、RS-485通讯模块4:采用MODBUS-RTU模式进行通信。默认协议格式为:8个数据位、1停止位、无校验,发送接收数据都是以十六进制格式进?#26657;?#40664;认波特率为9600bps,修改波特率和地址需重新上电或?#27425;缓?#29983;效。
3)、倾斜处理算法:对MEMS加速度计芯片输出的AD值,先进?#26800;?#20195;、限幅、平均等滤波后,再进行算法处理计算出倾斜数据。
4)二次温漂矫正:根据芯片1中内置的温度传感器获得其实际工作温度,并?#26469;?#23545;MEMS加速度计芯片输出的AD值,在软件中进行二次温漂线性矫正,进一步保证倾斜数据的线性度。
外型部分:
1)、采用密封胶工艺,对倾角传感器的电路主板采取沁胶处理,使电路主板完全隔离空气,将倾角传感器的防护等级直接提高到IP68。
2)、采用铸铝外壳,使倾角传感器具有较强的抗干扰和抗腐蚀能力,经一步保证了倾角传感器的稳定性和使用寿命。

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