自校准电子水平仪的设计与实现

摘要

电子水平仪是一种测量小角度的电子量具，它广泛应用于机械和仪表制造中，通过测量相对于水平位置的倾斜角，获取机床机器设备水平位置及工作台面的平面度和导轨的直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。由于测量电路、信号放大器等不可避免地存在温度和时间漂移，将给整个仪器引入零位误差并影响其测量精度。目前常用的偏移校正方法是定期进行手动调零。 本文根据水平尺旋转180°找平的方法研究出具有自动消除零位误差影响的自校准电子水平仪，它带有LCD显示功能，是一款智能化的仪表。使用者根据需要在测量前进行自动校准，可以大幅度提高测量的准确性。自校准电子水平仪的设计和实现方法是以智能仪器的研究方法和步骤为依托，分模块进行软硬件的设计和调试，最终完成测量和自校准两大功能。测量部分利用VTI公司的加速度传感器感知被侧面与水平面的倾斜角度，通过A/D转换送入单片机中进行数字滤波、角度换算，再由液晶显示器LCD显示；自校准部分则依靠步进电动机带动传感器旋转180°，计算初始和旋转停靠后两个位置测量结果的算术平均值作为零位漂移量，在之后的测量中以此值进行补偿，消除了零位误差对测量的影响。此外，在设计中考虑到LCD显示和旋转板要分开，笔者提出了利用两块模板进行串口通信、协调工作以使显示和旋转板在硬件上独立的思想，通过软件上的设计达到了预期的要求。设计好的自校准电子水平仪样机经过温度试验和振动试验，验证了这种自校准方法的可行性，达到了预期的目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1水平仪概述

1.2课题研究内容

1.3论文结构安排

第2章自校准电子水平仪设计的整体构思

第3章自校准电子水平仪的设计和实现过程

3.1智能仪表的设计思想和研制步骤

3.1.1智能仪表的基本殴计思想

3.1.2智能仪表的设计研制步骤

3.2电源电路设计

3.3信号采集与处理

3.3.1信号采集与处理硬件设计

3.3.2数字滤波技术

3.3.3角度换算的软件设计

3.4单片机驱动步进电动机

3.4.1步进电动机概述

3.4.2自校准电子水平仪中步进电动机选型及驱动电路的设计

3.5水平仪的角度显示设备

3.5.1三种显示器比较选择

3.5.2 0CMJ4X8在自校准电子水平仪中的应用

3.6单片机串行通信在水平仪中的应用

3.6.1单片机串行通信的基本方法

3.6.2 RS-232通信协议

3.6.3单片机通信中的误码问题

3.6.4单片机间数据通信的硬件连接和软件设计

3.7硬件PCB板图

3.8本章小结

第4章软硬件调试方法及所用开发工具

4.1自校准电子水平仪调试过程

4.2调试所用开发工具

4.3调试中遇到的困难及解决的方法

4.4本章小节

第5章实验分析

5.1试验前的产品标定

5.2温度试验

5.3振动试验和连续工作试验

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1课题研究总结

6.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

附录

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果