具有灵敏度自动补偿的倾角传感器

摘要

倾角传感器是测量倾斜角的装置，目前许多工程应用中都需要对倾角进行测量，并将这些测量值用于对系统的监测或控制。由于测量电路、敏感元件等不可避免地存在温度和时间漂移，将给整个仪器引入灵敏度漂移和零位漂移，因此，消除灵敏度漂移保证测量准确的必要工用。目前常用的偏移校正方法是手动调整。
　　 本课题主要是设计一个能够自动校准的，稳定性好、带数字接口、量程±15°、测角精度优于0.02°的倾角传感器。具有灵敏度自动补偿的倾角传感器通过分模块的软硬件设计和调试，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测而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，再由串口输出；自校准部分依靠单片机控制步进电动机带动传感器垂直旋转-标准角度（比如9°）和180°，通过计算处理初始位置和旋转后位置的测量结果，来完成传感器的灵敏度补偿和零位补偿。本文主要阐述了该倾角传感器的理论依据、整体结构图、软件流程图以及整个系统的软硬件设计。
　　 研制的倾角传感器样机经过温度试验、振动试验以及连续工作实验验证了这种自校准思想的理论可行性。结果表明该方法能够提高仪器的测量精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景知识

1.2倾角测量方法简介

1.3论文结构

第2章MEMS加速度传感器

2.1硅微加速度传感器

2.1.1硅微加速度传感器简介

2.1.2小结

2.2 VTI用于检测倾斜角度的加速度计

2.2.1 VTI硅电容技术

2.2.2低g值加速度计

2.2.3低g值硅电容加速度计检测倾角的原理

第3章具有灵敏度自动补偿的倾角传感器的整体构思

3.1灵敏度补偿的方法

3.2零位补偿的方法

3.3整个系统工作流程图

第4章倾角传感器的设计和实现过程

4.1电源电路设计

4.1.1 MEMS传感器和A/D芯片电源

4.1.2单片机、电机驱动电源

4.2信号采集与处理

4.2.1 MCU微控制单元

4.2.2数据采集及A/D转换单元

4.3单片机驱动步进电机

4.3.1步进电机概述

4.3.2倾角传感器中步进电机选型及驱动电路的设计

4.4抗干扰技术

4.4.1硬件抗干扰技术

4.4.2软件滤波

4.5单片机串行通信在倾角传感器中的应用

4.5.1单片机串行通信的基本方法

4.5.2 RS-232通信协议

4.5.3单片机通信中的误码问题

4.5.4角度换算和数据输出

4.6硬件PCB板图

4.7本章小结

第5章软硬件调试方法及所用开发工具

5.1倾角传感器调试过程

5.2调试所用开发工具

5.3调试中遇到的困难及解决的方法

5.4本章小节

第6章实验分析及结论

6.1实验前的产品标定

6.2实验分析

6.2.1温度实验

6.2.2振动实验

6.2.3连续工作实验

6.2.4结论

6.3课题研究总结及展望

致谢

参考文献

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果