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1、智能仪表课程设计设计报告课题名称 车体倾斜姿态测量仪 学生学号、姓名 081302231、徐志涛 班级名称 测控0802 指导教师 唐鸿儒 黄亚忠 扬州大学能源与动力工程学院二一一年九月总 目 录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告第三部分：附录 第 一 部 分任务书智能仪表课程设计课程设计任务书一、课题名称车体倾斜姿态测量仪二、设计内容及设计要求利用SCA100t-D01倾斜角传感器作为测量元件，设计一个倾斜姿态测量仪，具有下面的功能：1.测量范围为-3030。2.精度为0.001。3.误差为。4. 双行LCD液晶显示。5. 可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。6.
2、具有RS232通信接口。三、时间安排第一周：星期一星期二：布置任务，熟悉资料，确定仪表的功能要求、性能指标。熟悉实验板原理图和印刷板图。星期三星期五：进行仪表的方案选择，确定主要芯片、工作方式、输入输出信号的接口方式、键盘和显示方式、以及通信方式。进行硬件设计和元器件选择，画出硬件原理图。第二周：星期一星期五：根据硬件原理图，焊接硬件电路；测试硬件电路的功能；软件设计，包括软件需求说明、软件结构框图、主要软件功能模块的流程图；编写程序。第三周：星期一星期三：调试程序，联调软件和硬件。星期四星期五：写课程设计报告。四、应交成果应交成果包括：n 纸质课程设计报告和电子文档；n 硬件原理图的Prot
3、el文件，程序；n 可以演示的硬件和软件成果。五、课程报告内容课程设计报告应包括下列部分：n 课程设计任务书n 仪表的功能要求、性能指标要求。n 方案选择：提出多种方案，进行方案比较，说明选定方案的理由，描述硬件和软件的功能分工。n 硬件设计：包括硬件结构框图、原理图及其各个主要环节的工作原理说明，元器件选择的计算方法或者理由，利用提供的实验板焊接元器件。n 软件设计：首先提出软件的功能需求，然后进行软件的结构设计，再画出主要功能模块的软件框图。n 程序编写和调试。n 设计小结。报告中硬件原理于用Protel画出，软件框图和程序流程图用Visio画出。第 二 部 分课程设计报告目 录第一章 简
4、介（8-11）11 引言 (8)12 双轴倾角传感器SCA100t简介（8）13 SCA100t工作原理 （8-9）14 STC89C51单片机简介 （9-11）第二章 设计内容及要求（12） 21 设计内容 （12） 22 设计要求 （12）第三章 总体设计方案及原理框图 （13-15） 31 原理框图 （13） 32 总体设计方案 （13-15）第四章 硬件设计 （16-18） 41 传感器硬件电路 （16）42 液晶显示器硬件电路 （16-17） 43 通信接口硬件电路 （17） 44 报警电路 （17-18） 45 总硬件原理图 （18）第五章 软件设计 （19-24）51 软件的功能
5、需求 （19）52 各部分程序框图 （19-24）第六章 程序编写 （25）61 程序编写中遇到的问题及解决办法 （25）第七章 结果调试（26）第八章 设计小结（27）第九章 参考文献（28）附录 器件清单全部程序和实物图片 （30-41）第一章 简 介1.1 引言随着市场需求和科技的发展，人们对工程、机械、航空、航海设备的可靠性和稳定性提出了更高的要求，其中姿态测量是一项重要的指标。倾角传感器是测量关于某一基准面的倾斜角或者是姿态的装置。目前，市场上已有单轴、双轴、三轴的倾角传感器，但大多都价格昂贵或者体积较大。本文提出以双轴传感器SCA100t和STC89C51单片机实现的设计，可大大降
6、低系统成本，不但可以构成一个单独的数字输出传感器，也可以作为一个测量模块，嵌入到测量控制系统中，广泛应用于机器人控制、平台姿态(俯仰和滚转)测量、双轴加速度测量等系统中。1.2 双轴倾角传感器SCA100t简介 SCA100T倾角传感器是芬兰 VTI公司 2005年最新推出的, 利用MEMS技术开发生产的高精度的双轴倾角传感器 , 体积小重量轻仅1.2克。MEMS（Micro electro mechanical system）是二十一世纪的前沿技术，采用MEMS技术可以在硅芯片上加工出完整的徽型电子机械系统,包含了微型传感器、微型机械结构、以及信号处理和控制电路、通讯接口等于一体的微型器件,
7、 把信息系统的微型化、多功能化、 智能化和可靠性水平提高到新的高度 。该芯片的引脚图及（图1-1）说明如下：管脚 名称 功能1 SCK 串行口时钟输入2 NC 无连接3 MISO 数据输出4 MISI 数据输入5 OUT_2 Y轴输出6 GND 电源负极7 CSB 片选8 NC 无连接9 ST_2 Y轴测试输入10 ST_1 X轴测试输入11 OUT_1 X轴输出12 VDD 电源正极 图1-1 芯片引脚图 1.3 SCA100t工作原理该器件内部包含了一个硅敏感微电容传感器，测量芯片在X和Y方向的加速度以及一个专用ASIC集成电路, ASIC电路集成了EEPROM存储器、信号放大器、AD转换
8、器、温度传感器和SPI串行通信接口,组成了一个完整的数字化传感器。有30o和90o两种量程 ,其主要原理如下：yyaxbxgg 图1-2 工作原理图图中g代表重力加速度，x和y分别代表双轴的重力加速度，a和b分别代表双轴上的重力加速度与水平的夹角；芯片内部通过对x，y，g以及合成量的测量，再将信号通过一定得集成电路，将输出量与角度线性化、数字化，这样得出的输出量就为随倾角变化的分量。 其内部结构如图1-3所示： 图 1-4 芯片内部结构图分析内部结构可知SCA100t输出有两种形式，即模拟量与数字量，且：模拟输出到角度的转化公式为：= arcsin (Vout-offset)/Sensitiv
9、ity其中Vout为芯片输出的电压（OUT_1、OUT_2输出X、Y轴角度对应电压），offset是0是输出电压（2.5V），Sensitivity是芯片灵敏度（SCA100t-D01为4V/g，SCA100t-D02为2V/g）；数字输出到角度转化公式为：= arcsin（Dout -Dout0）/ Sensitivity其中Dout为X或Y通道的数字输出量，Dout0为0时X或Y通道的数字输出量，Sensitivity为芯片灵敏度（SCA100t-D01为1638LSB/g，SCA100t-D02为819LSB/g）。1.4 STC89C51单片机简介 1.4.1 STC89C51系列单片
10、机的主要性能特点STC89C51系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码与传统8051单片机完全兼容。MCS51的主要特点为：CPU为8位；片内带振荡器，频率范围为1.212MHz；片内带128字节的数据存储器；（RAM）片内带4KB的Flash程序存储器；（ROM）程序存储器的寻址空间为64KB；（需要扩展ROM）片外数据存储器的寻址空间为64KB；（需要扩展RAM）128位（16字节）用户位寻址空间；（在128个字节中）18个字节特殊功能寄存器SFR（MCS52子系列为21个）；4个8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3；2个16位定时器/计数器T0
11、、T1；（MCS-52子系列为3个，T2）2个优先级别的5个中断源；（高、低2个）1个全双工的串行I/O接口，可多机通信；片内采用单总线结构；有较强的位处理能力；1.4.2 MCS-51系列单片机的基本组成图1-5 管脚图AT89C51与51系列中各种型号芯片的引脚互相兼容。目前多采用40只引脚双列直插，如图2-2所示。引脚按其功能可分为如下3类： 电源及时钟引脚VCC、VSS；XTAL1、XTAL2； 控制引脚、和； I/O口引脚P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口。第二章 设计内容及要求2.1 设计内容利用SCA100t-D01倾斜角传感器作为测量元件，设计一个倾斜姿态测量仪2.2 设计要求该倾斜姿态测量仪需具有以下功能：1测量范围为-3030。2精度为0.001。3误差为。4双行LCD液晶显示。5可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。6具有RS232通信接口。第三章 设计总体方案及原理框图3.1 原理框图 本课题设计原理框图如下图（图3-1）： 传感器信号调理电路AD转换器单片机液晶显示报警电路图3-1原理框图
