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1、基于单片机的矿用倾斜度测试仪的设计【摘 要】针对坡度对矿山开采的影响，设计了一个皋于单片机的 倾斜度测试仪。采用双轴加速度倾角传感器SCA100T作为倾斜度的采集元 件，16位的AD7705作为模数转换元件，结合单片机技术和LCD液晶显示 技术，将被测物体的倾斜角度以电压的形式传递给单片机。为提高测量精 确度还增加了温度传感器对倾角传感器进行温度补偿。软件实现电压值到 角度值的换算以及对角度值的温度补偿，最终将校止后得到的角度值直接 显示在LCD液晶显示器上。【关键词】倾斜度传感器模数转换单片机液晶显示1引言矿山作为一种特殊的地理区域，一般具有规模大、面积广、地理条件 复杂等方面的问题，此外不
2、同的矿山开采情况和作业环境差别都很大。复 杂的地理环境给矿山开采带来了很多怵I难，包钢集团巴润矿业公司是包钢 集团主要的原料基地，巴润公司采用露天开采，与地下开采相比，露天开 釆资源利率高、贫化率低、产量大、劳动生产率高、成本低、劳动条件好、 生产相对安全。露天开采的方式有很多种，巴润矿业采用台阶式开采，台 阶式开采各阶梯难以避免的会产生一定的倾斜角，准确的测量出矿床台阶 的倾斜度可以有效的降低钻机布孔、爆破以及采装等的工序的难度。此外, 对减小设备的损耗、节约成本也有很好的效果。本文就是针对这些目的设 计的一个倾斜度测试仪。该测试系统还可以运用于民用大坝、建筑、桥梁、 玩具、海事等领域。2设
3、计思想本文设计的是一个基于单片机的倾斜度测试仪。整个测量系统以单片 机为中心，以倾角传感器作为测量元件，实现对倾斜度的检测和显示。测 试中倾角传感器测得的数据是电信号，由于输岀的信号为模拟量，所以需 要采用模数转换芯片将采集到的模拟信号转换成可以被单片机接收的数 字信号。最后，单片机将采集到的数字信号进行处理，并显示在液晶显示 器上。此外，系统还增加了温度传感器对倾角传感器进行温度补偿，以达 得到更高的测量精度。本次设计包涵了软件和硬件两个部分，所以需耍在 设计中添加通信电路。通过硬件和软件的共同工作，系统最终可以达到测 量倾斜度的目的。3测量原理系统中倾角的测量是采用测量物体的两个分重力加速
4、度实现的。系统 采用的是SCA100T双轴静态加速度倾角传感器，它由一对平行板组成，在 倾角发生变化时质量块会受到重力的作用，重力会引起平行板之间距离的 改变，从而引起电容值得变化，电容的变化进一步引起电压值的变化。此 时通过测得的电压值来反映被测物体的角度值。两个分加速度的测量值以 电压形式传递给单片机，在单片机中通过软件将电压值换算成角度值。同 时由温度传感器测得的数据也传递给单片机，软件将得到的数据进行处 理，实现对测量角度的温度补偿。最终将校正后的角度值显示在LCD液晶 屏上。4设计方案整个测量系统由传感器、信号处理电路和单片机测量电路组成。倾角 传感器和温度传感器安装在倾斜度测试现场
5、，设计采用的是SCA100T双轴 传感器，倾角传感器的两个探头测量被测物体的两个加速度分量，加速度 的测量值以电压的形式传递给单片机。电压值经过模数转换器AD7705将 模拟信号准确的转换为数字信号传递给单片机。此外，倾角传感器SCA100T 易受温度的影响，为提高测得结果的准确度用温度传感器DS18B20对传感 器温度进行实时监控和温度补偿。最后将测量得到的电压值和温度补偿值 经过软件处理，并将处理得到的倾角值显示在LCD 1602液晶屏上，从而就 完成了倾斜度测试的全部工作。系统中串口通信采用的是能够实现远距离 传输的RS485O4.1硬件设计部分方案的各个模块都是采用+5V的电压供电，由
6、电源系统提供。设计采 用的是模拟I/O方式。这种接口方式最大的优点就是灵活性强，设计采用 的就是非总线方式。STC89C52单片机有四个I/O M,卩0 口悬空，卩0. 0 口 控制SCA100T倾角传感器的片选端。P1. 0P1. 7 口接LCD 1602液晶显示的 数据端口，DS18B20温度传感器的数据端与P2.0接来完成数据的传送。温 度传感器的功能是实现对传感器测量值的校准，这一部分主要由软件实 现。AD7705模数转换芯片接单片机的P2. 1P2. 5 口来实现数据通信。串 口 RS485与单片机的P3. 0、P31、卩2. 7实现通信。4. 2软件设计方案本设计主要功能是对外部信
7、号进行采集，同时控制信号传送和显示。程序设计结构主耍包括：程序初始化模块、AD7705程序设计模块、DS18B20 温度测试模块、数据处理模块、通讯模块和数据显示模块。5预期冃的经过实地测试，当物体放置的角度在60度的范围内变化时，倾角传 感器有很好的分辨率。半角度值大丁60。时，传感器将变得不灵敏，结 合巴润矿业公司采场的实际情况，采场阶梯倾角在仪器检测范围之内，系 统基本可以达到测量的目的。参考文献：1 孙汝建基于SPI接口的双轴SCA100T倾角传感器及及其应用方法J仪器仪表用户,2006, 13 (4) . 69-71.2 张毅刚单片机原理及应用M.北京：高等教育出版社，2003. 23-135.
