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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 班级名称 测控0802 指导教师 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 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组件，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. 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
2、，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Protel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
3、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 简介(1)11 引言(1)12 双轴倾角传感器SCA100t简介 (
4、1)13 SCA100t工作原理 (1)14 STC89C51单片机简介(2)第二章 设计内容及要求(5) 21 设计内容(5) 22 设计要求(5)第三章 总体设计方案及原理框图(6) 31 原理框图(6) 32 总体设计方案(6)第四章 硬件设计(9) 41 传感器硬件电路(9) 42 液晶显示器硬件电路(9) 43 通信接口硬件电路(10) 44 报警电路(10) 45 总硬件原理图(11)第五章 软件设计(12) 51 主程序框图(12)52 采集子程序框图(13)53 显示子程序框图(14)54 报警子程序框图(15)55 通信子程序框图(16)第六章 程序编写(17) 61 C语言
5、简介 (17) 62 程序编写(17)第七章 结果调试(18) 71 硬件调试 (18) 72 软件调试 (18) 73 调试中遇到的问题 (18)第八章 设计小结(20)参考文献 (21)附录一 焊接实物图 (22)附录二 源程序 (23)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组件，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
