基于PIC单片机的倾角传感器的设计
基于PIC16F685的低功耗倾角测量仪的设计
基于PIC16F685的低功耗倾角测量仪的设计刘建航;秦思思;赵峰印【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2014(000)021【摘要】This paper designs a new kind of angle measuring device,for the measurement of the angle measuring instrument is not accurate and large power consumption and so on. It is based on PIC16F685 MCU as the main control chip, using ADXL345 digital sensor triaxial acceleration speed meter to measure angle, and using the LCD to display the measured data. Through high-quality algorithm, the measuring accuracy of angle measuring instrument is greatly increased and the accuracy is within ± 0.5° and power consumption is lower. It will have a better actual application effect.%针对目前倾角测量仪测量精度差、功耗较大等缺点，设计了一种新型的倾角测量装置。
该低功耗倾角测量仪以 PIC16F685单片机为主控芯片，利用ADXL345数字式传感器三轴加速度测速计测量倾角，采用 LCD液晶显示所测数据。
通过优质算法使倾角测量仪的测量精度大大提高，使精度误差在±0.5°之内，并且功耗较低，在实际应用中效果较好。
单片机倾角测试系统设计
数据存储和传输步骤应将处理后 的数据存储到存储器中，并通过 串口或其他通信方式发送出去。
数据采集与处理
01
02
03
04
数据采集应使用合适的传感器 ，如加速度计或陀螺仪，来获
取物体的倾角信息。
数据处理应对采集到的原始数 据进行滤波、去噪等处理，以
获得更准确的数据。
滤波算法可根据实际情况选择 ，如滑动平均滤波、中值滤波
系统优化建议
硬件优化
根据测试结果，优化传感器的设计，提高其精度和稳定性。
软件优化
改进数据处理算法，减少误差和提高计算速度。
系统集成优化
优化系统整体结构，提高测试效率。
06
应用前景与发展趋势
应用领域与优势
工业控制
单片机倾角测试系统在工业控制领域具有广泛应用，如自动化生产线 、机器人等，能够实时监测设备的倾斜角度，保证稳定运行。
系统测试与优化
测试环境与设备
测试环境
为保证测试结果的准确性，测试环境 应保持稳定，避免外界干扰。
测试设备
需要使用高精度的传感器、数据采集 器和单片机开发板等设备。
测试步骤与方法
校准
在开始测试前，需要对 传感器进行校准，以确 保测试结果的准确性。
数据采集
通过单片机开发板采集 传感器数据，并记录下
精度
根据测试需求选择具有合适精度的传感器，以确 保测试结果的准确性。
尺寸与重量
考虑传感器尺寸和重量，以便于安装和集成到测 试系统中。
传感器工作原理
陀螺仪传感器
通过测量旋转轴的角速度来测量 角度变化，常用于测量物体的倾 斜角度和方向。
加速度传感器
通过测量重力加速度在特定轴上 的分量来计算物体的倾斜角度。
基于PIC单片机和精密电位器的测角系统
基于PIC单片机和精密电位器的测角系统
李蔚恒;李永田
【期刊名称】《自动化仪表》
【年(卷),期】2003(024)007
【摘要】提出了一种基于PIC单片机做控制器、使用精密电位器作为传感器件测
量角度的方法.设计出了简易的测角系统,并通过误差分析,说明了它的应用前景.该方法在机械扫描天线伺服系统中得到了一定的应用.实验证明,这种测角方法可靠性高、成本低、使用方便,精度能满足系统的要求.
【总页数】3页(P22-24)
【作者】李蔚恒;李永田
【作者单位】空军第一航空学院,信阳,464000;空军第一航空学院,信阳,464000【正文语种】中文
【中图分类】TP2
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基于STC15单片机的数字式倾角仪应用设计
基于STC15单片机的数字式倾角仪应用设计数字式倾角仪是一种利用重力感应器实现对物体倾斜角度测量的仪器，广泛应用于建筑、交通、地质勘探、航空等领域。
本篇文章将介绍基于STC15单片机的数字式倾角仪应用设计。
一、技术原理数字式倾角仪由MEMS加速度传感器（三轴）和信号处理电路组成。
当物体发生倾斜时，重力作用于加速度传感器，传感器产生电信号，STC15单片机将这些信号转换为数字信号，通过处理得出物体的倾斜角度。
二、硬件设计1.硬件组成本设计所需的硬件组成如下：① STC15F2K60S2单片机②三个MEMS加速度传感器③发光二极管灯④电容式按键⑤ 8位数码管⑥可变电阻⑦电源模块2.硬件电路图（如图所示）三、软件设计1.软件流程图（流程图如图所示）2.软件设计①定义引脚和头文件在代码中定义引脚和头文件，包括MEMS加速度传感器的引脚和STC15单片机的引脚。
②初始化中断和定时器在代码中初始化中断和定时器，以便可以正确触发MEMS加速度传感器和STC15单片机的操作。
③测量传感器数据并显示在代码中，STC15单片机将从三个MEMS加速度传感器中存储的数据读取出来，并将其转换为数字信号，然后将倾斜角度显示在8位数码管上。
此外，也可以将倾角数据通过串口传送到计算机上进行保存、打印分析。
④加入校准功能在代码中，加入校准功能，可以将数字式倾角仪的误差降至最小。
四、应用范围数字式倾角仪广泛应用于各种测量场合，如建筑施工测量、工程机械起重预警、交通安全、地质勘探、航空导航、体育场地水平预警等方面。
采用STC15单片机作为控制核心，数字式倾角仪具有数据准确、操作简便、稳定性高、可靠性强等优点。
基于单片机的高精度倾角测量系统的设计
基于单片机的高精度倾角测量系统的设计在地质石油勘探、设备安装、道路桥梁建设等工程应用以及机器人控制、坦克和舰船火炮平台控制、飞机姿态控制等系统的自动水平调节中，都需要高精度的倾角测量。
但高精度的倾角，测量设备通常体积较大，成本高，使许多工程应用受到限制。
本文从倾角的高精度测量出发，着重介绍了倾角传感器输出稳定性处理、温度补偿、非线性处理(正弦曲线拟合)、信号调理及其测量电路的特殊处理等。
1 倾角测量系统的硬件设计倾角测量系统硬件部分主要由MEMS 传感器(含双轴倾角传感器和温度传感器)、SOC 电路、数据处理及传输和其他辅助电路等模块组成。
倾角测量系统的组成框图如图1 所示。
1．1 MEMS 倾角传感器接口MEMS 倾角传感器采用芬兰VTI Technologies 公司的SCA100T 系列中的SCA100T-D01，测量范围为±30°。
SCA100T 系列是采用微机电系统(MEMS)技术制造的一款高分辨率双轴倾角传感器。
SCA100T-D01 数字输出分辨率为0．035°／LSB，模拟输出分辨率为0．002 5°。
模拟输出的分辨率大大高于数字输出的分辨率，故本设计采用其模拟输出。
模拟输出将涉及较为复杂的模拟信号处理，如果模拟信号处理不当，系统的分辨率和精度将大打折扣，有时甚至还不如数字输出。
采用合理的模拟信号处理电路是保证系统精度的方法之一。
SCA100T-D01 内置温度传感器，可以通过其自带的SPI 数字接口读取温度值，并在处理器中进行相应的温度补偿。
这是保证系统精度的又一方法。
1．2 阻抗匹配及放大SCA100T-D01 输出阻抗为10 KΩ，为保证MEMS 倾角传感器SCA100T-D01 输出的信号有效地传递，即要求衰减最小，设计中采用了具有高输入阻抗的场效应管型运放TL081 设计了阻抗匹配电路，采用同相输入，以提高输入阻抗。
基于倾角传感器的倾角测量系统设计
基于倾角传感器的倾角测量系统设计引言目前，业内对倾角的测量多是基于MEMS 的加速度传感器，SCA100T 是由芬兰VTI 公司推出，采用三维MEMS 技术开发的一款高精度双轴倾角传感器，可同时测量相对于水平面的倾斜和俯仰角度，具有温度补偿功能。
本文以塔式起重机为应用背景，采用SCA100T 倾角传感器实时采集倾斜信息，检测塔式起重机支撑架的平衡性能，避免由于其过度倾斜而引发事故。
以SCA100T 为基础设计了一款小巧、灵敏度高的倾角测量系统，分析了SCA100T 倾角传感器测角的原理，给出了系统各个模块的软硬件设计方法，同时提供了两种具有可扩展性的应用方法。
1 整体设计图1 所示为本系统的整体结构框图。
该系统采用ATmega8 单片机控制SCA100T 倾角传感器实时检测平台的倾角变化，将传感器输出的数字量进行换算后，转换为实际的倾角值。
用户可以根据需要设置警界倾角值和预定平台水平位置，倾角信息可通过LCD 实时显示或通过串口输出到上层控制器中。
当倾角信息超过预置的警界倾角值时，系统开始报警，表现为蜂鸣器报警和LED 灯闪烁。
系统根据输出方式的不同分为两种应用方式：一种是作为独立系统使用，固定在待测平台上；另一种是将该系统作为一个倾角采集模块，挂接在其他电路中使用。
前者采用LCD1602 实时显示倾角信息，采用串口超级终端预设倾角警界值和水平位置；后者通过串口输出倾角信息，允许软件编程通过发送串口命令进行配置。
配置信息均保存在ATmega8 单片机内部的EEPROM 中。
2 倾角测量原理本文选用的SCA100T 的测量范围为±30°，其内部包含硅电容感应元件、EEPROM 存储器、信号调理电路、A／D 转换器、温度传感器和SPI 传输接口等，SCA100T 功能框图如图2 所示。
该传感器具有X、Y 两个通道，分别用来测量倾斜和俯仰的加速度，每个通道具有自测试系统，可内部产生一。
基于单片机的方位角与倾角测试系统的实现
基于单片机的方位角与倾角测试系统的实现熊明春李积彬王华权徐刚罗飞ＴｈｅＩｍｐｆｅｍｅｎｔａｔｉＯｎＯｆＭＣＵ—ｂａｓｅｄＡｚｉｍｕｔｈａｎｄＯｂＩｉｑｕｉｔｙ’ｓＭｅａｓＵｒｅｍｅｎｔＸＩＯｎｇＭｉｎｇｃｈｕｎＬｊＪｊｂｉｎＷａｎｇＨｕａｑｕａｎＸｕＧａｎｇＬｕｏＦｅｉ摘要：提出了一种基于ＨＴ（Ｈｏｌｔｅｋ）系列ｌ，０型单片机的方位角和倾角的测量方案，分析了系统数据采集、温度补偿、控制和显示的原理，给出了该方案的实现方法。
实验表明，该系统工作稳定可靠，实现了方位角和倾角的自动测试。
关键词：方位角倾角单片机芯片通信汇编算法水平方位角和竖直倾角是杆件在空间定位的基本参数。
方位角的测量一般是以地磁方向作依据，用该原理可测得物件的绝对方位角；倾角的测量依据是重力方向．依此原理设计的传感器有“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”式三种类型ｆ”。
方位角与倾角是吊车、起重机、火炮、单壁机器人和雷达等两自由度结构的重要参数．该参数的准确获得可以为设备的精确控制提供依据，在这些应用中．方位角没有必要测相对地磁方向的绝对量，因此可用光电编码器或旋转电位器来测量相对方位角，而倾角的测量可用液体摆传感器测得。
随着计算机技术的发展和微型化，特别是单片计算机Ｍｃｕ（简称单片机，ＭｉｃｒｏＣｏｍｐｕｔｅｒｕｎｉｔ）的应用，传感测试技术越趋自动化，方位角和倾角的角度参数应用单片机进行自动采集是一个较好的解决方案。
下面以吊车悬梁的限位控制作为单片机测试系统的一个实现实例。
在吊车悬梁摆动过程中，操作者对水平方向方位角和竖直方向倾角有一定的限制范围，限制范围以外是人群或住宅等危图１方位角与倾角测试系统框图险区。
这就要求要对两个方向的角度参数进行采集，为操作者提供操作依据。
一、系统组成１系统组成框图由单片机、倾角传感器、电位器方位角传感器、温度传感器、～Ｄ转换器、数据存储器、键盘编码器、键盘、数码管驱动器和数码管等组成。
整个系统的结构如图１所示。
倾角传感器程序编写指南
倾角传感器程序编写指南编写一个倾角传感器程序需要以下几个步骤：1.硬件设置：首先，需要初始化传感器和进行基本的设置。
这包括选择传感器的量程范围、设置滤波器和采样率等参数。
这些设置根据具体的传感器型号和使用需求来确定。
2.数据采集：接下来，需要实时采集传感器的数据。
通常，倾角传感器会以一定的频率生成数据，我们需要定期读取这些数据。
可以在程序中设置一个循环来实现数据的连续采集。
3.数据处理：一旦成功采集到传感器的数据，就需要对它进行处理。
首先，需要读取加速度计的数值，这些数值反映了物体在X轴和Y轴方向上的加速度。
然后，可以使用数学公式计算出倾角角度。
一种常用的方法是使用反正切函数将加速度计的数值转换为角度值。
4.角度滤波：由于受到噪声和干扰的影响，从传感器中读取到的数据可能会有一些误差。
因此，为了提高测量精度，需要对角度数据进行滤波处理。
常用的滤波算法包括均值滤波、中值滤波和卡尔曼滤波等。
5.显示结果：最后，将测量的倾角角度显示出来。
可以使用图形界面或命令行界面来展示倾角数据。
在实现界面时，可以设置一个刷新频率，将采集到的倾角数据周期性地显示在界面上。
在编写倾角传感器程序时，还需要考虑一些其他因素：1.精度和范围：不同的倾角传感器在精度和量程上可能有所不同。
要根据具体的应用需求来选择合适的传感器，并在程序中进行相应的设置和处理。
2.稳定性和响应时间：倾角传感器的稳定性和响应时间也是需要注意的因素。
在选择传感器和进行数据处理时，要权衡稳定性和响应时间的关系，并做出合适的调整。
3.错误处理：在程序编写过程中，需要考虑到可能的错误情况，并设置相应的错误处理机制。
例如，如果读取到的传感器数据超出了范围，可以给出警告或进行修正。
4.跨平台兼容：如果希望倾角传感器程序能在不同的平台上运行，还需要考虑跨平台兼容性。
这涉及到对不同操作系统和硬件的兼容性测试和适配。
总结起来，编写倾角传感器程序需要对传感器进行硬件设置，实时采集数据，处理数据并进行滤波，最后展示测量结果。
基于单片机的一种新型角度传感器的设计
基于单片机的一种新型角度传感器的设计作者：张希元苏蓓蓓阚永恒来源：《中国管理信息化》2017年第09期[摘要]本文介绍了具有两种不同模拟量值输出的角度传感器。
传感器芯片检测到角度值后，由单片机转化为数字量，再经过DA转化，输出模拟量。
通过设置，可实现0～5V电压输出或者4～20mA电流输出。
[关键词]角度传感器；单片机；模拟量1前言角度传感器广泛应用于工程与农用机械、仪器仪表、土木工程、船舶、航空航天、工业自动化、卫星天线定位、平台运转监控、地质勘探、四轮定位系统等领域。
其输出通常分为数字量输出和模拟量输出，数字量方式通过232、485、TTL等方式以BCD码输出，模拟量输出电流或者电压值，根据行业标准，默认电压方式是-90度对应0V，+90度对应5V，中间状态角度与电压呈线性关系；默认电流方式是-90度对应4mA，90度对应20mA，中间状态角度与电流呈线性关系，如图1所示。
常见的模拟量输出角度传感器是分立式设计，即分为电压输出式和电流输出式两种，生产制造和用户使用都不方便，本项目设计一款电压和电流输出一体的角度传感器，可通过软件设置为0～5V电压输出或者4～20mA电流输出。
2设计思路本设计主要包括传感器芯片模块、单片机控制模块、通信模块和模拟量输出模块。
传感器芯片模块用于检测角度值，在单片机的控制下转化为数字量，再通过模拟量输出模块输出0～5V电压或者4-20mA电流值。
通信模块主要有三个作用，一是给单片机下载程序，二是可同时输出数字量，三是可通过电脑软件设置输出模式，通过电脑软件向单片机发送不同指令后，单片机选择工作在电压输出模式或电流输出模式。
3主要硬件电路设计主控芯片选择STM32F103C8T6单片机，主要是考虑到三个方面，一是该芯片综合性能优越，二是该芯片的超低功耗特性，三是该芯片价格优惠，在产品量产后，便于控制生产成本。
传感器芯片采用ADXL345芯片，它可以测量与重力方向夹角，从而确定物体偏转的角度。
基于PIC单片机的倾角传感器的设计
基于PIC单片机的倾角传感器的设计
胡琴珠;陈湘萍;文方
【期刊名称】《贵州工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(032)004
【摘要】介绍倾角传感器的工作原理,对PIC16C72与倾角传感器的硬件接口电路及其软件进行了设计,并且该设计已经由实验得到验证.
【总页数】4页(P45-47,76)
【作者】胡琴珠;陈湘萍;文方
【作者单位】贵州工业大学,电气工程学院,贵州,贵阳,550003;贵州工业大学,电气工程学院,贵州,贵阳,550003;贵州工业大学,电气工程学院,贵州,贵阳,550003
【正文语种】中文
【中图分类】TH822;TP212.12;TP368.1
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基于PIC单片机的倾角传感器的设计
摘要：介绍倾角传感器的工作原理，对PIC16C72与倾角传感器的硬件接口电路及其软件进行了设计，并且该设计已经由实验得到验证。
关键词：PIC16C72；单片机；倾角传感器
0 前言
设计中的倾角传感器是新型变质面积电容式倾角传感器，该倾角传感器技术是为数不多的、能够兼有结构简单、可靠性高、有通用传感器集成电路等优点的倾角传感器技术之一。
在测绘仪器仪表、建筑机械、天线定位、机器人技术、坦克和舰船火炮平台控制、飞机姿态、汽车电子控制、石油勘探、海上平台监控等方面有广泛应用。
1 倾角传感器的工作原理
倾角传感器的电路原理如图1所示。
图1 倾角传感器原理图
检测电路由比较器A1、A2、双稳态触发器及电容充放电回路组成。
C1、C2为可变介质面积电容式倾角传感器，其容量大小与倾角变化成比例。
双稳态触发器的两个输出端A、B作为差动脉冲宽度调制电路的输出。
设电源接通时，触发器的A端为高电位，B端为低电位，因此A点通过R1对C1充电，直至M点的电位等于参考电压U f时，比较器A1产生一脉冲，触发器翻转，则A点呈低电位，B点呈高电位。
此时M点电位经二级管D1迅速放电至零，而同时B点的高电位经R2向C2充电，当N点电位等于U f时，比较器A2产生一脉冲，使触发器又翻转一次，则A点呈高电位，B点呈低电位，重复上述过程。
如此周而复始，在双稳(a)(b) 态触发器的两输出端各自产生一宽度受C1、C2调制的方波脉冲。
当C1=C2时，线路上各点电压波形如图2（a）所示，A、B两点间平均电压为零。
当C1≠C2时，C1和C2充放电时间常数不同，电压波形如图2（b）所示，A、B两点间平均电压不再是零。
输出直流电压U SC由A、B两点间电压经低通滤波后获得，等于A、B两点间电压平均值U AP和U BP之差。
式中U1——触发器输出高电平。
设充电电阻R1=R2=R，则得
图2 各点电压波形图
当倾角传感器在-90°=－+90°之间转动变化时，C1、C2的电容将随之发生变化。
由上面的等式可知，差动电容的变化使充电时间不同，从而使双稳态触发器输出端的方波脉冲宽度不同，因此A、B两点间输出直流电压U SC也不同，而且具有线性输出特性。
2 硬件设计
用芯片LM339作为倾角传感器的两个电压比较器，芯片HBF4013AF作为倾角传感器的RS触发器，芯片LM324用作电压跟随器。
触发器的A点电压经低通滤波后，再由芯片LM324进行电压跟随，然后作为PIC16C72单片机RA0端口的模拟输入量。
基于PIC单片机的检测电路如图3所示。
图3 PIC硬件连接图
PIC16C72芯片是一种具有28个引脚的双列直插式芯片，有2k的程序存储器和128 Byte的RAM，它提供22个I/O引脚与电源掉电复位功能，内置的外围包括3个定时器，一个捕捉/比较/PWM模块和一个同步串行通信端口，这个通信端口可以设置为使用两线的集成电路间通信模式，或是三线的串行外围接口。
PIC16C72提供8个中断源，并可由软件来设置它们的优
先权。
PIC16C72芯片的最大特点就是带有8位A/D转换部件，有5个A/D通道模拟输入，这些多通道模拟输入共用一个采样/保持电路，用一个多路转换开关进行切换。
使用A/D转换功能时，应首先对A/D控制寄存器ADCON0、ADCON1进行初始化定义，见图4.
PIC16C72的RA1端接有一校零电键，当PIC16C72采样时，若电键按下，则把当前倾角传感器的倾斜角定为零度角。
此时，数码管显示的数据为零（000.0）.
图4 A／D控制寄存器
4个LED数码管显示倾角传感器的倾斜角度。
第一个数码管显示符号位，中间两个显示整数位，最后一个数码管显示小数位。
显示的数值范围为-90.0°—+90.0°.LED数码管显示采用的是共阴极动态扫描。
RA2、RA4、RA5、RC0为位选端，当该端为高电平时，由三极管驱动位选。
RB0－RB7为段选，当它为高电平时分别驱动八段LED.
3 软件设计
主程序和A/D转换子程序流程图如图5和图6所示
图5 主程序图6 A/D转换子程序
4 实验结果
按上述倾角测量原理及电路，我们制作了实际倾角测量装置，在实际转角测试平台上进行了测量实验，图7为倾角实际测量曲线。
其中，实线表示倾角传感器从-90°逐渐增大到+90°时的测量曲线，虚线表示从刚才的+90°逐渐返回到-90°的测量曲线。
从图中可以看出，我们设计及制作的倾角传感器能够实现-90°－+90°之间的倾角测量，且具有较好的线性度，但测量存在一定的回差，这主要是由于传感器中介质的性能造成的。
而且，若介质对温度变化敏感，则传感器的测量精度也要随之受温度影响。
下一步的工作将寻求稳定的电容介质，提高传感器的测量精度。
图7 倾角实际测量曲线
参考文献:
［1］窦振中.PIC系列单片机原理和程序设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2000.
［2］王有绪.PIC系列单片机接口技术与应用系统设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2001.。