现代传感器技术与其应用(角度传感器)

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3.345
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3.377
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3.408
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3.439
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3.470
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3.500
31
3.530
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3.560
(0.033) (0.033) (0.033) (0.033) (0.032) (0.032) (0.032) (0.032) (0.032) (0.031) (0.031) (0.031) (0.030) (0.030) (0.030)
现代传感器技术及其应用（角 度传感器）
项目 帆板控制系统设计与制作
• 设计并制作一个帆板控制系统，通过对风 扇转速的控制，调节风力大小，改变帆板 转角θ，如图 1 所示。
项目要求
• 1、基本要求 • （1）用手转动帆板时，能够数字显示帆板的转角
θ。显示范围为0~60°，分辨力为 2°，绝对误差 ≤5°。 • （2）当间距 d=10cm 时，通过操作键盘控制风 力大小，使帆板转角θ能够在 0~60°范围内变化， 并要求实时显示θ。 • （3）当间距 d=10cm 时，通过操作键盘控制风 力大小，使帆板转角θ稳定在 45°±5°范围内。 要求控制过程在10 秒内完成，实时显示θ，并由 声光提示，以便进行测试。
项目要求
• 2、发挥部分 • （1） 当间距 d=10cm 时，通过键盘设定帆板转
角，其范围为 0~60°。要求θ在 5 秒内达到设定 值，并实时显示θ。最大误差的绝对值不超过5°。 • （2） 间距 d 在 7~15cm 范围内任意选择，通过 键盘设定帆板转角，范围为0~60°。要求θ在 5 秒内达到设定值，并实时显示θ。最大误差的绝对 值不超过 5°。 • （3） 其他。
相邻角度输出电压差值
(0.035) (0.035) (0.035) (0.035) (0.034) (0.035) (0.035) (0.034) (0.035) (0.034) (0.035) (0.034) (0.034) (0.034) (0.034) (0.033) (0.034)
33 3.589 34 3.618 35 3.647 36 3.676 37 3.704 38 3.731 39 3.759 40 3.786 41 3.812 42 3.838 43 3.864 44 3.889 45 3.914
46
3.939
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3.963
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3.986
49
4.009
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4.032
51
4.054
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4.076
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4.097
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4.118
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4.138
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4.158
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4.177
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4.196
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4.214
60
4.232
(0.025) (0.024) (0.023) (0.023) (0.023) (0.022) (0.022) (0.021) (0.021) (0.020) (0.020) (0.019) (0.019) (0.018) (0.018)
SCA60C是一款低成本单轴倾角(加速度)传 感器，可以测量垂直Z轴方向的加速度值， 测量范围±1g，其模拟输出特性如图 所示。
SCA60C模拟输出特性
输出电压与角度转换
• 可以根据下面的公式将传感器输出电压转 换成倾斜角度：
• 其中,Offset 是帆板加速度为0 g位置时的 电压输出(通常为2. 5 V) ,Sensitivity 是设备 的灵敏度(通常为2 V/ g) 。为了取得更好的 精确度，应用中可以将实际输出值代替通 常值。
• (3.876< Vout <4.043) angel=(Vout-3.876)/0.025+44;
wenku.baidu.com
• (4.043< Vout <4.168) angel=(Vout-4.044)/0.021+51;
• (4.168< Vout <4.241) angel=(Vout-4.168)/0.019+57;
任务分析：关键点？
（1）输入和输出端的确定：采用哪些I/O分配给输入输出端？ （2）按钮按下的输入信号应从哪个端口输入？ （3）用什么方法可以角度信息反馈给单片机？ （4）用什么方法可以实现基本要求？ （5）用什么方法可以实现发挥部分要求？
角度传感器
• SCA60C角度检测 • 采用SCA60C检测帆板的倾斜角度。
角度（°） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
输出电压（V） 2.500 2.535 2.570 2.605 2.640 2.674 2.709 2.744 2.778 2.813 2.847 2.882 2.916 2.950 2.984 3.018 3.051 3.085
(0.029) (0.029) (0.029) (0.029) (0.028) (0.027) (0.028) (0.027) (0.026) (0.026) (0.026) (0.025) (0.025)
18
3.118
19
3.151
20
3.184
21
3.217
22
3.249
23
3.281
24
3.313
输出电压与角度转换表
输出电压与角度转换图
• 如图所示， 角度传感器SCA60C的 “输出 电压”与“测量角度”关系曲线明显不成 线性关系，实际电路制作调试中也深有体 会，即转轴的输出角度总是无法修正。后 来我们才找到了它的关系特性资料，在C51 程序中直接使用该反正弦函数处理速度慢， 于是我们根据该公式拟合出了比较接近的 分段函数，以下是具体算法。
拟合公式
• 列表分析比较相邻项电压差值将表格划分为6个连续的区 间，然后再分别拟合其公式，如下：
• (Vout<3.135)
angel=(Vout-2.5)/0.034;
• (3.135< Vout <3.574) angel=(Vout-3.135)/0.032+18;
• (3.574< Vout <3.876) angel=(Vout-3.574)/0.028+33;
• (4.232< Vout <4.5)
angel=60+(v-4.232)*112;
引脚定义
T U O A V5+ 8765 8765 4321 9 C06ACSU 4321 8 C F n 7 4
角度传感器SCA60C检测电路如图所示，引脚4接 地，引脚8接5V，引脚4和8之间用电容隔离，电容 值不小于47nF，这里取47nF，7引脚是电压输出端， 传感器SCA60C在水平位置时，V0端输出2.5V， 在-90°时电压输出0.5V，在+90°时电压输出 4.5V。