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基于AVR单片机的双轴倾角仪的设计与实现

2020-12-08阅读(773)

基于AVR单片机的双轴倾角仪的设计与实现

论文摘要

随着现代工艺水平的不断提高,数字机床、导轨等大型高端仪器对角度的要求是不断严格,而其中又以与水平的角度最为重要。因而高精度,低成本,操作易的倾角传感器越来越受到重视。本文从数字倾角仪的结构组成出发,以高精度倾角传感器(含MEMS技术)和微处理器为硬件主体,结合数据处理算法,设计出一种高性能的倾角测量仪。该数字倾角仪具有较小的仪器体积,较高的测量精度和良好的抗震性。利用ATMEL公司生产的AVR单片机系列中的ATmega16型单片机以及SCA103T型高精度单轴倾角传感器。根据这2个模块I/O接口以及芯片的性能特点,与外围电路相连接,同时串口模块与PC机相结合,用于显示结果和对系统进行控制。从硬件上应用SCA103T实现高精度测量,并从软件对数据进行处理。主要涉及电路设计以及相应程序的编写,对传感器程序上的调试,以及对校正算法的一些讨论。该双轴数字倾角仪的测量范围可达±15°,分辨力达到00°00′05″,误差可小于00°00′30″。可广泛应用于建筑、石油、煤矿和地质勘探等各种需要测量倾角的场合。

论文目录

  • 内容提要
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 倾角传感器的发展现状
  • 1.3 本文主要内容
  • 第2章 数字倾角仪的工作原理及总体设计方案
  • 2.1 工作原理
  • 2.1.1 加速度传感器原理
  • 2.1.2 MEMS 技术概述
  • 2.1.3 MEMS 加速度传感器
  • 2.2 SCA103T 的结构性能
  • 2.3 倾角仪的整体设计方案
  • 2.3.1 系统硬件设计
  • 2.3.2 系统软件设计
  • 第3章 硬件电路设计
  • 3.1 ATmega16 外围电路设计
  • 3.1.1 ATmega16 的基本特点
  • 3.1.2 ATmega16 电路结构图
  • 3.1.3 串口电路
  • 3.1.4 晶振电路
  • 3.1.5 ISP 下载接口设计
  • 3.2 SCA103T 模块设计
  • 3.2.1 SCA103T 外围电路
  • 3.2.2 SPI 总线
  • 3.3 二阶滤波电路
  • 3.4 AD 转换电路
  • 3.4.1 ADS1110 结构特点
  • 3.4.2 ADS1110 串行 I2C 接口
  • 3.4.3 ADS111O 外围电路设计
  • 3.5 电源设计
  • 3.5.1 模拟电源
  • 3.5.2 数字电源
  • 3.6 电路设计总结
  • 第4章 软件系统设计
  • 4.1 初始化程序
  • 4.2 主程序设计
  • 4.3 中断处理程序
  • 4.3.1 误差分析
  • 4.3.2 灵敏度校正
  • 4.3.3 零点校正
  • 4.3.4 温度漂移校正
  • 4.4 数据采集程序
  • 4.5 PC 机串口的实现
  • 4.6 软件设计总结
  • 第5章 数据处理的算法研究
  • 5.1 数字信号的滤波处理
  • 5.2 温度漂移校正算法
  • 5.3 校正算法设计
  • 5.3.1 灵敏度N 点校正法
  • 5.3.2 灵敏度两点校正法
  • 第6章 实验与调试
  • 6.1 硬件调试
  • 6.2 校正实验
  • 6.2.1 X（Y）轴灵敏度校正
  • 6.2.2 温度校正
  • 6.2.3 零点校正
  • 第7章 总结与展望
  • 7.1 总结
  • 7.2 未来工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 摘要
  • Abstract

    • 相关论文文献

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