基于PIC單片機(jī)的傾角傳感器的設(shè)計(jì)

介紹傾角傳感器的工作原理，對(duì)PIC16C72與傾角傳感器的硬件接口電路及其軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且該設(shè)計(jì)已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：PIC16C72；單片機(jī)；傾角傳感器

0 前 言

設(shè)計(jì)中的傾角傳感器是新型變質(zhì)面積電容式傾角傳感器，該傾角傳感器技術(shù)是為數(shù)不多的、能夠兼有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、有通用傳感器集成電路等優(yōu)點(diǎn)的傾角傳感器技術(shù)之一。在測(cè)繪儀器儀表、建筑機(jī)械、天線定位、機(jī)器人技術(shù)、坦克和艦船火炮平臺(tái)控制、飛機(jī)姿態(tài)、汽車電子控制、石油勘探、海上平臺(tái)監(jiān)控等方面有廣泛應(yīng)用。

圖1 傾角傳感器原理圖

1 傾角傳感器的工作原理

傾角傳感器的電路原理如圖1所示。

檢測(cè)電路由比較器A1、A2、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及電容充放電回路組成。C1、C2為可變介質(zhì)面積電容式傾角傳感器，其容量大小與傾角變化成比例。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個(gè)輸出端A、B作為差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路的輸出。設(shè)電源接通時(shí)，觸發(fā)器的A端為高電位，B端為低電位，因此A點(diǎn)通過(guò)R1對(duì)C1充電，直至M點(diǎn)的電位等于參考電壓Uf時(shí)，比較器A1產(chǎn)生一脈沖，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，則A點(diǎn)呈低電位，B點(diǎn)呈高電位。此時(shí)M點(diǎn)電位經(jīng)二級(jí)管D1迅速放電至零，而同時(shí)B點(diǎn)的高電位經(jīng)R2向C2充電，當(dāng)N點(diǎn)電位等于Uf時(shí)，比較器A2產(chǎn)生一脈沖，使觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)一次，則A點(diǎn)呈高電位，B點(diǎn)呈低電位，重復(fù)上述過(guò)程。如此周而復(fù)始，在雙穩(wěn)(a)(b) 態(tài)觸發(fā)器的兩輸出端各自產(chǎn)生一寬度受C1、C2調(diào)制的方波脈沖。

當(dāng)C1=C2時(shí)，線路上各點(diǎn)電壓波形如圖2（a）所示，A、B兩點(diǎn)間平均電壓為零。當(dāng)C1≠C2時(shí)，C1和C2充放電時(shí)間常數(shù)不同，電壓波形如圖2（b）所示，A、B兩點(diǎn)間平均電壓不再是零。

輸出直流電壓USC由A、B兩點(diǎn)間電壓經(jīng)低通濾波后獲得，等于A、B兩點(diǎn)間電壓平均值UAP和UBP之差。

式中U1——觸發(fā)器輸出高電平。

設(shè)充電電阻R1=R2=R，則得

圖5 主程序 圖6 A/D轉(zhuǎn)換子程序

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按上述傾角測(cè)量原理及電路，我們制作了實(shí)際傾角測(cè)量裝置，在實(shí)際轉(zhuǎn)角測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行了測(cè)量實(shí)驗(yàn)，圖7 為傾角實(shí)際測(cè)量曲線。其中，實(shí)線表示傾角傳感器從-90°逐漸增大到+90°時(shí)的測(cè)量曲線，虛線表示從剛才的+90°逐漸返回到-90°的測(cè)量曲線。從圖中可以看出，我們?cè)O(shè)計(jì)及制作的傾角傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)-90°－+90°之間的傾角測(cè)量，且具有較好的線性度，但測(cè)量存在一定的回差，這主要是由于傳感器中介質(zhì)的性能造成的。而且，若介質(zhì)對(duì)溫度變化敏感，則傳感器的測(cè)量精度也要隨之受溫度影響。下一步的工作將尋求穩(wěn)定的電容介質(zhì)，提高傳感器的測(cè)量精度。

圖7 傾角實(shí)際測(cè)量曲線

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