SCA100T角度传感器的设计.

2009年6月(上

[摘要]基于SCA100T 的角度传感器具有长期稳定性好,温度特性优良,抗冲击能力强等特征,首先简要分析SCA100T 的主要特点及

其结构,介绍一种用AT89S52开发的基于SCA100T 的角度传感器的系统设计,紧接着详细阐述系统的软件设计思路。[关键词]单片机;角度传感器;SCA100T 在很多情况下,人们想确定物体相对于重力场是处于垂直还是水平位置。在很多国家,对起重机是有规定的,要求对其进行某种形式的倾斜监控,特别是对于运输人的设备。离轨车辆需要倾斜度信息以避免发生事故,或是某些重要部件保持一定的角度。一些车辆,如自倾斜火车,利用倾斜来补偿离心加速度,倾角仪用来帮助使重力垂直于地面。光学仪器,如平面激光仪,经常需要处于水平或垂直位置。在许多情况下,需要测量两个相互垂直方向的倾斜度。

1角度测量系统的硬件设计1.1系统构成

本系统以AT89S52单片机为控制中心,通过SPI 接口读取SCA100T 传感器所感应的角度信息,经过计算在液晶显示上显示测量值,操作按键用于控制测量仪工作在自检校准状态、相对角度测量状态、绝对角度测量状态。

1.2角度输出计算1.

2.1电压至角度转换

Q 模拟电压输出可以通过下面公式被转换成角度:

α=arcsin (V out -offset Sensitivity

式中:Offset 为倾斜度为0度时设备的输出值,Sensititivity 是设备的输出灵敏度,对于SCA100T-D01为70mV/c ,SCA100T-D02为35mV/c ,VD out 是SCA100T 的测量输出。

1.2.2数字输出至角度转换

加速度测量数据用11位数字字节格式保存在RDAX 和RDAY 寄存器中,数据范围为0~2047.在0°(水平放置时其额定的输出为(100000000二进制,即1024。不同测量数字转换为角度可用如下公式表示:

α=arcsin (D out [LSB]-D out @0℃[LSB]Sens [LSB/g]

式中:D out 为数据输出(

RDAX 或RDAY D out @0℃时输出值,一般为1024,α测量角度值Sens 设备灵敏度(SCA100T-D01:1638,SCA100T-D02:819

1.3温度补偿1.3.1温度测量

SCA100T 内部温度传感器可用来做内部偏移补偿,温度传感器可以通过SPI 接口访问,温度数据是8-bit 字(

0...255。转换函数如下:T realt =Counts-197-1.083

式中:Counters 是测量数据,Treal 是实际温

度。转换函数是线性的,而且它的灵敏度高于-1.082counts/C+-10%,绝对精度在+-15C 。

1.3.2SCA100T 角度测量的温度校准

SCA100T 器件的偏移量(0°时输出量和灵敏度会随温度的变化而改变,具体请见图1、图2所示。

为了达到最佳的精确度,温度测量值和典型的温度依赖性曲线,可用于sca100t 偏移和灵敏度温度补偿。三次方程曲线偏移补偿是:

Offcorr=-0.0000006×T 3+0.0001×T 2-0.0039×T-0.0522式中,Offcorr 为偏移量偏差,T 为所测得的当前温度,单位摄氏度。

计算所得的Offcorr 可用于SCA100T 的偏移量校准,具体公式如

下:OFFSETcomp=Offset-Offcorr

式中,OFFSETcomp 为偏移量校准量Offset 为0°偏移量。补偿后的偏移量温度特征曲线如图3

:

图1Offset 温度偏差图

图2

图3offest 温度补偿图

2传感系统的软件设计

2.1

主监控程序框图

2.2spi

驱动程序框图

3小结

本系统可应用双轴平台调平,倾斜测量,垂直方向的各种角度的测量;测量仪器(水平仪、经纬仪、测距仪等的水平校准;高度测量仪器(如测高计等的倾斜度测量;用于倾斜保护(如起重机、升降台的角度测量;用于电梯、打桩机的垂直对准等称重机的倾斜补偿。

SCA100T 角度传感器在角度测量系统中的设计

周姣

蒋求生

(湘潭职业技术学院信息工程系,湖南湘潭411102

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