基于stc12c5a16s2单片机电子水平仪设计.docx

专业
电气工程学院
学生姓名
班级
学号
指导教师
专业系主任
顾春雷
发放日期
2012年2月10日
博雅学院
摘要
关键词智能电子水平仪;差动电容传感器;A/D;
摘要
1 绪论
2


5
6
3电子水平仪的总体设计


9
13
A/D转换器的选择
AD转换器的分类及介绍 14
16
4系统的硬件设计

18
差动电容传感器结构设计 18
角度转换模块的设计
20
第一级放大电路 22
24
28
信号采集与A/D转换
主电路
5系统的软件设计


总结
致谢 43
参考文献
绪论
概述
电子水平仪是一种非常急需的测量小角度的量具。用它可测量对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度,机床、仪器导轨的直线度,工作台平面度,以及平板的平面度等。已成为桥梁架设、铁路铺设、土木工程、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可缺少的重要工具。在机械测量及光机电技术一体化技术应用中占有重要地位。国外许多国家很早就开始了电子水平仪的研制和制造,但随着精密制造技术的发展,已有的电子水平仪不能满足精度要求,国内数显式电子水平仪灵度、反应时间等比国外差距较大。
水平仪从过去简单的气泡水平仪到现在的电子水平仪已经历经多次更新。电子水平仪是一种非常急需的测量小角度的量具。用它可测量对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度,机床、仪器导轨的直线度,工作台平面度,以及平板的平面度等。在机械测量及光机电技术一体化技术应用中占有重要地位。
随着精密制造技术的发展,已有的电子水平仪不能满足精度要求,国内数显式电子水平仪灵敏度、反应时间等与国外相比,差距较大。研究分辨率更高、性能更好的智能电子水平仪具有重要意义。
随着计算机应用技术的不断发展,微控制器在工业测量和控制领域内的应用越来越广泛;在很多计量检测仪器中应用了单片机,使计量检测仪器具有了一定程度的智能,但在电子水平仪中微控制器的应用尚不多见。


方案1:采用光学反射放大镜和传感器(PSD)在VB平台上设计一种应用程序,通过计算机与电子水平仪的串行通信,实现计算机对电子水平仪的的控制。由于采用VB设计,而且设计较复杂,需要光学以及测绘知识的应用,电路程序繁琐。
方案2:采用单片机为核心,单片机只要用于工业过程控制及智能控制仪器中,特别是在传感器智能仪器发展中,已显示出巨大的优越性。单片机编程灵活,控制简单,能够很好的控制水平仪实现精度检测和角度的显示。
比较以上两种方案,方案2所设计的测量精度高、使用方便,具有很好的实用价值。因此采用方案2.


方案一:采用FPGA(现场可编程门阵列)作为系统的控制器。FPGA 可以实现系统的各种复杂的逻辑功能,规模大,密度高,它将所有的器件集成在一块芯片上,减小了体积,提高了稳定性,并且可以利用EDA 软件仿真、调试,易于进行功能扩展。FPGA 采用并行的输入方式,提高了系统的处理速度,适合作为大规模实时系统的控制核心。但是由于本设计对数据处理的速度要求不是很高,FPGA
高速处理的优势得不到充分的体现,并且由于其集成度高,使其成本偏高,同时由于芯片的引脚较多,实物硬件电路板布线复杂,加重了电路设计和实际焊接的操作。
方案二:采用单片机作为系统的控制器。单片机算术运算功能强,软件编程灵活,自由度大,可用软件编程实现各种算法,并且具有功耗低,体积小,技术成熟,成本低廉等有点,使其在各个领域应用广泛。
综上所述,选择方案二,采用单片机构成系统控制部分。

方案一:使用传统的数码管显示。传统数码管具有:低能耗,低损耗,寿命长,防火,防潮,对外界环境要求低,易于维护等优势。但显示资源有限。
方案二:使用液晶显示屏显示计时值。液晶显示屏(LED)具有轻薄短小,低耗电量,无辐射危险,平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势,可视面积大,画面效果好,分辨率高,抗干扰能力强等特点。所以我们选择LCD1602作为显示器。
3. 电子水平仪的总体设计
方案的确定
电子水平仪