51单片机的角度测量系统设计+仿真图+源码(2)
1. 绪论
本章介绍了本研究课题的背景及意义，阐述了角度测量系统的发展状况。对当前角度测量系统的特点及其角度测量的未来发展趋势作了概况。另外，简要说明了本文所做的工作。
1.1 选题背景
测量是人类认识自然并改造自然的一种重要的手段，通过测量，人们可以对客观世界取得定量的信息，仪器是测量中必不可少的工具。
角度测量技术中研究最早的是机械角度测量技术和电磁角度测量技术，这些技术的缺点是人们在测量时，由于人为因素而造成误差，而且很多操作都不是自动的，这就使测量的准确度受到一定的限制。利用光学的角度测量的方法由于具有非接触、高精确度和高灵敏度等优点而倍受人们的喜爱，尤其是激光光源的发展使人们在现场进行角度的测量成为可能，因此光学角度测量方法的应用也越来越广泛，各种新的利用光学的角度测量的方法也应运而生。目前，光学角度测量法除了人们比较熟悉的光学分度头法和多面棱体法外，经常被人们使用的还有光电编码的技术方法、利用衍射的角度测量的方法和光纤法等[1,2]。
1.3 设计研究的要求及主要内容
根据本次设计的理念，需要对其有以下要求。
(1)整个系统有较强的抗干扰能力；
(2)角度范围：0~90；
(3)将角度值准确显示出来。
基于单片机的角度测量系统研究的主要内容有如何构成检测电路、MCS-51单片机用何种方式对信号进行采集并转化成角度值、LED显示驱动模块的选择、MCS-51单片机的扩展。在这个设计中主要需要解决的问题便是如何提高MCS-51单片机的抗干扰能力和稳定性、电机的控制以及AD转换的准确度。
2．整体设计方案
2.1 各设计方案论证与比较
2.1.1 传感器的选用 方案一：选用高精度的单轴倾角传感器SCA61T，其具有稳定性高，抗冲击能力强，分辨率高，防震性能好，方便工程调试设计，和具有模拟、数字双输出以及稳定的灵敏感性度等特点，但是此传感器的成本偏高，虽功能较多灵敏度也较好，但在此处功能的需求上未必都会用到，所以性价比较低。 方案二：选用低价单轴倾角传感器SCA60C,其具有抗冲击能力强[4]，能耗低的特点，精度高等特点，并且其外围电路十分简单，测量范围为-90°~+90°，可以满足设计要求，并且此传感器价格低廉，可以满足设计要求。 比较上述两种设计方案，此系统选用价格较低的传感器SCA60C较为合适。
2.1.2 单片机的选用
这里选用的是AT89C51单片机，它是51系列单片机的一个型号，它是由ATMEL公司生产的[5-7]。AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），该单片机采用的是ATMEL公司的高密度、不容易丢失的存储技术和兼容标准的MCS-51指令系统，片内置有通用的含有8位的CPU和Flash存储单元，功能如此强大的AT89C51单片机可以为我们提供很多比较复杂系统控制。 这里可以满足要求，故选用了AT89C51。 2.1.3 模数转换芯片的选用 ADC0808芯片是8位逐次逼近型A/D转换器，VCC电压端接+5V电压[8]，能满足本设计要求，因此选用了此芯片。 2.2 系统总体概述
基于单片机AT89C51的平台角度测量系统，系统主要分为倾角传感器的角度检测电路、AD芯片的模数转换电路，单片机信号处理电路、角度偏差指示灯显示、LED显示以及电机控制部分。本设计的主要应用就是平台的调平，利用的主要测量部分电路即为角度传感器，角度传感器输出电压值正比于所测量角度，因此只需利用电压值来读出角度即可。但是由于此处传感器SCA60C所输出电压信号为模拟电压，因此需要加入模数转换电路，这里采用的是28脚直插式ADC0808芯片，可满足要求。模拟信号经ADC0808转换后输出二进制数字信号，经由单片机进行角度转换处理，直接将处理结果在LED上显示出所测角度值，即达到调平的目的。