基于傾角傳感器的傾角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4．1 傳感器數(shù)據(jù)采集與計(jì)算
對(duì)于傳感器采集，當(dāng)CSB引腳為低電平時(shí)有效，允許傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)，高位在前，低位在后。MISO線上的數(shù)據(jù)在SCK下降沿傳輸，MOSI線上的數(shù)據(jù)在SCK上升沿傳輸。加速度數(shù)據(jù)量SPI傳輸時(shí)序如圖6所示。單片機(jī)首先通過MOSI線向傳感器發(fā)送一個(gè)(組)命令，傳感器在接收到完成命令后，開始連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。這里的命令為8位信息，加速度數(shù)據(jù)量為11位信息，常用的命令有RDAX(0001，0000)和RDAY(0001，0001)，分別表示讀取X／Y軸加速度數(shù)據(jù)量。

傳感器輸出的X軸與Y軸加速度信息均為11位數(shù)字量，其范圍為0～2 048，零度位置對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)量為1 024。根據(jù)下述公式可將輸出的加速度數(shù)字量轉(zhuǎn)換為實(shí)際傾角值：

其中，Dout表示X／Y軸輸出的數(shù)字量；Dout@0°表示零度偏移量(即1 024)；Sens表示傳感器靈敏度，由VTI廠商提供，對(duì)于SCA100T傾角傳感器，該值為1683；α’表示預(yù)設(shè)的平臺(tái)水平角度，默認(rèn)為0。
4．2 串口命令
圖7為串口與單片機(jī)通信的數(shù)據(jù)幀格式。圖中每幀有16個(gè)字節(jié)，開始兩個(gè)字節(jié)是幀頭(0xFFAA)，接著是兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)類型，其類型主要有3種：請(qǐng)求數(shù)據(jù)(0x0001)、預(yù)設(shè)警界角度(0x0010)、預(yù)設(shè)水平角度(0x0011)。然后是10個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)位，通常數(shù)據(jù)位為2個(gè)4字節(jié)的數(shù)據(jù)(整形或浮點(diǎn)型)，為了避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)齊問題，在后面加入兩個(gè)值為0的字節(jié)。最后是兩個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)位，采用CRC-16進(jìn)行校驗(yàn)。

數(shù)據(jù)發(fā)送由上層控制器主動(dòng)發(fā)送，傾角測(cè)量系統(tǒng)被動(dòng)響應(yīng)。當(dāng)上層控制器向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，其數(shù)據(jù)位置0；系統(tǒng)收到請(qǐng)求命令后，將傾角信息填入數(shù)據(jù)位，發(fā)送給上層控制器。當(dāng)上層控制器向單片機(jī)發(fā)送預(yù)設(shè)警界傾角值時(shí)，將預(yù)設(shè)角度值填入數(shù)據(jù)位；單片機(jī)收到后，將數(shù)據(jù)寫入EEPROM中并發(fā)送反饋，反饋幀以同樣的類型發(fā)送，但是數(shù)據(jù)位填入全0。當(dāng)上層控制器向單片機(jī)發(fā)送預(yù)設(shè)水平角度值時(shí)，其操作類似預(yù)設(shè)警界傾角值，只是類型不同。
4．3 串口超級(jí)終端模擬
在Windows XP或是Windows 2000操作系統(tǒng)下，在開始→菜單＼程序＼附件＼通信下可以看到“超級(jí)終端”，這是Windows自帶的通信終端工具。在超級(jí)終端里輸入字符時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)送出去，但是如果沒有反饋，是不會(huì)顯示輸入的字符信息的。因此，模擬超級(jí)終端需要做兩件事：一是接收用戶在超級(jí)終端里輸入的字符；二是將輸入的字符反饋回來，供用戶查看。采用超級(jí)終端的方法可以避免用戶直接使用命令操作的過程，所有的命令對(duì)用戶來說都是透明的，用戶只需要根據(jù)提示信息，輸入相關(guān)信息即可完成預(yù)設(shè)配置工作。圖8所示為預(yù)設(shè)配置示意圖。

結(jié)語
本文以塔式起重機(jī)為應(yīng)用背景設(shè)計(jì)了這款傾角測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中工作良好，達(dá)到了預(yù)期的效果，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)塔式起重機(jī)支架的平衡性，對(duì)預(yù)防建筑施工事故起到了重要的作用。系統(tǒng)探討了SCA100T傳感器的使用方法，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了兩種應(yīng)用方式，對(duì)于系統(tǒng)的擴(kuò)展起到了很好的作用；同時(shí)，模擬了串口超級(jí)終端來配置系統(tǒng)信息，以此來替代小鍵盤。