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基于傾角傳感器設(shè)計(jì)的帆船姿態(tài)儀

作者:青島科技大學(xué) 張曉靜 戰(zhàn)智濤 時(shí)間:2008-07-15 來源:單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 收藏

  隨著2008年北京奧運(yùn)會的臨近,帆船運(yùn)動(dòng)越來越受到人們的重視,如何利用現(xiàn)代科技手段輔助訓(xùn)練,來提高比賽成績顯得尤為重要。從賽場實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)指導(dǎo)訓(xùn)練和減輕帆船教練工作強(qiáng)度方面考慮,設(shè)計(jì),可使教練員了解每位運(yùn)動(dòng)員具體的訓(xùn)練細(xì)節(jié),提高工作效率。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/85725.htm

  1 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  基于PIC16F877A設(shè)計(jì)的,能采集帆船行駛過程中的前后仰俯角、左右搖擺角、桅桿旋轉(zhuǎn)角和GPS系統(tǒng)記錄帆船行駛軌跡。系統(tǒng)每0.5s將采集到的數(shù)據(jù)記錄1次,記錄時(shí)間大約為5 h(小時(shí))。上位機(jī)通過RS232接口,可將存儲的數(shù)據(jù)讀取上來。上位機(jī)可以形象地將帆船行駛軌跡、帆船前后仰俯角、左右搖擺角等數(shù)據(jù)顯示出來。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

  2 帆船姿態(tài)儀的硬件設(shè)計(jì)

  PIC16F877A單片機(jī)作為處理器,通過采集傾角SCA60C檢測帆船的傾斜角度,然后將檢測到的數(shù)據(jù)存儲到AT45D081A-RI大容量Flash存儲器中。其部分硬件電路如圖2所示。

  DS1302時(shí)鐘芯片記錄測控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),并在記錄時(shí)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)定。其軟硬件設(shè)計(jì)簡單,時(shí)間記錄準(zhǔn)確,既避免了連續(xù)記錄的大工作量,又避免了定時(shí)記錄的盲目性。DS1302與CPU的連接僅需要3條線,即SCLK、I/O、RST。DS1302與單片機(jī)連接的電路原理如圖2所示。

  采用雙電源供電方式,以便在沒有主電源的情況下仍能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電,當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí),VCC1給DS1302供電。

  AT45D081A-RI是Atmel公司生產(chǎn)的大容量Flash存儲器,容量為4 Mb。它采用串行方式傳送數(shù)據(jù),單5V電源供電;具有功耗低、體積小、容量大、傳送快,與CMOS和TTL電平兼容以及掉電后數(shù)據(jù)不丟失等特點(diǎn),因此,其硬件設(shè)計(jì)與軟件編程都很容易。

  系統(tǒng)通過RS232C通信方式與上位機(jī)通信,將帆船在海中行進(jìn)的姿態(tài)傳送到上位機(jī),最后由上位機(jī)軟件管理和顯示。

  3 傾角的選取

  系統(tǒng)采用上海朗尚科貿(mào)有限公司的SCA60C高精度傾角檢測帆船的傾斜角度,通過不同的安裝方式檢測帆船前后仰俯角和左右搖擺角。SCA60C實(shí)際上是一個(gè)加速度計(jì),內(nèi)部由一個(gè)硅微傳感器和信號處理芯片組成;SMD形式封裝;通過測量地球引力在測量方向上的分量,再將其轉(zhuǎn)換為傾斜角度,其模擬輸出特性如圖3所示。箭頭標(biāo)明了加速度的正方向,如果帆船沿箭頭所指方向有加速度,或按圖3所示的方向傾斜,則輸出值增大。

  其中,Offset是帆船在0 g位置時(shí)的電壓輸出(一般輸出值為2.5 V),Sensitivity是設(shè)備的靈敏度(通常靈敏度為2 V/g)。為得到最好的精確度,應(yīng)當(dāng)用實(shí)際輸出值代替通常值。

  4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

  采用Delphi軟件設(shè)計(jì)帆船姿態(tài)儀的上位機(jī),將帆船姿態(tài)儀采集存儲的數(shù)據(jù)通過串口讀取上來,利用上位機(jī)軟件對讀取上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,并以曲線的形式形象地顯示出來,教練員可以在上位機(jī)上了解運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練的具體情況。軟件界面如圖4所示。

  結(jié) 語

  帆船姿態(tài)儀安裝調(diào)試簡單,技術(shù)先進(jìn),功能豐富,維護(hù)方便,可幫助帆船運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行科學(xué)的訓(xùn)練,迎接2008年北京奧運(yùn)會。



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