一种便携式倾角测量设备的制作方法

本实用新型涉及智能仪器仪表技术领域，具体为一种便携式倾角测量设备。

背景技术：

智能仪器仪表作为新兴产品在各行业中受到广泛应用，经过近几年的发展，无论是技术还是种类都有了新的发展和壮大。未来智能仪器将向微型化、多功能化、人工智能化、网络化、虚拟化等方向发展，满足不同领域的应用需求，推动各行各业的发展。传统的仪表一般采用简单的电子电路来转换测量数据，用直观的直读的模式显示或读出测试数据，没有数据存储和处理功能，要通过人工来进行计算、比对，得出测量结果，只能用于一般测量精度不太高的数据测量。

在物联网的大背景下，市场对智能化产品的需求越来越大，智能仪表是带有微型处理系统，或可接入微型计算机智能化仪器。它通过电子电路来转换测量数据，并对数据进行存储运算逻辑判断，通过全自动化的操作过程得到准确无误的测量结果，与传统仪器仪表相比，智能仪器仪表具有操作自动化、自测功能、数据处理功能、友好的人机对话能力、可程控操作能力等特点。倾角测量仪是一种普遍应用于计量和生产实践中的工具，然而，传统的测量仪智能化程度偏低、人机交互不够友好，数据信息传输和记录过程通常需要手工记录，在数据分析和远程操作方面更是弱项。由于倾角仪的智能化需要从电路设计初期就进行人机交互和数据通讯的改造，而现有的倾角仪并不具备进行升级改造的基础，而且在量程上、辅助功能上都具有一定局限性，所以需要全新设计高度智能化的倾角仪。

申请人经过检索，目前采用加速度传感器技术进行倾角检测的仪器有中北大学电子测试技术国防重点实验室采用基于MEMS的Model 1221加速度传感器和C51单片机进行设计出角度测量仪，量程为±45°，理论精度0.03°；沈阳理工大学机械工程学院提出一种基于C8051单片机和ADXL311的数字数倾角仪的设计方法，工作原理是一次在0°，90°，180°三个不同位置进行定标，满足各种场合下测量精度要求；上海理工大学光电信息与计算机工程学院采用MMA8451Q和MC9S12XS128单片机为核心设计的倾角测量系统，采用蓝牙和PC通讯，校准后精度为0.2°；天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室采用高精度MEMS倾角传感器和微处理器设计的数字式倾角仪，测量范围±15°，分辨率达0.01°。

从以上科研院所研制的倾角仪基本参数和性能来看，普遍存在量程偏小、智能化程度和人机操作的便捷性不高，最重要的一点，这些仪器都没有很强的双向数据通讯能力，缺乏互联性，不能在远处的终端上进行实施监控、数据处理，这对一些特殊需求的测量场合来讲存在诸多不便的地方。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种便携式倾角测量设备，采用MEMS传感器作为原始测量单元，数据通过IIC或SPI总线读入微处理器进行数据处理，处理结果通过液晶触摸屏实时显示出来并通过无线通讯传输给移动终端便于进行后续的统计分析处理、图表显示和存储。具有成本低、量程大、智能化程度高优点，可同时测量环境温度和气压，并且可以与移动终端进行数据传输和共享，从而实现远程在线分析功能的特点。

本实用新型的技术方案为：

所述一种便携式倾角测量设备，其特征在于：包括前端倾角测量仪和手持移动终端；

所述手持移动终端通过无线通讯与前端倾角测量仪进行数据交换，包括向前端倾角测量仪发送指令，远程获取现场测量数据；所述手持移动终端能够显示实时波形，进行数据存储；

所述前端倾角测量仪包括MEMS传感器组件、微处理器、锂电池、输出调试模块、无线传输模块和HMI液晶触摸屏；

所述MEMS传感器组件包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、三轴地磁传感器和温度气压传感器；MEMS传感器组件通过总线连接到微处理器；

所述锂电池通过锂电池管理电路输入微处理器ADC单元，微处理器ADC单元实时采集电源电压；

所述微处理器通过三个通用串行接口分别接输出调试模块、无线传输模块和HMI液晶触摸屏。

进一步的优选方案，所述一种便携式倾角测量设备，其特征在于：所述无线通讯采用蓝牙通讯方式。

进一步的优选方案，所述一种便携式倾角测量设备，其特征在于：MEMS传感器组件通过IIC或SPI总线连接到微处理器。

有益效果

本实用新型提出的便携式倾角测量设备由于采用了低成本的MEMS传感器，硬件成本比较低且体积较小、测量方便，将传统的倾角测量仪智能化和互联网化，能够方便的使用移动终端进行远程测量，适合在一些危险的、需要人员远离被测对象远程操作的场合，因此可广泛应用于计量、建筑、石油、煤矿和地质勘探等特种作业领域的。并且本实用新型基于MEMS传感器组合进行倾角测量，将量程扩大至±180°，能够同时测量俯仰和滚转两个方向倾角，准确度达到0.1°，分辨率达到0.01°；测量倾角的同时，附带获取温度和大气压等现场参数。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：便携式倾角测量设备原理示意图；

图2：前端倾角测量仪组成示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如背景技术中所述，倾角测量仪是一种普遍应用于计量和生产实践中的工具，然而，传统的测量仪智能化程度偏低、人机交互不够友好，数据信息传输和记录过程通常需要手工记录，在数据分析和远程操作方面更是弱项。由于倾角仪的智能化需要从电路设计初期就进行人机交互和数据通讯的改造，而现有的倾角仪并不具备进行升级改造的基础，而且在量程上、辅助功能上都具有一定局限性，所以需要全新设计高度智能化的倾角仪。而且经过检索，目前倾角仪基本参数和性能来看，普遍存在量程偏小、智能化程度和人机操作的便捷性不高，最重要的一点是这些仪器都没有很强的双向数据通讯能力，缺乏互联性，不能在远处的终端上进行实施监控、数据处理，这对一些特殊需求的测量场合来讲存在诸多不便的地方。

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种便携式倾角测量设备，采用MEMS传感器作为原始测量单元，数据通过IIC或SPI总线读入微处理器进行数据处理，处理结果通过液晶触摸屏实时显示出来并通过无线通讯传输给移动终端便于进行后续的统计分析处理、图表显示和存储。具有成本低、量程大、智能化程度高优点，可同时测量环境温度和气压，并且可以与移动终端进行数据传输和共享，从而实现远程在线分析功能的特点。

如图2所示，本实施例中的便携式倾角测量设备，包括前端倾角测量仪和手持移动终端；所述手持移动终端通过蓝牙无线通讯与前端倾角测量仪进行数据交换，包括向前端倾角测量仪发送指令，远程获取现场测量数据；所述手持移动终端能够显示实时波形，进行数据存储。

如图1所示，所述前端倾角测量仪包括MEMS传感器组件、微处理器、锂电池、输出调试模块、无线传输模块和HMI液晶触摸屏。所述MEMS传感器组件包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、三轴地磁传感器和温度气压传感器；MEMS传感器组件通过IIC总线连接到微处理器；所述锂电池通过锂电池管理电路输入微处理器ADC单元，微处理器ADC单元实时采集电源电压；所述微处理器通过三个通用串行接口分别接输出调试模块、无线传输模块和HMI液晶触摸屏；其中通用串行接口UART1和UART2分别用作调试接口和蓝牙WIFI模块接口，UART3连接到HMI液晶屏，通过发送相应的指令实现人机界面交互功能。另外2个用户按键用来切换串口调试和蓝牙输出两种模式。微处理器根据MEMS传感器组件输入的传感器测量值进行处理，输出倾角值，将结果实时的显示在液晶屏上，并通过蓝牙模块和手持移动终端进行通讯。

可以看出，本实用新型提出的便携式倾角测量设备因采用了低成本的MEMS传感器，硬件成本比较低且体积较小、测量方便，将传统的倾角测量仪智能化和互联网化，能够方便的使用移动终端进行远程测量，适合在一些危险的、需要人员远离被测对象远程操作的场合，因此可广泛应用于计量、建筑、石油、煤矿和地质勘探等特种作业领域的。并且本实用新型基于MEMS传感器组合进行倾角测量，将量程扩大至±180°，能够同时测量俯仰和滚转两个方向倾角，准确度达到0.1°，分辨率达到0.01°；测量倾角的同时，附带获取温度和大气压等现场参数。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。