一种用于铁路数显轨距尺的倾角传感器模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型的名称为一种用于铁路数显轨距尺的倾角传感器模块。属于测量技术领域。它主要是解决现有倾角传感器模块存在显示数据漂移和跳动，直接影响数显轨距尺的数据稳定性和准确性的问题。它的主要特征是：包括制作在印刷电路板上的单片机最小系统、倾角传感器电路、存储器电路、电源电路和接口电路；还包括制作在印刷电路板上的AD转换电路、高精度基准电源；单片机最小系统通过其接口与AD转换电路接口连接，高精度基准电源输出端与AD转换电路电源端连接。本实用新型所测量的倾角数据跳动小，响应频率高，可有效提高测量的准确性、稳定性，主要用于铁路数显轨距尺的高精度倾角传感器模块。
【专利说明】
一种用于铁路数显轨距尺的倾角传感器模块
技术领域
[0001]本实用新型属于测量技术领域，具体涉及一种用于铁路数显轨距尺的高精度倾角传感器模块。【背景技术】
[0002]由于铁路数显轨距尺对倾角测量的精确度和稳定性要求很高，因此，一般将市售的倾角芯片组装成专用的倾角传感器模块，在利用单片机内部的高分辨率的AD转换器和基准电源将倾角芯片的模拟输出转换为数字信号，再通过串行接口传送给数显轨距尺的主板进行数据处理和显示。现有的倾角传感器模块利用单片机内部的高分辨率AD转换器和参考电源实现AD转换，以简化结构、降低成本。但是由于工艺、结构等原因，单片机内部的AD转换器和基准电源的精确度、稳定性都不尽人意，需要采用大量数据滤波保证其数据准确，这会造成显示数据的漂移和跳动，直接影响数显轨距尺的数据稳定性和准确性，也会使轨距尺数据反应迟缓，给用户带来不便。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的就是针对上述不足之处而提供一种兼具高稳定性和高精确度的铁路数显轨距尺用倾角传感器模块。
[0004]本实用新型的技术解决方案是:一种用于铁路数显轨距尺的倾角传感器模块，包括制作在印刷电路板上的单片机最小系统、倾角传感器电路、存储器电路、电源电路和接口电路，其特征在于:还包括制作在印刷电路板上的AD转换电路、高精度基准电源;单片机最小系统通过其接口与AD转换电路接口连接，高精度基准电源输出端与AD转换电路电源端连接。
[0005]本实用新型的技术解决方案中所述的印刷电路板上焊接有将倾角传感器电路中倾角转换芯片屏蔽的金属屏蔽罩。
[0006]本实用新型的技术解决方案中所述的印刷电路板固定在金属基座上。
[0007]本实用新型的技术解决方案中所述的单片机最小系统由单片机及其外围电路组成;倾角传感器电路由倾角转换芯片;存储器电路由存储芯片及上拉电阻组成；电源电路由稳压芯片及滤波电容组成;升压电路由升压芯片组成;接口电路由位移传感器接口和轨距尺主板接口组成;AD转换电路由AD转换器及高精度基准电源组成；高精度基准电源由基准电源芯片及滤波电容组成。
[0008]本实用新型由于在现有倾角传感器模块中印刷电路板上的单片机最小系统、倾角传感器电路、存储器电路、电源电路和接口电路的基础上，增加AD转换电路、高精度基准电源，单片机最小系统通过其接口与AD转换电路接口连接，高精度基准电源输出端与AD转换电路电源端连接，因而可使外部的AD转换电路和高精度基准电源代替单片机最小系统中单片机内部的AD转换器和基准电源，具有高稳定性和高精确度，避免造成显示数据的漂移和跳动，保证数显轨距尺的数据稳定性和准确性，使轨距尺数据反应迅速，给用户带来方便。本实用新型由于在印刷电路板上焊接有将倾角传感器电路中倾角转换芯片屏蔽的金属屏蔽罩，因而可屏蔽电磁干扰，以进一步提高其稳定性。本实用新型由于将印刷电路板固定在金属基座上，因而可提高防护能力，也便于安装。工作中当倾角传感器的倾斜角度发生变化时，其对外输出引脚的电压也随之发生成正比的变化，经A/D转换器转换为数字信号，再进一步计算出当前的倾角。本实用新型与现有技术相比，所测量的倾角数据跳动小，响应频率高，可有效提高测量的准确性、稳定性。本实用新型主要用于铁路数显轨距尺的高精度倾角传感器模块。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型的结构框图。
[0010]图2是本实用新型的整体结构主视图。
[0011]图3是图2的剖视图。
[0012]图4是本实用新型的单片机最小系统电路图。
[0013]图5是本实用新型的AD转换电路图。
[0014]图6是本实用新型的倾角传感器电路图。
[0015]图7是本实用新型的存储器电路图。
[0016]图8是本实用新型的高精度基准电源电路图。
[0017]图9是本实用新型的升压电路电路图。
[0018]图10是本实用新型的电源电路图。
[0019]图11是本实用新型的热敏电阻电路图。
[0020]图12是本实用新型的位移传感器接口电路图。
[0021]图13是本实用新型的接口电路电路图。
[0022]图中:丨-单片机，2-AD转换器，3-基准电源，4_升压芯片，5_倾角传感器，6_热敏电阻，7-位移传感器接口，8-存储芯片，9-电源，I O-轨距尺主板接口，11-印刷电路板，12-金属基座，13-基座安装孔，14-电路板安装孔，15-金属屏蔽罩，16-单片机最小系统，17- AD转换电路，18-倾角传感器电路，19-存储器电路，20-高精度基准电源。
【具体实施方式】
[0023]如图1、图2、图3所示，单片机1、AD转换器2、基准电源3、升压芯片4、倾角传感器5、热敏电阻6、位移传感器接口 7、存储芯片8、电源9、轨距尺主板接口 1全部焊接在电路板11上，电路板11通过安装孔14用螺丝固定在基座12上，基座12通过安装孔13将倾角传感器模块安装在轨距尺尺身上。如图所示，单片机I的1与AD转换器2的驱动信号引脚连接，基准电源3与AD转换器参考输入连接，升压芯片4的输出与倾角传感器5的电源引脚连接，倾角传感器5的模拟输出引脚连接到AD转换器的一路输入端，热敏电阻6、位移传感器接口 7分别连接到AD转换器的另外二路输入端，存储芯片8与单片机的1接口连接，轨距尺主板接口 10与单片机的通信接口连接，电源与所有芯片的供电引脚连接。由于轨距尺工作环境恶劣，故需要为倾角传感器安装用于防护的屏蔽罩15，屏蔽罩15焊接在印刷电路板11上，并将倾角传感器5、热敏电阻6置于屏蔽盒15内部。为进一步提高传感器的稳定性和准确性，在倾角传感器安装到轨距尺以前可以进行补偿或校正，在此情况下单片机执行补偿或校正程序，并将对应的数据存放在存储器芯片8内。
[0024]图4至图13为详细电路图。电路中设有单片机最小系统1、AD转换电路2、倾角传感器电路5、升压电路4、存储器电路8、高精度基准电源3、电源电路9、主板接口电路10、位移传感器接口 7和热敏电阻电路6等。A/D转换电路2的驱动信号(05、50(、0預、0017〇连接到单片机最小系统1单片机的10端口；倾角传感器5中U4是倾角转换器芯片，电阻R01、R02、R03、R04 组成2路电阻分压电路，将U4的2路输出调理成符合AD转换器输入要求的信号，电容器C10、 C11起滤波作用，以滤除电路噪声，分压电路的2路输出分别连接到AD转换电路2的ADC0P和 ADC0N端；电阻器R22和电容器C08是倾角的电源滤波电路;存储电路8的驱动信号SCL、SDA 连接到微处理器最小系统1的通用I/O 口，由于存储电路8的存储芯片U7采用的是I2C总线方式，故总线上设计有R11、R12两个上拉电阻；电源电路9中的U5为稳压芯片，它的输入端连接到接口电路中10的插接件JIN的引脚，用于从外部获得电源，U5的输出端产生3.3V 电压输出，连接到所有电路的3.3V电源端，升压电路4的U6的输出分别连接到倾角转换器5 的电源端和精密基准电源电路3的输入端;精密基准电源电路3的输出端连接到AD转换电路 2的Vref端;接口电路10中的JIN是与主板的接口，其0N/0FF连接到电源电路9的控制端，用于控制电源的状态，以便实现节能运行，RXD、TXD是外部通信信号分别连接到单片机最小系统1的10端口；位移接口电路7中的JD是外部位移传感器接口，其信号连接到AD转换电路2的 ADC 1P和ADC 1N;热敏电阻电路6的R06是热敏电阻，R07是他的分压电阻，电容C14起滤波作用，分压输出端连接到AD转换电路2的ADC2P和ADC2N;转换电路2中的电阻器R05是所有电路中模拟地和数字地的连接点。
【主权项】
1.一种用于铁路数显轨距尺的倾角传感器模块，包括制作在印刷电路板(11)上的单片机最小系统(I)、倾角传感器电路(5)、存储器电路(8)、电源电路(9)和接口电路(10)，其特征在于:还包括制作在印刷电路板(11)上的AD转换电路(2)、高精度基准电源(3);单片机最小系统(I)通过其接口与AD转换电路(2)接口连接，高精度基准电源(3)输出端与AD转换电路(2)电源端连接。2.根据权利要求1所述的一种用于铁路数显轨距尺的倾角传感器模块，其特征在于:所述的印刷电路板(11)上焊接有将倾角传感器电路(5)中倾角转换芯片屏蔽的金属屏蔽罩(15)。3.根据权利要求1或2所述的一种用于铁路数显轨距尺的倾角传感器模块，其特征在于:所述的印刷电路板(I I)固定在金属基座(I 2)上。4.根据权利要求1或2所述的一种用于铁路数显轨距尺的倾角传感器模块，其特征在于:所述的单片机最小系统(I)由单片机及其外围电路组成;倾角传感器电路(5)由倾角转换芯片组成;存储器电路(8)由存储芯片及上拉电阻组成；电源电路(9)由稳压芯片及滤波电容组成;升压电路(4)由升压芯片组成;接口电路(10)由位移传感器接口(7)与轨距尺主板接口组成;AD转换电路(2 )由AD芯片(U2 )及高精度基准电源(3 )组成;高精度基准电源(3 )由基准电源芯片(U3)及滤波电容组成。
【文档编号】G01C9/00GK205607380SQ201620288271
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】吕治安
【申请人】吕治安