专利名称：高精度便携式数字水平仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，特别涉及一种高精度便携式数字水平仪。
背景技术：
水平仪广泛应用于土木建筑、航空航天、地震监测等角度测量领域。数字水平仪可以减小人为操作带来的误差，同时可以缩短测量时间，提高工作效率。便携式、小型化数字水平仪更方便人们在各种环境使用。目前，水平仪装置普遍存在体积大且成本高的问题。
发明内容本实用新型是针对现在水平仪存在价格高、体积大的问题，提出了一种高精度便携式数字水平仪，器件选型和系统优化设计，降低成本的同时满足便携式、小型化的需求。本实用新型的技术方案为一种高精度便携式数字水平仪，包括方波激励源电路、 精密整流滤波电路、信号调理电路、A/D采集电路、数据处理及IXD显示模块，方波激励源电路产生双极性方波输出，将传感器四个电极和公共端与4个等值基值电阻构成两个差动电桥，从桥臂引出4路方波信号，经过精密整流滤波电路对其精密整流和平滑滤波，将整流滤波后的信号以差分方式接入信号调理电路进行放大调理，调理输出信号进入A/D采集电路进行A/D转换，通过数据处理及IXD显示模块对A/D转换后的信号进行采集并处理最终发送到IXD进行显示。所述方波激励源电路选用555定时芯片，555定时芯片在双电源模式下和两个等值电阻以及两个整流二极管构成间接无反馈无稳状态电路，产生双极性方波信号，双极性方波信号通过可调电阻后，再经过由双稳压管、双整流二极管、两个电阻组成的网络电路， 输出为Vp-p=2. 4V双极性对称方波信号。所述精密整流滤波电路包括由两个整流二极管以及三个反馈电阻构成增益为1/2 的精密整流电路和精密整流输出后接电阻和电容并联的平滑滤波电路。所述信号调理电路选用两个放大器AD620，精密整流滤波电路输出4路方波信号分别接入两个放大器AD620，在放大器AD620参考端接1. 2V电压基准，增益电阻为可调电阻，两路输出信号在正反向偏转最大时，输出电压分别为OV和2. 4V。所述A/D采集电路选用MAX144芯片，数据处理及IXD显示模块分别选用单片机 AT89S52芯片和1602LCD控制器。本实用新型的有益效果在于本实用新型高精度便携式数字水平仪，性价比高，适合便携式应用；采用稳压芯片对激励源进行稳压，可以提高激励源精度减少由于激励源波动带来的误差；采用软件调零方式可以简化电路并且可以减少人为操作误差；采用数字地与模拟地隔离技术增强系统抗干扰能力。
图1为本实用新型高精度便携式数字水平仪的系统原理图；[0011]图2为本实用新型高精度便携式数字水平仪的激励源电路原理图；图3为本实用新型高精度便携式数字水平仪的精密整流与平滑滤波电路原理图；图4为本实用新型高精度便携式数字水平仪的放大调理电路原理图；图5为本实用新型高精度便携式数字水平仪的A/D转换电路原理图；图6为本实用新型高精度便携式数字水平仪的数据采集及LCD显示电路原理图。
具体实施方式
如图1所示高精度便携式数字水平仪的系统原理图，包括4KHZ方波激励源、精密整流滤波、信号调理、A/D采集、数据处理及IXD显示模块。由555定时器产生双极性方波， 经过1. 2V稳压产生Vp-p=2. 4V的双极性对称方波激励源。将传感器四个电极和公共端与 4个等值基值电阻构成两个差动电桥。从桥臂引出4路方波信号，对其精密整流和平滑滤波。将整流滤波后的信号以差分方式接入仪表放大器AD620放大调理。对放大调理的信号用MAX144进行A/D转换。通过AT89S52对A/D转换后的信号采集并处理最终发送到IXD 进行显示。如图2所示高精度便携式数字水平仪的激励源电路原理图，由555定时芯片双电源模式下和等值电阻Rl、R2以及整流二极管构成间接无反馈无稳状态电路，产生双极性频率为f=1.44/[(Rl+R2)*C2]的方波信号。此信号通过Radjl和Ul、U2、D3、D4、R3、R4组成的网络可以，将信号稳定为Vp-p=2. 4V双极性对称方波信号。如图3所示高精度便携式数字水平仪的精密整流和平滑滤波电路原理图，该精密整流电路由两个整流二极管以及三个反馈电阻构成增益为1/2的精密整流电路。精密整流输出后接RlO和C2并联的平滑滤波电路，其参数满足RL*C2>= (3_5)T/2。根据实验，本设计中取RL=10K，C2=47uF，得到很好的实验效果。如图4所示，将精密整流后的信号接入AD620，在仪表放大器参考端接1. 2V电压基准，通过调整增益电阻Rp3和Rp4，使两路输出信号在正反向偏转最大时，输出电压分别为 OV和2. 4V，以便后续电路采集处理。如图5所示，将放大调理后的信号送MAX144的CHO和CHl端，将MAX144的SCLK、 DOUT、CS端分别与单片机AT89S52的Pl. 1、Pl. 2、Pl. 3引脚连接。单片机对这三个引脚进行准确编程就可以将A/D转换结果读入单片机。单片机读入转换结果后，根据传感器对数据进行软件调零处理并根据测试需求进行量程转换得到准确的结果。数据处理后需要将结果显示在IXD上，其实现电路如图6所示，单片机的P3. 5、P3. 6、P3. 7分别与1602IXD控制
器的RS、RfW、E端连接，单片机发
送相应的指令时序控制IXD的显示。单片机的PO 口与IXD的DB0-DB7相连接用来传输要
显示的数据。控制器接口信号说明见下表
权利要求1.一种高精度便携式数字水平仪，其特征在于，包括方波激励源电路、精密整流滤波电路、信号调理电路、A/D采集电路、数据处理及LCD显示模块，方波激励源电路产生双极性方波输出，将传感器四个电极和公共端与4个等值基值电阻构成两个差动电桥，从桥臂引出4 路方波信号，经过精密整流滤波电路对其精密整流和平滑滤波，将整流滤波后的信号以差分方式接入信号调理电路进行放大调理，调理输出信号进入A/D采集电路进行A/D转换， 通过数据处理及LCD显示模块对A/D转换后的信号进行采集并处理最终发送到LCD进行显示。
2.根据权利要求1所述高精度便携式数字水平仪，其特征在于，所述方波激励源电路选用555定时芯片，555定时芯片在双电源模式下和两个等值电阻以及两个整流二极管构成间接无反馈无稳状态电路，产生双极性方波信号，双极性方波信号通过可调电阻后，再经过由双稳压管、双整流二极管、两个电阻组成的网络电路，输出为Vp-p=2. 4V双极性对称方波信号。
3.根据权利要求1所述高精度便携式数字水平仪，其特征在于，所述精密整流滤波电路包括由两个整流二极管以及三个反馈电阻构成增益为1/2的精密整流电路和精密整流输出后接电阻和电容并联的平滑滤波电路。
4.根据权利要求1所述高精度便携式数字水平仪，其特征在于，所述信号调理电路选用两个放大器AD620，精密整流滤波电路输出4路方波信号分别接入两个放大器AD620，在放大器AD620参考端接1. 2V电压基准，增益电阻为可调电阻，两路输出信号在正反向偏转最大时，输出电压分别为OV和2. 4V。
5.根据权利要求1所述高精度便携式数字水平仪，其特征在于，所述A/D采集电路选用 MAX144芯片，数据处理及IXD显示模块分别选用单片机AT89S52芯片和1602IXD控制器。
专利摘要本实用新型涉及一种高精度便携式数字水平仪，方波激励源电路产生双极性方波输出，将传感器四个电极和公共端与4个等值基值电阻构成两个差动电桥，从桥臂引出4路方波信号，经过精密整流滤波电路对其精密整流和平滑滤波，将整流滤波后的信号以差分方式接入信号调理电路进行放大调理，调理输出信号进入A/D采集电路进行A/D转换，通过数据处理及LCD显示模块对A/D转换后的信号进行采集并处理最终发送到LCD进行显示。此便携式数字水平仪精度高，性价比高，适合便携式应用；采用稳压芯片对激励源进行稳压，可以提高激励源精度减少由于激励源波动带来的误差；采用数字地与模拟地隔离技术增强系统抗干扰能力。
文档编号G01C9/04GK201983788SQ20112002669
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者卫敏, 周夫之, 孙玉国, 杨丽英, 郑玉涛, 陈耀闯 申请人:上海理工大学