专利名称：一种基于ProfiBus总线的智能倾斜仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量技术领域，涉及一种智能倾斜仪，尤其涉及一种基于ProfiBus总线的智能倾斜仪。
背景技术：
数字化倾斜仪是用来测量物体随时间的倾斜变化及铅垂线随时间变化的仪器，将非电量的角度信号转换为数字信号或以通讯协议方式的输出方式，智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口 是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS485解决了这个问题，但RS485等标准传输方式只是规定了电气上的接口标准以及传输方式等，协议又有厂家的不同而开发的，在大规模组网及工业传感器拓扑网络集成性方面存在兼容性的问题。现有的基于现场总线的数字化倾斜仪，现场总线模块一般被外置在传感器外部，用于传感器信号的现场总线的数据传输；它们分别独立的。这在工业现场环境下使用带来较大的不便。对于现有基于重力加速度原理的倾斜仪的通讯协议、拓扑网络的可靠性、兼容性已满足不了测量的要求。将现场总线模块与倾斜仪创新地结合在一起，减少使用者的负担，增加系统的集成度、兼容性、可靠性，在有些应用场所，如大坝监测、平面度测量等测量领域具有明显的技术优势和应用价值。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，利用现场总线通讯模块现场工业总线的方式，解决现有基本通讯协议传输带来的不便，使工业传感器组网传输的优势发挥最大。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，所述智能倾斜仪包括倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、ProfiBus模块；倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度；滤波单元与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的、经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内做数字信号滤波，真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换；数显分度转台与所述处理器连接，用以对传倾角感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿；ProfiBus模块与所述处理器连接,用以提供ProfiBus现场总线传输方式，将倾斜仪测量的角度信息以ProfiBus现场总线的方式传输至接收终端；电源系统，与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台连接，用以提供电源。作为本实用新型的一种优选方案，所述滤波单元为硬件滤波单元，用以对倾角传感器输出的模拟信号带宽内滤波。 作为本实用新型的一种优选方案，所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂做补偿。作为本实用新型的一种优选方案，所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的灵敏度温漂做补偿。作为本实用新型的一种优选方案，所述处理器为内置24bit模数转化单元AD的MCU。作为本实用新型的一种优选方案，所述ProfiBus模块为内置模块，通过数字串行接口与MCU连接；ProfiBus模块包括ProfiBus协议处理单元、ProfiBus接口。本实用新型的有益效果在于本实用新型提出的基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，可提供横滚、俯仰姿态角度，利用以现场总线模块传输的方式，解决现有传输协议带来的不便，同时提供节点管理，使现场工业总线的优势发挥最大。此外，本实用新型数字倾斜仪内部软件集成了自标定算法，能够在外部简单的操作实现数字倾斜仪本身数字自动标定。
图I为本实用新型数字化智能倾斜仪的组成示意图。图2为本实用新型倾斜仪测量方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。实施例一本实用新型揭示了一种基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，所述智能倾斜仪包括倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、ProfiBus模块。倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度；滤波单元与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波。处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的、经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内做数字信号滤波，真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换。数显分度转台与所述处理器连接，用以对传倾角感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿。ProfiBus模块与所述处理器连接，用以提供ProfiBus现场总线传输方式，将倾斜仪测量的角度信息以PR0FIBUS现场总线的方式传输至接收终端。电源系统，与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台连接，用以提供电源。请参阅图I，本实施例中，所述倾斜仪包括核心高精度MEMS倾角传感器I、硬件滤波单元2、电源系统3、内置24Bit模数转化单元AD的MCU4、ProfiBus模块5。所述MCU4连接硬件滤波单元2、内置电池电源系统3、数显分度转台、现场总线模块5，所述电源系统3连接倾角传感器I、硬件滤波单元2、数显分度转台、ProfiBus模块5,所述ProfiBus模块5连接MCU4。核心高精度MEMS倾角传感器I可以提供很高的角度分辨率 ，通过硬件滤波2对高精度MEMS倾角传感器I输出模拟信号带宽内滤波，内置24BUAD的MCU对核心高精度MEMS倾角传感器I输出的模拟信号进行高精度模数转换，在MCU内部软件内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息。ProfiBus模块5获取倾斜仪的横滚、俯仰姿态信息，以现场总线的方式传输。内置24bit AD的MCU4会对数字处理后信号进行角度转换，然后会利用外部高精度的数显分度转台对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试。内置24bit AD的MCU4利用内部最小二乘法算法对在线测试数据运算，计算出合适的线性标定系数，并存储于MCU内部开辟的Flash Data存储空间。每一次测量后，内置24bit AD的MCU4利用事先计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿，达到提高倾角测量的线性度的目的。所述处理器的线性补偿方法包括对一组标准值&1，a2, a3，. . .，ak，和对应该组标准值的实际测量所得一组值b” b2, b3，. . .，bk，根据两组值拟合出一个多项式ai = F(bi)，i=I. . . k,即 f = ko+kiC+^^+kgC3+. . . +kmCm, k0, k” k2, k3,. . .，km 为多项式系数，C =a” a2, a3, · · ·，ak;利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数k0, k” k2, k3,. . .，km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该多项式对采集的数据进行多项式计算，即数据补偿。如图I所示，所述电源系统3给所述倾角传感器I、滤波单元2、处理器、ProfiBus模块5供电。此外，所述数字化智能倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂和灵敏度温漂做补偿。利用外部设备高低温实验箱对核心高精度MEMS倾角传感器I作温度补偿测试(灵敏度温漂、零点温漂)，内置24bitMCU4利用内部最小二乘法算法对在线对测试数据处理、运算，计算出温度补偿系数，并存储于内部开辟的存储空间内，以后每-次测量数据输出都会被温度补偿系数修正，能够很好地降低温度对传感器的影响。零点温漂补偿方法包括对倾斜仪的零点输出做温度试验，测量出倾斜仪的零点输出受温度影响的变化，利用最小二乘法拟合出零点输出与温度变化之间的多项式关系式，Z = Z(T)，即 Z(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+. · · +kmTm，其中，k0，k” k2, k3,m 为多项式系数；利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数1 , k1； k2, k3,..., km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该关系式对零点输出做补偿。灵敏度温漂补偿方法包括对倾斜仪的灵敏度做温度试验，测量出倾斜仪的灵敏度受温度影响的变化，利用最小二乘法拟合出灵敏度与温度变化之间的多项式关系式，S=S(T)，即 S(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+. · · +kmTm，其中，k0, k” k2, k3，· · ·，km 为多项式系数；利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数1 , k1； k2, k3,..., km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该关系式对灵敏度做补偿。[0036]上述三个补偿步骤使用了最小二乘法；三个补偿步骤中，多项式的系数k0, k1； k2, k3,. . . , kn根据实际情况计算,在三个补偿步骤中多项式的系数Iici, k1； k2, k3；.m.并不要求相等。以上介绍了本实用新型数字化智能倾斜仪的组成，本实用新型在揭示上述数字化智能倾斜仪的同时，还揭示一种上述数字化智能倾斜仪的测量方法；请参阅图2，所述测量方法包括如下步骤步骤SI倾角传感器提供高分辨率的倾斜角度，滤波单元对倾角传感器输出的模拟信号滤波；步骤S2处理器对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息；步骤S3处理器对数字处理后的信号进行角度转换，利用外部高精度的数显分度 转台对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，所述处理器利用最小二乘法算法对在线测试数据运算，计算出合适的线性标定系数，并存储于处理器内的存储空间；步骤S4每一次测量后，处理器利用事先计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿，达到提高倾角测量的线性度的目的。步骤S5每一次测量后，现场总线模块获取倾斜仪横滚、俯仰等姿态信息，并以ProfiBus现场总线方式传输，以达到工业现场总线传输的目的。综上所述，本实用新型提出的基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，可提供横滚、俯仰姿态角度，利用现场总线模块以高效的协议传输的方式，解决现有通讯方式带来的不便，同时提供节点管理，使现场总线的优势发挥最大。本实用新型数字化智能倾斜仪硬性好、不易变形、耐高低温、密封性好。此外，本实用新型数字倾斜仪内部软件集成了自标定算法，能够在外部简单的操作实现数字倾斜仪本身数字自动标定。这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求1.一种基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，其特征在于，所述智能倾斜仪包括 倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、ProfiBus模块； 倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度； 滤波单元与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的、经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内做数字信号滤波，真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换； 数显分度转台与所述处理器连接，用以对传倾角感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进ー步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿； ProfiBus模块与所述处理器连接,用以提供ProfiBus现场总线传输方式，将倾斜仪测量的角度信息以ProfiBus现场总线的方式传输至接收终端； 电源系统，与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台连接，用以提供电源。
2.根据权利要求1所述的基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，其特征在于 所述滤波单元为硬件滤波单元，用以对倾角传感器输出的模拟信号带宽内滤波。
3.根据权利要求1所述的基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，其特征在于 所述倾斜仪进一歩包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂做补偿。
4.根据权利要求1所述的基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，其特征在于 所述倾斜仪进一歩包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的灵敏度温漂做补偿。
5.根据权利要求1所述的基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，其特征在于 所述处理器为内置24bit模数转化単元AD的MCU。
6.根据权利要求5所述的基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，其特征在于 所述ProfiBus模块为内置模块，通过数字串行接ロ与MCU连接；ProfiBus模块包括ProfiBus协议处理单兀、ProfiBus接ロ。
专利摘要本实用新型揭示了一种基于ProfiBus总线的智能倾斜仪，包括倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、ProfiBus模块。滤波单元用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；处理器用以对倾角传感器输出的、经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内做数字信号滤波，并对数字处理后的信号进行角度转换；数显分度转台用以对传倾角感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；ProfiBus模块用以提供ProfiBus现场总线传输方式，将倾斜仪测量的角度信息以ProfiBus现场总线的方式传输至接收终端。本实用新型可提供横滚、俯仰姿态角度，利用以现场总线模块传输的方式，解决现有传输协议带来的不便，同时提供节点管理，使现场工业总线的优势发挥最大。
文档编号G01C9/00GK202757613SQ20122042591
公开日2013年2月27日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者高成, 张峰 申请人:上海辉格科技发展有限公司