一种数字式双轴倾角传感器的制造方法
【专利摘要】一种数字式双轴倾角传感器，包括芯片，单片机，CAN总线接口；所述芯片内置MEMS加速度计、温度传感器、A/D转换单元、EEPROM存储器及SPI接口电路；芯片连接单片机，所述单片机连接RS-485通讯模块、CAN总线接口；所述MEMS加速度计采集模拟倾斜信号，经过内置的EEPROM存储器缓存和温度调校处理后，再由A/D转换单元将采集的模拟倾斜信号转换为AD值后，由SPI接口电路输出到单片机；所述单片机读取芯片中的AD值及温度传感器的温度信息，在MEMS加速度计自矫正的基础上，对数据进行二次温漂线性矫正。本发明的电路集成度高抗干扰能力强、通讯方式灵活，提高了仪表控制系统通信的实时性、可靠性和灵活性。
【专利说明】一种数字式双轴倾角传感器
【技术领域】
[0001] 本发明一种数字式双轴倾角传感器，涉及仪器仪表领域。
【背景技术】
[0002] 在倾角传感器倾斜数据输出方式的设计上，通常采用的通讯接口形式为RS-485。 该种模式的倾角传感器是利用MEMS技术，将MEMS加速度计芯片采集处理的倾斜数据加以 解析后，再由RS-485传输给RS-485基于R线构建成仪器仪表的分布式控制系统。但RS-485 只有电气协议，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，所以这种倾角传感器构成的控制 系统的实时性、可靠性较差。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种数字式双轴倾角传感器，高精度、实时性 强、可靠性高，能灵活应用在有角度信号采集要求的产品上。
[0004] 本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：一种数字式双轴倾角传感 器，包括芯片，单片机，CAN接口；所述芯片连接单片机，芯片内置MEMS加速度计、温度传感 器、A/D转换单元、EEPR0M存储器及SPI接口电路；所述MEMS加速度计采集模拟倾斜信号， 经过内置的EEPR0M存储器缓存和温度调校处理后，再由A/D转换单元将采集的模拟倾斜信 号转换为AD值后，由SPI接口电路输出到单片机；所述单片机连接RS-485通讯模块、CAN 总线接口；单片机读取芯片中的AD值及温度传感器的温度信息，在MEMS加速度计温漂自矫 正的基础上，对数据进行二次温漂线性矫正，并对倾角传感器的运行进行综合控制； 所述CAN接口采用CAN总线通讯协议，将单片机综合处理后的倾角传感器的倾斜数据 输出。
[0005] 所述CAN总线接口采用B⑶码形式输出。所述RS-485通讯模块采用M0DBUS-RTU 模式进行通信。
[0006] 所述单片机连接硬件看门狗。
[0007] 该倾角传感器设有通讯指示灯，该倾角传感器的电路主板设有密封胶，对所述电 路主板沁胶处理，该倾角传感器的设有铸铝外壳。
[0008] 本发明一种数字式双轴倾角传感器，在利用MEMS技术和RS-485通讯方式的基础 上增加了 CAN总线和二次温漂线性矫正。CAN协议采用通信数据编码，网络中的各节点都可 根据总线访问优先权，采用无损结构逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据。这种通讯方式 能有效支持分布式控制或实时控制的仪器仪表的串行通信网络，较之目前的RS-485方式， 可以极大的提高系统通信的实时性、可靠性和灵活性。此外，其独特的接口设计和完善的通 信协议，还可避免RS-485通讯网络中节点损坏总线"锁死"等故障现象，从而降低仪器仪表 控制系统的开发难度缩短开发周期。
[0009] 本发明一种数字式双轴倾角传感器，其电路集成度高抗干扰能力强、通讯方式灵 活，增强了仪表控制系统获取的角度信号的稳定性，提高了仪表控制系统通信的实时性、可 靠性和灵活性，降低了仪表控制系统的开发难度，具有较明显的应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明： 图1是本发明传感器结构模块连接示意图。
【具体实施方式】
[0011] 如图1所示，一种数字式双轴倾角传感器，包括芯片1，单片机2, CAN接口 3 ;所述 芯片1连接单片机2,芯片1内置MEMS加速度计、温度传感器、A/D转换单元、EEPR0M存储 器及SPI接口电路；所述MEMS加速度计采集模拟倾斜信号，经过内置的EEPR0M存储器缓存 和温度调校处理后，再由A/D转换单元将采集的模拟倾斜信号转换为AD值后，由SPI接口 电路输出到单片机2 ;所述单片机2连接RS-485通讯模块4、CAN总线接口 3 ;单片机2读 取芯片1中的AD值及温度传感器的温度信息，在MEMS加速度计温漂自矫正的基础上，对数 据进行二次温漂线性矫正，并对倾角传感器的运行进行综合控制；所述CAN接口 3用CAN总 线通讯协议，将单片机2综合处理后的倾角传感器的倾斜数据输出。
[0012] 本发明一种数字式双轴倾角传感器，硬件部分采用高集成度电路设计，抗干扰能 力强，详述如下： 方案设计部分： 本发明一种数字式双轴倾角传感器采用MEMS加速度计，单片机2, RS485/CAN双通讯接 口，外围电路模式。 1)、芯片1内置MEMS加速度计、温度传感器、A/D转换单元、EEPR0M存储器5及SPI接 口电路。由MEMS加速度计采集倾斜信号，经过内置的EEPR0M存储器5缓存和温度调校处 理后，再由A/D转换单元将采集的模拟的倾斜信号转换为AD值后，由SPI接口电路输出到 单片机2。倾斜数据精度高，响应快、动态响应能力强。
[0013] 2)、单片机2为STM32型单片机，作为倾角传感器的中央处理器，对整个倾角传感 器的运行进行处理和控制。读取芯片1中的倾斜AD值及芯片1中的内置温度传感器的温 度信息，在MEMS加速度计温漂自矫正的基础上，对倾斜数据进行二次温漂线性矫正，使倾 角传感器具有良好的温度稳定性。
[0014] 3)、CAN总线接口 3采用完善的CAN总线通讯协议，将单片机2处理后的倾角传感 器的倾斜数据输出。
[0015] 4)、RS-485通讯模块4采用RS-485芯片和MODBUS协议，将单片机2处理后的倾 角传感器的倾斜数据输出。
[0016] 5)、硬件看门狗7 :增加了倾角传感器的可靠性和稳定性。
[0017] 6 )、通讯指示灯5能直观的指示、检测程序运行情况。
[0018] 7)、EEPR0M存储器6作为单片机2的缓存器，保证数据处理的冗余量，增强了倾角 传感器数据处理的稳定性。
[0019] 软件部分： 1 )、CAN总线接口 3 :采用自定义协议，数据采用B⑶码型式输出，完全满足Can2. 0A和 Can2. 0B协议接口标准。
[0020] CAN协议采用通信数据编码，网络中的各节点都可根据总线访问优先权，采用无损 结构逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，能有效支持分布式控制或实时控制的仪器仪表 的串行通信网络。
[0021] 2)、RS-485通讯模块4 :采用M0DBUS-RTU模式进行通信。默认协议格式为：8个数 据位、1停止位、无校验，发送接收数据都是以十六进制格式进行，默认波特率为9600bps， 修改波特率和地址需重新上电或复位后生效。
[0022] 3)、倾斜处理算法：对MEMS加速度计芯片输出的AD值，先进行迭代、限幅、平均等 滤波后，再进行算法处理计算出倾斜数据。
[0023] 4)二次温漂矫正：根据芯片1中内置的温度传感器获得其实际工作温度，并依此 对MEMS加速度计芯片输出的AD值，在软件中进行二次温漂线性矫正，进一步保证倾斜数据 的线性度。
[0024] 外型部分： 1 )、采用密封胶工艺，对倾角传感器的电路主板采取沁胶处理，使电路主板完全隔离空 气，将倾角传感器的防护等级直接提高到IP68。
[0025] 2)、采用铸铝外壳，使倾角传感器具有较强的抗干扰和抗腐蚀能力，经一步保证了 倾角传感器的稳定性和使用寿命。
【权利要求】
1. 一种数字式双轴倾角传感器，包括芯片（1)，单片机（2)，CAN接口（3); 所述芯片（1)连接单片机（2)，其特征在于，芯片（1)内置MEMS加速度计、温度传感器、 A/D转换单元、EEPROM存储器及SPI接口电路；所述MEMS加速度计采集模拟倾斜信号，经过 内置的EEPROM存储器缓存和温度调校处理后，再由A/D转换单元将采集的模拟倾斜信号转 换为AD值后，由SPI接口电路输出到单片机（2); 所述单片机（2)连接RS-485通讯模块（4)、CAN总线接口（3);单片机（2)读取芯片（1) 中的AD值及温度传感器的温度信息，在MEMS加速度计温漂自矫正的基础上，对数据进行二 次温漂线性矫正，并对倾角传感器的运行进行综合控制； 所述CAN接口（ 3 )采用CAN总线通讯协议，将单片机（2 )处理后的倾角传感器的倾斜数 据输出。
2. 根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器，其特征在于，所述CAN总线接口 (3)采用B⑶码形式输出。
3. 根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器，其特征在于，所述RS-485通讯模 块（4)采用MODBUS-RTU模式进行通信。
4. 根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器，其特征在于，所述单片机（2)连接 硬件看门狗（7)。
5. 根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器，其特征在于，该倾角传感器设有 通讯指示灯（5)。
6. 根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器，其特征在于，该倾角传感器的电 路主板设有密封胶，对所述电路主板沁胶处理。
7. 根据权利要求1所述一种数字式双轴倾角传感器，其特征在于，该倾角传感器的设 有铸铝外壳。
【文档编号】G01C9/00GK104142140SQ201310358240
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年8月17日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】余庆春, 赵俊 申请人:宜昌市凯诺科技开发有限公司