基于PIC单片机的倾角传感器的设计

介绍倾角传感器的工作原理，对PIC16C72与倾角传感器的硬件接口电路及其软件进行了设计，并且该设计已经由实验得到验证。

关键词：PIC16C72；单片机；倾角传感器

0  前  言

设计中的倾角传感器是新型变质面积电容式倾角传感器，该倾角传感器技术是为数不多的、能够兼有结构简单、可靠性高、有通用传感器集成电路等优点的倾角传感器技术之一。在测绘仪器仪表、建筑机械、天线定位、机器人技术、坦克和舰船火炮平台控制、飞机姿态、汽车电子控制、石油勘探、海上平台监控等方面有广泛应用。

图1  倾角传感器原理图

1  倾角传感器的工作原理

倾角传感器的电路原理如图1所示。

检测电路由比较器A1、A2、双稳态触发器及电容充放电回路组成。C1、C2为可变介质面积电容式倾角传感器，其容量大小与倾角变化成比例。双稳态触发器的两个输出端A、B作为差动脉冲宽度调制电路的输出。设电源接通时，触发器的A端为高电位，B端为低电位，因此A点通过R1对C1充电，直至M点的电位等于参考电压Uf时，比较器A1产生一脉冲，触发器翻转，则A点呈低电位，B点呈高电位。此时M点电位经二级管D1迅速放电至零，而同时B点的高电位经R2向C2充电，当N点电位等于Uf时，比较器A2产生一脉冲，使触发器又翻转一次，则A点呈高电位，B点呈低电位，重复上述过程。如此周而复始，在双稳(a)(b) 态触发器的两输出端各自产生一宽度受C1、C2调制的方波脉冲。

当C1=C2时，线路上各点电压波形如图2（a）所示，A、B两点间平均电压为零。当C1≠C2时，C1和C2充放电时间常数不同，电压波形如图2（b）所示，A、B两点间平均电压不再是零。

输出直流电压USC由A、B两点间电压经低通滤波后获得，等于A、B两点间电压平均值UAP和UBP之差。

式中U1——触发器输出高电平。

设充电电阻R1=R2=R，则得

图5  主程序            图6  A/D转换子程序

4  实验结果

按上述倾角测量原理及电路，我们制作了实际倾角测量装置，在实际转角测试平台上进行了测量实验，图7 为倾角实际测量曲线。其中，实线表示倾角传感器从-90°逐渐增大到+90°时的测量曲线，虚线表示从刚才的+90°逐渐返回到-90°的测量曲线。从图中可以看出，我们设计及制作的倾角传感器能够实现-90°－+90°之间的倾角测量，且具有较好的线性度，但测量存在一定的回差，这主要是由于传感器中介质的性能造成的。而且，若介质对温度变化敏感，则传感器的测量精度也要随之受温度影响。下一步的工作将寻求稳定的电容介质，提高传感器的测量精度。

图7  倾角实际测量曲线

参考文献:

［1］ 窦振中.PIC系列单片机原理和程序设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2000.

［2］ 王有绪.PIC系列单片机接口技术与应用系统设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2001.

［3］ 何信龙，李雪银.PIC16C7X入门与应用范例［M］.北京：清华大学出版社，2002.

［4］ 彭树生.PIC单片机原理及应用［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［5］ 王化祥，张淑英.传感器原理及应用［M］.天津：天津大学出版社，1997