现代传感器技术及其应用(角度传感器)

1、现代传感器技术及其应用（角度传感器）项目 帆板控制系统设计与制作 设计并制作一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变帆板转角，如图 1 所示。 项目要求 1、基本要求 （1）用手转动帆板时，能够数字显示帆板的转角。显示范围为060，分辨力为 2，绝对误差5。 （2）当间距 d=10cm 时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角能够在 060范围内变化，并要求实时显示。 （3）当间距 d=10cm 时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角稳定在 455范围内。要求控制过程在10 秒内完成，实时显示，并由声光提示，以便进行测试。 项目要求 2、发挥部分 （1） 当间距 d=10c

2、m 时，通过键盘设定帆板转角，其范围为 060。要求在 5 秒内达到设定值，并实时显示。最大误差的绝对值不超过5。 （2） 间距 d 在 715cm 范围内任意选择，通过键盘设定帆板转角，范围为060。要求在 5 秒内达到设定值，并实时显示。最大误差的绝对值不超过 5。 （3） 其他。任务分析任务分析：关键点？：关键点？（1 1）输入和输出端的确定：采用哪些）输入和输出端的确定：采用哪些I/OI/O分配给输入输出端？分配给输入输出端？（2 2）按钮按下的输入信号应从哪个端口输入？）按钮按下的输入信号应从哪个端口输入？（3 3）用什么方法可以角度信息反馈给单片机？）用什么方法可以角度信息反馈给单

3、片机？（4 4）用什么方法可以实现基本要求？）用什么方法可以实现基本要求？（5 5）用什么方法可以实现发挥部分要求？用什么方法可以实现发挥部分要求？角度传感器 SCA60C角度检测 采用SCA60C检测帆板的倾斜角度。SCA60C是一款低成本单轴倾角(加速度)传感器，可以测量垂直Z轴方向的加速度值，测量范围1g，其模拟输出特性如图 所示。 SCA60C模拟输出特性 输出电压与角度转换 可以根据下面的公式将传感器输出电压转换成倾斜角度： 其中,Offset 是帆板加速度为0 g位置时的电压输出(通常为2. 5 V) ,Sensitivity 是设备的灵敏度(通常为2 V/ g) 。为了取得更好的

4、精确度，应用中可以将实际输出值代替通常值。输出电压与角度转换表输出电压与角度转换图 如图所示， 角度传感器SCA60C的 “输出电压”与“测量角度”关系曲线明显不成线性关系，实际电路制作调试中也深有体会，即转轴的输出角度总是无法修正。后来我们才找到了它的关系特性资料，在C51程序中直接使用该反正弦函数处理速度慢，于是我们根据该公式拟合出了比较接近的分段函数，以下是具体算法。角度（）输出电压（V）相邻角度输出电压差值02.500 12.535 (0.035)22.570 (0.035)32.605 (0.035)42.640 (0.035)52.674 (0.034)62.709 (0.035)

5、72.744 (0.035)82.778 (0.034)92.813 (0.035)102.847 (0.034)112.882 (0.035)122.916 (0.034)132.950 (0.034)142.984 (0.034)153.018 (0.034)163.051 (0.033)173.085 (0.034)333.589 (0.029)343.618 (0.029)353.647 (0.029)363.676 (0.029)373.704 (0.028)383.731 (0.027)393.759 (0.028)403.786 (0.027)413.812 (0.026)423

6、.838 (0.026)433.864 (0.026)443.889 (0.025)453.914 (0.025)183.118 (0.033)193.151 (0.033)203.184 (0.033)213.217 (0.033)223.249 (0.032)233.281 (0.032)243.313 (0.032)253.345 (0.032) 263.377 (0.032)273.408 (0.031)283.439 (0.031)293.470 (0.031)303.500 (0.030)313.530 (0.030)323.560 (0.030)463.939 (0.025)47

7、3.963 (0.024)483.986 (0.023)494.009 (0.023)504.032 (0.023)514.054 (0.022)524.076 (0.022)534.097 (0.021)544.118 (0.021)554.138 (0.020)564.158 (0.020)574.177 (0.019)584.196 (0.019)594.214 (0.018)604.232 (0.018)拟合公式 列表分析比较相邻项电压差值将表格划分为6个连续的区间，然后再分别拟合其公式，如下： (Vout3.135) angel=(Vout-2.5)/0.034; (3.135 Vo

8、ut 3.574) angel=(Vout-3.135)/0.032+18; (3.574 Vout 3.876) angel=(Vout-3.574)/0.028+33; (3.876 Vout 4.043) angel=(Vout-3.876)/0.025+44; (4.043 Vout 4.168) angel=(Vout-4.044)/0.021+51; (4.168 Vout 4.241) angel=(Vout-4.168)/0.019+57; (4.232 Vout 4.5) angel=60+(v-4.232)*112;引脚定义角度传感器SCA60C检测电路如图所示，引脚4接地

9、，引脚8接5V，引脚4和8之间用电容隔离，电容值不小于47nF，这里取47nF，7引脚是电压输出端，传感器SCA60C在水平位置时，V0端输出2.5V，在-90时电压输出0.5V，在+90时电压输出4.5V。总体设计总体设计 本系统以STC89C51单片机为控制芯片，采用L293D驱动直流电机。根据角度传感器的反馈信号，经A/D转换之后输入给单片机，通过PWM方式，调节脉冲宽度，从而调控直流电机的转速，实现风扇转速的控制，从而调节风力大小，改变帆板转角，该转角可以通过数码管实时显示。帆板控制系统总体设计方案如图所示。风扇控制算法使用闭环控制，把转轴的实际所在位置经角度传感器检测后反馈给单片机处

10、理，经过与设定值比较之后再输出修正量，如此循环。电源 采用稳压电源供电，输出电压12V。经过降压稳压器7805输出5V电压，如图所示，其中5V电压供给控制电路，12V供给L293D驱动直流电机。 稳压电路声光提示声光提示 通过单片机P3.5口电平的高低，控制9014通断，实现声光报警系统。角度传感器电路模数转换电路驱动电路数码管显示 单片机控制模块软件系统设计 帆板控制系统试验与测试表1 显示转角与实测转角显示转角2 30 45 60实测转角0 30 45 62表2显示转角与实测转角（单位：度）设定角度102030 405060实际到达角度132030 404856表3 显示转角与实测转角（单位：度）设定角度1020 30 40 5060实际到达角度1221 30384857结论 1、分辨率为2，显示范围为060