一維電經(jīng)全站補(bǔ)償器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

賀小勇 陳 丁

(1.西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 光電信息系，陜西 西安710032；2.西安黃河機(jī)電有限公司 設(shè)計(jì)研究所，陜西 西安710043)

0 前言

全站儀是一種集光機(jī)電化的新型測(cè)角儀器，具有水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器系統(tǒng)廣泛地適用于各種測(cè)繪作業(yè)中。將光學(xué)經(jīng)緯儀人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)代之以自動(dòng)記錄和顯示讀數(shù)，且可避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生，其水平角的高精度測(cè)量功能是通過(guò)一維電經(jīng)全站補(bǔ)償器與其配套驅(qū)動(dòng)電路工作實(shí)現(xiàn)的。水平傳感器屬于角度傳感器的一種，其作用就是測(cè)量載體的水平度，又叫傾角傳感器，工程上常叫水平儀或傾角儀。雙軸水平傳感器可以同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向的水平角度(即俯仰角和橫滾角)，因此可以定出整個(gè)被測(cè)面的水平度。它是是通過(guò)測(cè)量靜態(tài)重力加速度變化，轉(zhuǎn)換成傾角變化。測(cè)量的傾斜角度可以在液晶上顯示為角度。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)的硬件部分主要有一維電經(jīng)全站補(bǔ)償器和51單片機(jī)為核心的補(bǔ)償器驅(qū)動(dòng)板組成兩部分組成。

1.1 一維電經(jīng)全站補(bǔ)償器工作原理及使用方法

一維電經(jīng)全站補(bǔ)償器內(nèi)部由一維電子水平和控制電路組成。當(dāng)電子水平發(fā)生傾斜時(shí)，水平兩端電阻不相等造成兩端的電壓差，然后通過(guò)控制電路中的壓控振蕩器將電壓差轉(zhuǎn)換為頻率值。在測(cè)量角度為-6′至+6′的線(xiàn)性范圍內(nèi)，頻率值與電子水平傾斜角度成正比。因此將一維電經(jīng)全站補(bǔ)償器輸出出的信號(hào)輸入到驅(qū)動(dòng)電路中，通單片機(jī)對(duì)頻率值采樣處理。最終將所測(cè)得頻率轉(zhuǎn)換為角度顯示在數(shù)碼管上。一維電經(jīng)全站補(bǔ)償器工作布置如下：

角度校準(zhǔn)：（1）將傳感器調(diào)平或者置于某基準(zhǔn)面此時(shí)FLout=FRout（或基本相等）；（2）將傳感器置于其最大測(cè)量?jī)A角（+A°和-A°,正負(fù)自定義）。則Fdata=|FLout-FROUT|;(3)單位頻率對(duì)應(yīng)角度：At=A/Fdutu（環(huán)境溫度變換劇烈，必須重新校準(zhǔn)）

角度測(cè)量：當(dāng)再測(cè)范圍U內(nèi)測(cè)得某個(gè)角度An，讀取頻率值FLOUt和FRout后An=（FLout-FRout）×At可根據(jù)符號(hào)正負(fù)判斷傾斜方向。（表1為補(bǔ)償器接口定義）

表1一維水平傳感器接口定義

1.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

硬件平臺(tái)為普中科技HC6800—EM3 V2.2所應(yīng)用的單片機(jī)為stc90c51。Stc90c51系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超高速/低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，具有如下特性：64K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ：1280 Bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）：32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口：4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，8 個(gè)中斷源：3個(gè)16位可編程定時(shí)器T/計(jì)數(shù)器：2個(gè)全雙工串行通信口：看門(mén)狗（WDT）電路：片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路：與 8051兼容：全靜態(tài)工作：0-80MHZ：可編程串行通道：低功耗的閑置和掉電模式

圖1 一維電經(jīng)全站補(bǔ)償器實(shí)物圖與單片機(jī)開(kāi)發(fā)板

1.3 軟件部分的設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路的單片機(jī)主要解決是對(duì)補(bǔ)償器輸出頻率值進(jìn)行精確測(cè)量,采用單片機(jī)設(shè)計(jì)中最常用的C語(yǔ)言進(jìn)行編程。

主要程序：

void main()

{

while(1)

{

if(TR0==0) //當(dāng)計(jì)數(shù)器停下的時(shí)候，表明計(jì)數(shù)完畢

{

if(SET==1)

{

Flout=Flout+TL1; //讀取TL的值

Flout=Flout+(TH1*256);//讀取TH的值

SET=0;

}

if(SET==0)

{

Frout=Frout+TL1; //讀取TL的值

Frout=Frout+(TH1*256);//讀取TH的值

SET=1;

}

//Freq=(Flout-Frout)*At;

Freq=(Flout-Frout)/3000;

//--求角度的個(gè)十百千萬(wàn)十萬(wàn)位--//

Display Data[0]=DIG_CODE[Freq%1000000/100000];

Display Data[1]=DIG_CODE[Freq%100000/10000];

Display Data[2]=DIG_CODE[Freq%10000/1000];

Display Data[3]=DIG_CODE[Freq%1000/100];

Display Data[4]=DIG_CODE[Freq%100/10]+0x80;

Display Data[5]=DIG_CODE[Freq%10];

Display Data[6]=DIG_CODE[16];

Display Data[7]=DIG_CODE[17];

//--顯示完，重新計(jì)算下一次頻率。--//

Freq=0;//將計(jì)算的頻率清零

TH1=0;//將計(jì)數(shù)器的值清零

TL1=0;

TR0=1;//開(kāi)啟定時(shí)器

TR1=1;//開(kāi)啟計(jì)數(shù)器

}

//--顯示求得的數(shù)值--//

Dig Display();

}

}

2 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的以stc90c51單片機(jī)為核心的一維電經(jīng)補(bǔ)償器驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了可行性。系統(tǒng)完整的實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償器的效果達(dá)到了更加準(zhǔn)確的角度測(cè)量。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，操作方便，成本低。

［1］趙世平,陳奮,肖方.全站儀補(bǔ)償器的原理與應(yīng)用[J].海南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004,02：175-179.

［2］章文彬.正確使用全站儀補(bǔ)償器 提高測(cè)量精度[J].能源與環(huán)境,2008,05：113.

［3］王欣,王井利,李茹仁.全站儀三軸補(bǔ)償系統(tǒng)與測(cè)角精度實(shí)驗(yàn)研究[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009,02：303-307.