一維電經全站補償器驅動電路的設計

賀小勇 陳 丁

(1.西安工業大學北方信息工程學院 光電信息系，陜西 西安710032；2.西安黃河機電有限公司 設計研究所，陜西 西安710043)

0 前言

全站儀是一種集光機電化的新型測角儀器，具有水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測量功能于一體的測繪儀器系統廣泛地適用于各種測繪作業中。將光學經緯儀人工光學測微讀數代之以自動記錄和顯示讀數，且可避免讀數誤差的產生，其水平角的高精度測量功能是通過一維電經全站補償器與其配套驅動電路工作實現的。水平傳感器屬于角度傳感器的一種，其作用就是測量載體的水平度，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測量兩個方向的水平角度(即俯仰角和橫滾角)，因此可以定出整個被測面的水平度。它是是通過測量靜態重力加速度變化，轉換成傾角變化。測量的傾斜角度可以在液晶上顯示為角度。

1 系統的設計方案

系統的硬件部分主要有一維電經全站補償器和51單片機為核心的補償器驅動板組成兩部分組成。

1.1 一維電經全站補償器工作原理及使用方法

一維電經全站補償器內部由一維電子水平和控制電路組成。當電子水平發生傾斜時，水平兩端電阻不相等造成兩端的電壓差，然后通過控制電路中的壓控振蕩器將電壓差轉換為頻率值。在測量角度為-6′至+6′的線性范圍內，頻率值與電子水平傾斜角度成正比。因此將一維電經全站補償器輸出出的信號輸入到驅動電路中，通單片機對頻率值采樣處理。最終將所測得頻率轉換為角度顯示在數碼管上。一維電經全站補償器工作布置如下：

角度校準：（1）將傳感器調平或者置于某基準面此時FLout=FRout（或基本相等）；（2）將傳感器置于其最大測量傾角（+A°和-A°,正負自定義）。則Fdata=|FLout-FROUT|;(3)單位頻率對應角度：At=A/Fdutu（環境溫度變換劇烈，必須重新校準）

角度測量：當再測范圍U內測得某個角度An，讀取頻率值FLOUt和FRout后An=（FLout-FRout）×At可根據符號正負判斷傾斜方向。（表1為補償器接口定義）

表1一維水平傳感器接口定義

1.2 系統的硬件設計

硬件平臺為普中科技HC6800—EM3 V2.2所應用的單片機為stc90c51。Stc90c51系列單片機是宏晶科技推出的新一代超高速/低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統的8051單片機，具有如下特性：64K Bytes Flash片內程序存儲器 ：1280 Bytes的隨機存取數據存儲器（RAM）：32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）口：4 個中斷優先級，8 個中斷源：3個16位可編程定時器T/計數器：2個全雙工串行通信口：看門狗（WDT）電路：片內振蕩器和時鐘電路：與 8051兼容：全靜態工作：0-80MHZ：可編程串行通道：低功耗的閑置和掉電模式

圖1 一維電經全站補償器實物圖與單片機開發板

1.3 軟件部分的設計

驅動電路的單片機主要解決是對補償器輸出頻率值進行精確測量,采用單片機設計中最常用的C語言進行編程。

主要程序：

void main()

{

while(1)

{

if(TR0==0) //當計數器停下的時候，表明計數完畢

{

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;

//--求角度的個十百千萬十萬位--//

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，重新計算下一次頻率。--//

Freq=0;//將計算的頻率清零

TH1=0;//將計數器的值清零

TL1=0;

TR0=1;//開啟定時器

TR1=1;//開啟計數器

}

//--顯示求得的數值--//

Dig Display();

}

}

2 結論

本文設計的以stc90c51單片機為核心的一維電經補償器驅動電路，通過實驗證明了可行性。系統完整的實現了補償器的效果達到了更加準確的角度測量。該系統結構簡單，可靠性強，操作方便，成本低。

［1］趙世平,陳奮,肖方.全站儀補償器的原理與應用[J].海南大學學報：自然科學版，2004,02：175-179.

［2］章文彬.正確使用全站儀補償器 提高測量精度[J].能源與環境,2008,05：113.

［3］王欣,王井利,李茹仁.全站儀三軸補償系統與測角精度實驗研究[J].沈陽建筑大學學報：自然科學版，2009,02：303-307.