現(xiàn)代傳感器技術及其應用(角度傳感器)

1、現(xiàn)代傳感器技術及其應用（角度傳感器）項目 帆板控制系統(tǒng)設計與制作 設計并制作一個帆板控制系統(tǒng)，通過對風扇轉速的控制，調節(jié)風力大小，改變帆板轉角，如圖 1 所示。 項目要求 1、基本要求 （1）用手轉動帆板時，能夠數(shù)字顯示帆板的轉角。顯示范圍為060，分辨力為 2，絕對誤差5。 （2）當間距 d=10cm 時，通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉角能夠在 060范圍內變化，并要求實時顯示。 （3）當間距 d=10cm 時，通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉角穩(wěn)定在 455范圍內。要求控制過程在10 秒內完成，實時顯示，并由聲光提示，以便進行測試。 項目要求 2、發(fā)揮部分 （1） 當間距 d=10c

2、m 時，通過鍵盤設定帆板轉角，其范圍為 060。要求在 5 秒內達到設定值，并實時顯示。最大誤差的絕對值不超過5。 （2） 間距 d 在 715cm 范圍內任意選擇，通過鍵盤設定帆板轉角，范圍為060。要求在 5 秒內達到設定值，并實時顯示。最大誤差的絕對值不超過 5。 （3） 其他。任務分析任務分析：關鍵點？：關鍵點？（1 1）輸入和輸出端的確定：采用哪些）輸入和輸出端的確定：采用哪些I/OI/O分配給輸入輸出端？分配給輸入輸出端？（2 2）按鈕按下的輸入信號應從哪個端口輸入？）按鈕按下的輸入信號應從哪個端口輸入？（3 3）用什么方法可以角度信息反饋給單片機？）用什么方法可以角度信息反饋給單

3、片機？（4 4）用什么方法可以實現(xiàn)基本要求？）用什么方法可以實現(xiàn)基本要求？（5 5）用什么方法可以實現(xiàn)發(fā)揮部分要求？用什么方法可以實現(xiàn)發(fā)揮部分要求？角度傳感器 SCA60C角度檢測 采用SCA60C檢測帆板的傾斜角度。SCA60C是一款低成本單軸傾角(加速度)傳感器，可以測量垂直Z軸方向的加速度值，測量范圍1g，其模擬輸出特性如圖 所示。 SCA60C模擬輸出特性 輸出電壓與角度轉換 可以根據(jù)下面的公式將傳感器輸出電壓轉換成傾斜角度： 其中,Offset 是帆板加速度為0 g位置時的電壓輸出(通常為2. 5 V) ,Sensitivity 是設備的靈敏度(通常為2 V/ g) 。為了取得更好的

4、精確度，應用中可以將實際輸出值代替通常值。輸出電壓與角度轉換表輸出電壓與角度轉換圖 如圖所示， 角度傳感器SCA60C的 “輸出電壓”與“測量角度”關系曲線明顯不成線性關系，實際電路制作調試中也深有體會，即轉軸的輸出角度總是無法修正。后來我們才找到了它的關系特性資料，在C51程序中直接使用該反正弦函數(shù)處理速度慢，于是我們根據(jù)該公式擬合出了比較接近的分段函數(shù)，以下是具體算法。角度（）輸出電壓（V）相鄰角度輸出電壓差值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)擬合公式 列表分析比較相鄰項電壓差值將表格劃分為6個連續(xù)的區(qū)間，然后再分別擬合其公式，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;引腳定義角度傳感器SCA60C檢測電路如圖所示，引腳4接地

9、，引腳8接5V，引腳4和8之間用電容隔離，電容值不小于47nF，這里取47nF，7引腳是電壓輸出端，傳感器SCA60C在水平位置時，V0端輸出2.5V，在-90時電壓輸出0.5V，在+90時電壓輸出4.5V?？傮w設計總體設計 本系統(tǒng)以STC89C51單片機為控制芯片，采用L293D驅動直流電機。根據(jù)角度傳感器的反饋信號，經A/D轉換之后輸入給單片機，通過PWM方式，調節(jié)脈沖寬度，從而調控直流電機的轉速，實現(xiàn)風扇轉速的控制，從而調節(jié)風力大小，改變帆板轉角，該轉角可以通過數(shù)碼管實時顯示。帆板控制系統(tǒng)總體設計方案如圖所示。風扇控制算法使用閉環(huán)控制，把轉軸的實際所在位置經角度傳感器檢測后反饋給單片機處

10、理，經過與設定值比較之后再輸出修正量，如此循環(huán)。電源 采用穩(wěn)壓電源供電，輸出電壓12V。經過降壓穩(wěn)壓器7805輸出5V電壓，如圖所示，其中5V電壓供給控制電路，12V供給L293D驅動直流電機。 穩(wěn)壓電路聲光提示聲光提示 通過單片機P3.5口電平的高低，控制9014通斷，實現(xiàn)聲光報警系統(tǒng)。角度傳感器電路模數(shù)轉換電路驅動電路數(shù)碼管顯示 單片機控制模塊軟件系統(tǒng)設計 帆板控制系統(tǒng)試驗與測試表1 顯示轉角與實測轉角顯示轉角2304560實測轉角0304562表2顯示轉角與實測轉角（單位：度）設定角度102030 405060實際到達角度132030 404856表3 顯示轉角與實測轉角（單位：度）設定角度1020 30 40 5060實際到達角度1221 30384857結論 1、分辨率為2，顯示范圍為060，