基于stc15单片机的数字式倾角仪应用设计

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。基于STC15单片机的数字式倾角仪应用设计　　摘要：在自动控制和平台调平场合，需借助于水平仪测量某个平面的倾角，并将倾角数据显示在液晶屏上。本设计以STC15系列单片机为核心，使用6轴传感器模块MPU6050芯片，完成三轴加速度和角速度数据采集，单片机将数据进行融合转换为角度数据，送至液晶屏显示。倾角仪具有测量精度高，功耗低，操作简易方便的特点，可以很好地替换传统的水平仪。　　关键词：STC15；单片机；数

2、字式倾角仪　　中图分类号：文献标识码：A文章编号：1007--0009-01　　作为一种小角度测量仪器，常用的水平仪有气泡式和数字式两种。随着科技发展进步，广泛应用于机械工程、工作台调平、导轨平直度、电力系统以及建筑设计等角度测量中[1]。由于外部测量环境的影响，要求水平仪有较好的抗干扰能力，设计出一种具有精度高、稳定性好、性价比高、使用简易的高性能数字式倾角测量仪，具有很大的实际应用价值。　　1系统概述为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化

3、生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　本设计主要由电源模块、倾角测量模块、STC15单片机控制模块和液晶显示模块等部分组成。其中，电源模块采用两节干电池作为电源，为水平仪供电；倾角测量模块使用6轴传感器MPU6050芯片为主芯片完成倾角测量；控制模块采用STC15系列单片机IAP15W4K61S4芯片作为主控芯片，完成读取倾角数据与数据滤波融合，并将处理后的数据送至显示模块显示；显示模块采用液晶显示，可在屏幕同时显示三个角度数据。本设

4、计介绍了数字倾角仪的软硬件设计，采用卡尔曼滤波算法提高测量精度和稳定性，采用低功耗元件降低整机功耗，可延长倾角仪的工作时间。如图1所示。　　2倾角仪硬件电路设计　　倾角仪硬件电路主要由电源模块、倾角测量模块、单片机控制模块和液晶显示模块等部分组成。　　倾角仪各模块芯片的工作电压不同，主控芯片工作电压是～，倾角传感器工作电压是～V，液晶显示屏的工作电压是V～。考虑到倾角仪便携式的特点，采用两节干电池作为供电电源，比纽扣电池更合适，电池容量更大，更换更为方便[2]。　　倾角仪的主控芯片，选用STC公司生产的IAP15W4K61S4芯片，具有宽电压供电，内置高数时钟和可靠复位电路，功耗非

5、常低，掉电模式可由外部中断唤醒。主控电路，主要是负责接收倾角传感器的获取的倾角数据并且进行数据处理，再将处理好的数据送至液晶显示器显示。　　倾角传感器采用InvenSense公司推出的一款低成本的6轴传感器MPU6050模块，包括三�S加速度，三轴角速度，为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校

6、进行培训，熟悉系统的使用和维护。免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间，体积小巧，用途非常广。应用电路中，采用3V直流电压工作，并联两个电容，减小信号干扰。　　倾角数据显示是倾角仪的重要部分。倾角仪采用1602液晶显示屏将主控单片机滤波融合后的角度数据直观地显示出来。　　3倾角仪软件设计　　倾角仪软件部分包括系统初始化，倾角数据采集，数据融合滤波转换，液晶角度数据显示等部分。其中，由于倾角传感器数据输出抖动性很大，采用卡尔曼滤波对数据进行融合滤波处理，得到较为稳定的角度数据，有效地提高了角度数据精确度和稳定性。　　倾角仪上电后，系统初始化，对系统时钟、外部中

7、断、应用接口、倾角传感器等进行进行配置。初始化完成后，主控制器读取倾角传感器输出的角度数据，通过卡尔曼滤波对数据融合和滤波处理，将角度数据送至液晶显示屏实时显示。　　倾角仪可以自动感知角度变化，当一段时间内角度没有发生改变，主控器会关闭液晶显示屏，进入低功耗待机模式，降低系统功耗，延长使用时间；当感应到角度变化后，系统从低功耗模式唤醒，重新开始角度测量显示[3]。　　4结语为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统