现代传感器技术及其应用(角度传感器).ppt

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=10

2、cm 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：关键点？ （1）输入和输出端的确定：采用哪些I/O分配给输入输出端？ （2）按钮按下的输入信号应从哪个端口输入？ （3）用什么方法可以角度信息反馈给单片机？ （4）用什么方法可以实现基本要求？ （5）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

3、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

4、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。,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 Vout 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)

5、/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，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STC

6、89C51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,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,表2显示转角与实测转角（单位：度）,表3 显示转角与实测转角（单位：度）,结论,1、分辨率为2，显示范围为060，能够实时显示转角，绝对误差小于5。 2、当间距为d=10cm时，通过操作按键控制风力大小，帆板转角能够在075范