具有CAN总线的倾斜角智能传感器的研究与开发

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倾斜角测量是确定物体在空间的倾斜和倾向的专门技术。基于MEMS加速度传感器技术和单片机技术研制的倾角传感器在工业自动化、工程机械、医疗设备等许多领域中得到应用。作为一种很有前途的现场总线,CAN总线通信相对于一般的串行通信总线,它具有实时性、可靠性和灵活性等突出特点。以CAN为代表的现场总线技术的发展导致了传统控制系统结构的变革,形成了新型的网络集成式全分布控制系统。将倾斜角测量技术和现场总线技术相结合,研究倾斜角智能传感器,实现倾斜角现场总线测量,在工业控制等领域,具有广阔工程应用前景。本文以MEMS加速度传感器和CAN总线为研究对象,选取C8051F040单片机作为主控制器,对系统中的加速度传感器芯片的特性以及CAN节点进行了研究。本文中主要设计的是倾斜角/加速度传感器的信号经低通滤波、A/D转换后,通过SPI串口传入单片机实验板,单片机中具有数字滤波和线性补偿等功能,而且集成了CAN控制器,通过CAN接口,将测量结果发送至CAN总线上位机节点。本文中涉及到的主要工作有硬件设计和软件设计两方面。硬件上,主要是设计MEMS传感器外围电路,包括低通滤波、AD转换、稳压等模块,单片机的CAN接口及其外围电路等。软件上,主要是AD芯片的SPI通信、数字滤波、非线性补偿、CAN接口驱动等程序。另外,本文中还对上位机CAN/RS-232转接点的软硬件进行了设计。最后,本文还测试了传感器的非线性误差,并进行了非线性补偿和误差分析工作。本论文开发的智能倾斜角测量系统测量角度范围为-45°~+45°,测量精度为±0.3°,具有CAN总线接口,可以其它CAN节点实现CAN通信,数据传输数率最高为1Mb/s。
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