專利名稱：數字坡度傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種數字坡度傳感器。
背景技術：
在建筑施工中，為了獲得路面平整度和符合要求的施工質量，建筑機器都安裝了自動找平及控制系統，可以使施工作業精度得到明顯提高，作業循環次數減少，降低機械使用費用，提高施工質量和經濟效益，同時大大減輕駕駛員的勞動強度，其中，機器施工作業的精度，控制系統的穩定性和可靠性，傳感器起到至關重要的作用。靈活、高效的通用型建筑機器控制系統能夠識別多種類型的帶有標準CAN總線接口的數字傳感器，廣泛應用于高度、坡度的檢測，其操作簡單、使用可靠，廣泛應用于混凝土攤鋪機、浙青攤鋪機、銑刨機、推土機、挖掘機、平地機。
發明內容
本發明的目的在于提供一種數字坡度傳感器，能兼容標準CAN總線接口，并精確檢測建筑機器執行部件的坡度值。實現本發明目的的技術方案是一種數字坡度傳感器，包括檢測信號輸入模塊、信號調理模塊、比較濾波模塊、單片機處理模塊、CAN總線通信模塊、LED指示模塊和電源模塊，檢測信號輸入模塊將檢測到的信號輸入到信號調理模塊，信號調理模塊對信號進行調理后輸入到比較濾波模塊，比較濾波模塊對信號進行放大比較、濾波后輸入到單片機處理模塊，單片機處理模塊將信號處理成固定格式的CAN總線數據，并由CAN總線通信模塊發送到CAN總線，同時單片機處理模塊輸出占空比正比于坡度值的PWM波到LED指示模塊，LED 指示模塊對坡度值的大小和方向進行顯示，電源模塊為各個模塊供電。所述檢測信號輸入模塊的信號檢測部件采用高精度的電解質、無接觸型器件。所述比較濾波模塊主要是由LMlM運放器組成，屬于改進型的差分放大比較電路。所述單片機處理模塊采用AVR系列的ATmegaUS單片機，其內置的EEPROM存儲器用于參數掉電保存。所述CAN總線通信模塊包括SJA1000芯片和PCA82C50/251芯片。所述LED指示模塊設有顯示負坡度及其大小的負坡度LED指示燈和顯示正坡度及其大小的正坡度LED指示燈。所述電源模塊設有反極性、過電流、過電壓保護電路。本數字坡度傳感器接入建筑機器數字控制系統后，能被數字控制系統自動識別并使用，CAN總線數據供建筑機器數字控制系統接收、顯示和使用，并以此為根據做出準確的控制決策。本發明具有以下的有益效果(1)本發明的檢測信號輸入模塊將檢測到的信號輸入到信號調理模塊，信號調理模塊對信號進行調理后輸入到比較濾波模塊，比較濾波模塊對信號進行放大比較、濾波后輸入到單片機處理模塊，這種結構使得本發明對采集到的信號進行軟、硬件雙重濾波，能夠有效抗干擾，防止因為抖動等因素引起的傳感器信號波動， 為控制系統提供準確可靠的坡度信息。(2)本發明的檢測信號輸入模塊的信號檢測部件采用高精度的電解質、無接觸型器件，這種結構使得本發明能夠穩定輸出高精度坡度值信息。(3)本發明的單片機處理模塊采用AVR系列的ATmegaUS單片機，其內置的 EEraOM存儲器用于參數掉電保存，這種結構使得本發明具有參數記憶功能，掉電后參數信息不會丟失。(4)本發明的電源模塊設有反極性、過電流、過電壓保護電路，這種結構使得本發明的電路穩定可靠。
為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中圖1為本發明的原理框圖。圖2為本發明的檢測信號輸入及信號調理電路圖。圖3為本發明的比較濾波模塊電路圖。圖4為本發明的單片機處理模塊電路圖。圖5為本發明的CAN總線通信模塊電路圖。圖6為本發明的LED指示模塊電路圖。圖7為本發明的電源模塊電路圖。圖8為本發明的軟件流程圖。附圖中標號為檢測信號輸入模塊1、信號調理模塊2、比較濾波模塊3、單片機處理模塊4、CAN總線通信模塊5、SJA1000芯片51、PCA82C50/251芯片52、LED指示模塊6、負坡度LED指示燈 61、正坡度LED指示燈62、電源模塊7。
具體實施例方式(實施例1)見圖1，本實施例包括檢測信號輸入模塊1、信號調理模塊2、比較濾波模塊3、單片機處理模塊4、CAN總線通信模塊5、LED指示模塊6和電源模塊7。檢測信號輸入模塊1的信號檢測部件采用高精度的電解質、無接觸型器件，檢測信號輸入模塊1將檢測到的信號輸入到信號調理模塊2，信號調理模塊2對信號進行調理后輸入到比較濾波模塊3，比較濾波模塊3對信號進行放大比較、濾波后輸入到單片機處理模塊4，單片機處理模塊4將信號處理成固定格式的CAN總線數據，并由CAN總線通信模塊5 發送到CAN總線，同時單片機處理模塊4輸出占空比正比于坡度值的PWM波到LED指示模塊6，LED指示模塊6對坡度值的大小和方向進行直觀顯示，電源模塊7為各個模塊供電。見圖2，檢測信號輸入模塊1的檢測部件共三個引腳，其中1接地、3接8V電壓、2 為信號輸出端。檢測部件的輸出信號Sl輸入到信號調理模塊2，經電容濾波，通過LMlM運放器組成電壓跟隨器調理得到INl，并輸入到比較濾波模塊3 ；8V電壓通過電阻分壓提供4V 的基準電壓S2，為達到對稱，同樣經過信號調理模塊得到IN2輸入到比較濾波模塊3。見圖3，比較濾波模塊3主要是由LMlM運放器組成，屬于改進型的差分放大比較電路，信號放大比較的同時通過模擬電路進行濾波，后經過穩壓管限幅電路D7、D8輸出 AD-P和AD-N兩路信號，AD-P和AD-N分別代表相對于基準平面的坡度傾向的模擬量的大小和方向。見圖4，單片機處理模塊4采用AVR系列的ATmegaUS單片機，單片機處理模塊4 采用8M外部晶振，標準JTAG接口。AD-P和AD-N兩路信號輸入到單片機處理模塊4，利用單片機集成的10位ADC模塊1 分頻，輸入到單端通道ADCO (PFO) ,ADCl (PFl)，進行AD信號采集，處理和發送。同時單片機處理模塊4內置的EEPROM存儲器用于參數掉電保存。見圖5，CAN總線通信模塊5包括SJA1000芯片51和PCA82C50/251芯片52， SJA1000芯片51使用16M外部晶振，通信速率設置為125kBps，SJA1000芯片51使用單片機處理模塊4的外部存儲器接口，單片機處理模塊4通過外部存儲器接口的讀寫對SJA1000 芯片51進行參數配置以及數據發送和接收，單片機處理模塊4使用I/O 口 PDl(CAN-RST) 作為SJA1000芯片51的復位端口。見圖6，LED指示模塊6設有顯示負坡度及其大小的負坡度LED指示燈61和顯示正坡度及其大小的正坡度LED指示燈62。負坡度LED指示燈61閃爍表示負坡度方向，點亮的占空比表示負坡度值的大小；正坡度LED指示燈62閃爍表示正坡度方向，點亮的占空比表示正坡度值的大小。LED指示模塊6的功能是利用單片機處理模塊4的PWM功能實現的，利用單片機處理模塊4的PB5和PB6輸出的3Hz頻率，以及占空比正比于坡度值的PWM 波(P-PWM、N-PWM)，經過驅動電路后控制負坡度LED指示燈61和正坡度LED指示燈62對坡度值的方向和大小進行直觀顯示。PWM波的驅動電路由LMlM運放和三極管組成。見圖7，電源模塊7總的輸入電壓為MV，由建筑機器控制系統提供。數字坡度傳感器電路的實現需要提供5V、8V和15V直流電壓，其中5V為單片機處理模塊4和CAN總線通信模塊5供電；8V為檢測信號輸入模塊1和LED指示模塊6供電；15V是信號調理模塊2 和比較濾波模塊3需要的供電電壓。24V直流電壓經過反極性、過電流、過電壓保護電路， 經過濾波器、擴流電路、穩壓電路得到8V和5V直流電壓，15V電壓由ICL7662CBA芯片從8V 得到。見圖8，建筑機器數字控制系統上電，數字坡度傳感器運行步驟和過程如下①、系統初始化，包括系統配置、IO設置；②、AD模塊、PWM模塊和EEPROM存儲器初始化等；③、CAN總線通信模塊5初始化；④、參數讀取，主要為掉電存儲的系統參數；⑤、數據循環采集處理，濾波等；⑥、判斷數據是否正常，正常則通過CAN總線通信模5塊對CAN總線進行數據發
送，并且LED顯示正常信號，數據異常判斷異常類型，并向控制器發送異常標志，同時LED報 m.
θ ，在完成一次數據采集發送后，檢測參數變化標志位，若發生變化，則需要更新參數存儲，然后回到數據采集重新循環5 6，若無改變，則直接循環5 6。
本數字坡度傳感器安裝在機器的體現執行部件實際坡度值變化的位置，用于檢測建筑機器執行部件的坡度值，以提高機器的作業精度，本數字坡度傳感器接入建筑機器數字控制系統后，能被數字控制系統自動識別并使用，CAN總線數據供建筑機器數字控制系統接收、顯示和使用，并以此為根據做出準確的控制決策。應當理解，以上所描述的具體實施例僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。由本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
權利要求
1.一種數字坡度傳感器，其特征在于包括檢測信號輸入模塊(1)、信號調理模塊O)、 比較濾波模塊⑶、單片機處理模塊⑷、CAN總線通信模塊(5)、LED指示模塊(6)和電源模塊(7)，檢測信號輸入模塊(1)將檢測到的信號輸入到信號調理模塊O)，信號調理模塊 (2)對信號進行調理后輸入到比較濾波模塊(3)，比較濾波模塊C3)對信號進行放大比較、 濾波后輸入到單片機處理模塊，單片機處理模塊(4)將信號處理成固定格式的CAN總線數據，并由CAN總線通信模塊(5)發送到CAN總線，同時單片機處理模塊⑷輸出占空比正比于坡度值的PWM波到LED指示模塊(6)，LED指示模塊(6)對坡度值的大小和方向進行顯示，電源模塊(7)為各個模塊供電。
2.根據權利要求1所述的數字坡度傳感器，其特征在于所述檢測信號輸入模塊(1) 的信號檢測部件采用高精度的電解質、無接觸型器件。
3.根據權利要求2所述的數字坡度傳感器，其特征在于所述比較濾波模塊(3)主要是由LMlM運放器組成，屬于改進型的差分放大比較電路。
4.根據權利要求3所述的數字坡度傳感器，其特征在于所述單片機處理模塊(4)采用AVR系列的ATmegaUS單片機，其內置的EEPROM存儲器用于參數掉電保存。
5.根據權利要求4所述的數字坡度傳感器，其特征在于所述CAN總線通信模塊(5)包括 SJA1000 芯片(51)和 PCA82C50/251 芯片(52)。
6.根據權利要求5所述的數字坡度傳感器，其特征在于所述LED指示模塊(6)設有顯示負坡度及其大小的負坡度LED指示燈(61)和顯示正坡度及其大小的正坡度LED指示燈(62)。
7.根據權利要求6所述的數字坡度傳感器，其特征在于所述電源模塊(7)設有反極性、過電流、過電壓保護電路。
8.根據權利要求7所述的數字坡度傳感器，其特征在于本數字坡度傳感器可接入建筑機器數字控制系統，且在接入后能被建筑機器數字控制系統自動識別并使用，CAN總線數據供建筑機器數字控制系統接收、顯示和使用，并以此為根據做出準確的控制決策。
全文摘要
本發明公開了一種數字坡度傳感器，檢測信號輸入模塊將檢測到的信號輸入到信號調理模塊，信號調理模塊對信號進行調理后輸入到比較濾波模塊，比較濾波模塊對信號進行放大比較、濾波后輸入到單片機處理模塊，單片機處理模塊將信號處理成固定格式的CAN總線數據，并由CAN總線通信模塊發送到CAN總線，同時單片機處理模塊輸出占空比正比于坡度值的PWM波到LED指示模塊，LED指示模塊對坡度值的大小和方向進行顯示，電源模塊為各個模塊供電。本發明對采集到的信號進行軟、硬件雙重濾波，能夠有效抗干擾，防止因為抖動等因素引起的傳感器信號波動，為控制系統提供準確可靠的坡度信息。
文檔編號G01C9/00GK102213589SQ201010143119
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月9日 優先權日2010年4月9日
發明者關繼文, 葉曉東, 孔令成, 李開霞, 王丹 申請人:常州機械電子工程研究所