专利名称：一种基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量技术领域,涉及一种倾斜仪,尤其涉及一种基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪。
背景技术：
数字化DeviceNet倾斜仪是一种将DeviceNet协议与倾角传感器输出结合在一起全新的倾斜仪。通常下，数字化倾斜仪是用来测量物体随时间的倾斜变化及铅垂线随时间变化的仪器，数字接口用于输出；数字接口多为RS232、RS485、并口接口、Can等接口，其输出协议多为自定义或者标准现场总线协议如ModBus等。为了满足不同场合下的现场总线的使用要求，将DeviceNet协议与倾角传感器输出结合在一起，可以与任意DeviceNet主站设备连接，获得现场总线组网的灵活性、通用性。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪，将倾角传感器与DeviceNet协议输出结合在一起,可实现DeviceNet现场总线下的倾角传感器应用。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:一种基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪，所述倾斜仪包括:倾角传感器，用以提供高分辨率的倾斜角度；滤波单元，与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；处理器，与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换；数显分度转台，与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿；DeviceNet协议处理模块，与所述处理器连接，用以对处理器输出的倾斜角度数据进行DeviceNet协议打包输出；Can收发器,与DeviceNet协议处理模块连接,使DeviceNet协议处理模块的物理层兼容Can总线；电源系统，与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、DeviceNet协议处理模块连接，用以提供电源。作为本实用新型的一种优选方案，所述DeviceNet协议处理模块设有指示灯、DIP开关；指示灯用以指示DeviceNet协议转换的状态；DIP开关用以设置DeviceNet协议处理模块工作的波特率、从节点地址。作为本实用新型的一种优选方案，所述滤波单元为硬件滤波单元，用以对倾角传感器输出的模拟信号带宽内滤波。作为本实用新型的一种优选方案，所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的灵敏度温漂做补偿。作为本实用新型的一种优选方案，所述处理器为内置24bit模数转化单元AD的MCU。本实用新型的有益效果在于:本实用新型提出的基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪，将DeviceNet协议与倾角传感器输出结合在一起，可以与任意DeviceNet主站设备连接，获得现场总线组网的灵活性、通用性。本实用新型将DeviceNet协议与倾角传感器输出结合在一起，可应用于自动控制、仪器仪表、设备制造、智能建筑、电梯网络等领域，相对现有数字倾斜仪有明显优势。此外,本实用新型数字化DeviceNet倾斜仪内部软件集成了自标定算法,能够在外部简单的操作实现数字倾斜仪本身数字自动标定。
图1为本实用新型数字化DeviceNet倾斜仪的组成示意图。图2为本实用新型数字化DeviceNet倾斜仪测量方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。实施例一请参阅图1，本实用新型揭示了一种基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪,包括倾角传感器、硬件滤波、处理器CPU、数显分度转台、电源系统、Can收发器、DeviceNet协议处理模块、指示灯、DIP开关。其中，倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度；滤波单元对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波。处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换。数显分度转台与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿。Can收发器用以使DeviceNet协议的物理层兼容Can总线；DeviceNet协议处理模块用以对测量到倾斜角度数据进行DeviceNet协议打包输出；指示灯用以指示协议转换的状态；DIP开关用以设置DeviceNet协议处理模块工作的波特率、从节点地址。所述电源系统与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、DeviceNet协议处理模块连接，用以提供电源。请参阅图1,本实施例中，所述DeviceNet倾斜仪包括倾角传感器4、硬件滤波单元
5、处理器CPU3、数显分度转台、电源系统6、Can收发器1、DeviceNet协议处理模块2、指示灯7、DIP开关8。DeviceNet协议处理模块2连接指示灯7、DIP开关8。所述CPU3连接硬件滤波单元5、电源系统6、数显分度转台、DeviceNet协议处理模块2，所述电源系统6连接倾角传感器4、硬件滤波单元5、数显分度转台、DeviceNet协议处理模块2。所述Can收发器I连接DeviceNet协议处理模块2、电源系统6。核心高精度MEMS倾角传感器4可以提供很高的角度分辨率，通过硬件滤波单元5对高精度MEMS倾角传感器4输出模拟信号带宽内滤波，内置24BUAD的CPU3对核心高精度MEMS倾角传感器4输出的模拟信号进行高精度模数转换，在CPU3内部软件内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息。内置24bit AD的CPU3会对数字处理后信号进行角度转换，然后会利用外部高精度的数显分度转台对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试。内置24bit AD的CPU3利用内部最小二乘法算法对在线测试数据运算，计算出合适的线性标定系数，并存储于MCU内部开辟的Flash Data存储空间。每一次测量后，内置24bit AD的CPU3利用事先计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿，达到提高倾角测量的线性度的目的。所述处理器的线性补偿方法包括:对一组标准值&1，a2, a3，...，ak，和对应该组标准值的实际测量所得一组值b” b2, b3，...，bk，根据两组值拟合出一个多项式ai = F(bi)，i=1...k,即 f = ko+kiC+^^+kgC3+...+kmCm, k0, k” k2, k3,...，km 为多项式系数，C =a1； a2, a3,..., ak ;利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数kQ, k1； k2, k3,...，km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该多项式对采集的数据进行多项式计算，即数据补偿。此外，所述数字化DeviceNet倾斜仪进一步包括高低温温度箱,用以对倾斜仪的零点温漂和灵敏度温漂做补偿。利用外部设备高低温实验箱对核心高精度MEMS倾角传感器4作温度补偿测试(灵敏度温漂、零点温漂)，内置24bitCPU3利用内部最小二乘法算法对在线对测试数据处理、运算，计算出温度补偿系数，并存储于内部开辟的存储空间内，以后每-次测量数据输出都会被温度补偿系数修正，能够很好地降低温度对传感器的影响。零点温漂补偿方法 包括:对倾斜仪的零点输出做温度试验，测量出倾斜仪的零点输出受温度影响的变化，利用最小二乘法拟合出零点输出与温度变化之间的多项式关系式，Z = Z(T)，Bp Z(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+...+kmTm，其中，k0，k” k2, k3，...，km 为多项式系数；利用最小二乘法算法，求解多项式拟合的系数Iv k1； k2, k3，...，kn，处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该关系式对零点输出做补偿。灵敏度温漂补偿方法包括:对倾斜仪的灵敏度做温度试验，测量出倾斜仪的灵敏度受温度影响的变化，利用最小二乘法拟合出灵敏度与温度变化之间的多项式关系式，S=S(T)，即 S(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+...+kmTm，其中，k0, k” k2, k3，...，km 为多项式系数；利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数1 , k1； k2, k3，...，km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该关系式对灵敏度做补偿。上述三个补偿步骤使用了最小二乘法；三个补偿步骤中，多项式的系数k0, k1； k2, k3,...kn根据实际情况计算,在三个补偿步骤中多项式的系数1 , k1； k2, k3,...，km并不要求相等。以上介绍了本实用新型数字化DeviceNet倾斜仪的组成，本实用新型在揭示上述数字化DeviceNetB倾斜仪的同时,还揭示一种上述数字化DeviceNet倾斜仪的测量和传输方法；请参阅图2，所述测量和传输方法包括如下步骤:[0036]步骤SI倾角传感器提供高分辨率的倾斜角度，滤波单元对倾角传感器输出的模拟信号滤波；步骤S2处理器对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息；步骤S3处理器对数字处理后的信号进行角度转换，利用外部高精度的数显分度转台对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，所述处理器利用最小二乘法算法对在线测试数据运算，计算出合适的线性标定系数，并存储于处理器内的存储空间；步骤S4每一次测量后，处理器利用事先计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿，达到提高倾角测量的线性度的目的。步骤S5每一次数据修正后，处理器将倾角数据通过DeviceNet协议处理模块进行数据打包，再由Can收发器发送到Can总线上,达到DeviceNet协议角度数据的Can接口输出的目的。综上所述，本实用新型提出的基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪，将DeviceNet协议与倾角传感器输出结合在一起,可以与任意DeviceNet主站设备连接,获得现场总线组网的灵活性、通用性。本实用新型将DeviceNet协议与倾角传感器输出结合在一起，可应用于自动控制、仪器仪表、设备制造、智能建筑、电梯网络等领域，相对现有数字倾斜仪有明显优势。此外,本实用新型数字化DeviceNet倾斜仪内部软件集成了自标定算法,能够在外部简单的操作实现数字倾斜仪本身数字自动标定。这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形 和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求1.一种基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪，其特征在于，所述倾斜仪包括: 倾角传感器，用以提供高分辨率的倾斜角度； 滤波单元，与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波； 处理器，与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换； 数显分度转台，与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿； Can收发器； 电源系统，与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台连接，用以提供电源。
2.根据权利要求1所述的基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪,其特征在于: 所述滤波单元为硬件滤波单元，用以对倾角传感器输出的模拟信号带宽内滤波。
3.根据权利要求1所述的基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪,其特征在于: 所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的灵敏度温漂做补偿。
4.根据权利要求1所述的基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪,其特征在于: 所述处理器为内置24bit模数转化单元AD的MCU。
专利摘要本实用新型揭示了一种基于DeviceNet现场总线的智能倾斜仪，包括倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、DeviceNet协议处理模块、Can收发器、电源系统。滤波单元用以对倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；处理器用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，并对数字处理后的信号进行角度转换；数显分度转台用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；DeviceNet协议处理模块对处理器输出的倾斜角度数据进行DeviceNet协议打包输出。本实用新型将DeviceNet协议与倾角传感器输出结合在一起，可与任意DeviceNet主站设备连接，获得现场总线组网的灵活性、通用性。
文档编号G01C9/00GK202994143SQ20122042601
公开日2013年6月12日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者高成, 张峰 申请人:上海辉格科技发展有限公司