专利名称：一种数字坡度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字坡度传感器。
背景技术：
在建筑施工中，为了获得路面平整度和符合要求的施工质量，建筑机器都安装了 自动找平及控制系统，可以使施工作业精度得到明显提高，作业循环次数减少，降低机械使 用费用，提高施工质量和经济效益，同时大大减轻驾驶员的劳动强度，其中，机器施工作业 的精度，控制系统的稳定性和可靠性，传感器起到至关重要的作用。灵活、高效的通用型建 筑机器控制系统能够识别多种类型的带有标准CAN总线接口的数字传感器，广泛应用于高 度、坡度的检测，其操作简单、使用可靠，广泛应用于混凝土摊铺机、浙青摊铺机、铣刨机、推 土机、挖掘机、平地机。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种数字坡度传感器，能兼容标准CAN总线接口，并 精确检测建筑机器执行部件的坡度值。实现本实用新型目的的技术方案是一种数字坡度传感器，包括检测信号输入模 块、信号调理模块、比较滤波模块、单片机处理模块、CAN总线通信模块、LED指示模块和电 源模块，检测信号输入模块将检测到的信号输入到信号调理模块，信号调理模块对信号进 行调理后输入到比较滤波模块，比较滤波模块对信号进行放大比较、滤波后输入到单片机 处理模块，单片机处理模块将信号处理成固定格式的CAN总线数据，并由CAN总线通信模块 发送到CAN总线，同时单片机处理模块输出占空比正比于坡度值的PWM波到LED指示模块， LED指示模块对坡度值的大小和方向进行显示，电源模块为各个模块供电。所述检测信号输入模块的信号检测部件采用高精度的电解质、无接触型器件。所述比较滤波模块主要是由LM124运放器组成，属于改进型的差分放大比较电 路。所述单片机处理模块采用AVR系列的ATmegal28单片机，其内置的EEPR0M存储器 用于参数掉电保存。所述CAN总线通信模块包括SJA1000芯片和PCA82C50/251芯片。所述LED指示模块设有显示负坡度及其大小的负坡度LED指示灯和显示正坡度及 其大小的正坡度LED指示灯。所述电源模块设有反极性、过电流、过电压保护电路。本数字坡度传感器接入建筑机器数字控制系统后，能被数字控制系统自动识别并 使用，CAN总线数据供建筑机器数字控制系统接收、显示和使用，并以此为根据做出准确的 控制决策。本实用新型具有以下的有益效果(1)本实用新型的检测信号输入模块将检测到 的信号输入到信号调理模块，信号调理模块对信号进行调理后输入到比较滤波模块，比较滤波模块对信号进行放大比较、滤波后输入到单片机处理模块，这种结构使得本实用新型 对采集到的信号进行软、硬件双重滤波，能够有效抗干扰，防止因为抖动等因素引起的传感 器信号波动，为控制系统提供准确可靠的坡度信息。(2)本实用新型的检测信号输入模块的信号检测部件采用高精度的电解质、无接 触型器件，这种结构使得本实用新型能够稳定输出高精度坡度值信息。(3)本实用新型的单片机处理模块采用AVR系列的ATmegal28单片机，其内置的 EEPR0M存储器用于参数掉电保存，这种结构使得本实用新型具有参数记忆功能，掉电后参 数信息不会丢失。(4)本实用新型的电源模块设有反极性、过电流、过电压保护电路，这种结构使得 本实用新型的电路稳定可靠。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附 图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1为本实用新型的原理框图。图2为本实用新型的检测信号输入及信号调理电路图。图3为本实用新型的比较滤波模块电路图。图4为本实用新型的单片机处理模块电路图。图5为本实用新型的CAN总线通信模块电路图。图6为本实用新型的LED指示模块电路图。图7为本实用新型的电源模块电路图。图8为本实用新型的软件流程图。附图中标号为检测信号输入模块1、信号调理模块2、比较滤波模块3、单片机处理模块4、CAN总 线通信模块5、SJA1000芯片51、PCA82C50/251芯片52、LED指示模块6、负坡度LED指示灯 61、正坡度LED指示灯62、电源模块7。
具体实施方式
(实施例1)见图1，本实施例包括检测信号输入模块1、信号调理模块2、比较滤波模块3、单片 机处理模块4、CAN总线通信模块5、LED指示模块6和电源模块7。检测信号输入模块1的信号检测部件采用高精度的电解质、无接触型器件，检测 信号输入模块1将检测到的信号输入到信号调理模块2，信号调理模块2对信号进行调理后 输入到比较滤波模块3，比较滤波模块3对信号进行放大比较、滤波后输入到单片机处理模 块4，单片机处理模块4将信号处理成固定格式的CAN总线数据，并由CAN总线通信模块5 发送到CAN总线，同时单片机处理模块4输出占空比正比于坡度值的PWM波到LED指示模 块6，LED指示模块6对坡度值的大小和方向进行直观显示，电源模块7为各个模块供电。见图2，检测信号输入模块1的检测部件共三个引脚，其中1接地、3接8V电压、2 为信号输出端。检测部件的输出信号S1输入到信号调理模块2，经电容滤波，通过LM124运
4放器组成电压跟随器调理得到IN1，并输入到比较滤波模块3 ；8V电压通过电阻分压提供4V 的基准电压S2，为达到对称，同样经过信号调理模块得到IN2输入到比较滤波模块3。见图3，比较滤波模块3主要是由LM124运放器组成，属于改进型的差分放大比 较电路，信号放大比较的同时通过模拟电路进行滤波，后经过稳压管限幅电路D7、D8输出 AD-P和AD-N两路信号，AD-P和AD-N分别代表相对于基准平面的坡度倾向的模拟量的大小 和方向。见图4，单片机处理模块4采用AVR系列的ATmegal28单片机，单片机处理模块4 采用8M外部晶振，标准JTAG接口。AD-P和AD-N两路信号输入到单片机处理模块4，利用 单片机集成的10位ADC模块128分频，输入到单端通道ADCO (PFO)、ADC1 (PF1)，进行AD信 号采集，处理和发送。同时单片机处理模块4内置的EEPR0M存储器用于参数掉电保存。见图5，CAN总线通信模块5包括SJA1000芯片51和PCA82C50/251芯片52， SJA1000芯片51使用16M外部晶振，通信速率设置为125kBps，SJA1000芯片51使用单片 机处理模块4的外部存储器接口，单片机处理模块4通过外部存储器接口的读写对SJA1000 芯片51进行参数配置以及数据发送和接收，单片机处理模块4使用I/O 口 PDl(CAN-RST) 作为SJA1000芯片51的复位端口。见图6，LED指示模块6设有显示负坡度及其大小的负坡度LED指示灯61和显示 正坡度及其大小的正坡度LED指示灯62。负坡度LED指示灯61闪烁表示负坡度方向，点 亮的占空比表示负坡度值的大小；正坡度LED指示灯62闪烁表示正坡度方向，点亮的占空 比表示正坡度值的大小。LED指示模块6的功能是利用单片机处理模块4的PWM功能实现 的，利用单片机处理模块4的PB5和PB6输出的3Hz频率，以及占空比正比于坡度值的PWM 波(P-PWM、N-PWM)，经过驱动电路后控制负坡度LED指示灯61和正坡度LED指示灯62对 坡度值的方向和大小进行直观显示。PWM波的驱动电路由LM124运放和三极管组成。见图7，电源模块7总的输入电压为24V，由建筑机器控制系统提供。数字坡度传 感器电路的实现需要提供5V、8V和15V直流电压，其中5V为单片机处理模块4和CAN总线 通信模块5供电；8V为检测信号输入模块1和LED指示模块6供电；15V是信号调理模块2 和比较滤波模块3需要的供电电压。24V直流电压经过反极性、过电流、过电压保护电路， 经过滤波器、扩流电路、稳压电路得到8V和5V直流电压，15V电压由ICL7662CBA芯片从8V 得到。见图8，建筑机器数字控制系统上电，数字坡度传感器运行步骤和过程如下①、系统初始化，包括系统配置、10设置；②、AD模块、PWM模块和EEPR0M存储器初始化等；③、CAN总线通信模块5初始化；④、参数读取，主要为掉电存储的系统参数；⑤、数据循环采集处理，滤波等；⑥、判断数据是否正常，正常则通过CAN总线通信模5块对CAN总线进行数据发
送，并且LED显示正常信号，数据异常判断异常类型，并向控制器发送异常标志，同时LED报 m.
曰 ，在完成一次数据采集发送后，检测参数变化标志位，若发生变化，则需要更新参数 存储，然后回到数据采集重新循环5 6，若无改变，则直接循环5 6。
5[0044]本数字坡度传感器安装在机器的体现执行部件实际坡度值变化的位置，用于检测 建筑机器执行部件的坡度值，以提高机器的作业精度，本数字坡度传感器接入建筑机器数 字控制系统后，能被数字控制系统自动识别并使用，CAN总线数据供建筑机器数字控制系统 接收、显示和使用，并以此为根据做出准确的控制决策。应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实 用新型。由本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护 范围之中。
权利要求一种数字坡度传感器，其特征在于包括检测信号输入模块(1)、信号调理模块(2)、比较滤波模块(3)、单片机处理模块(4)、CAN总线通信模块(5)、LED指示模块(6)和电源模块(7)，检测信号输入模块(1)将检测到的信号输入到信号调理模块(2)，信号调理模块(2)对信号进行调理后输入到比较滤波模块(3)，比较滤波模块(3)对信号进行放大比较、滤波后输入到单片机处理模块(4)，单片机处理模块(4)将信号处理成固定格式的CAN总线数据，并由CAN总线通信模块(5)发送到CAN总线，同时单片机处理模块(4)输出占空比正比于坡度值的PWM波到LED指示模块(6)，LED指示模块(6)对坡度值的大小和方向进行显示，电源模块(7)为各个模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种数字坡度传感器，其特征在于所述检测信号输入模块 (1)的信号检测部件采用高精度的电解质、无接触型器件。
3.根据权利要求2所述的一种数字坡度传感器，其特征在于所述比较滤波模块(3) 主要是由LM124运放器组成，属于改进型的差分放大比较电路。
4.根据权利要求3所述的一种数字坡度传感器，其特征在于所述单片机处理模块(4) 采用AVR系列的ATmegal28单片机，其内置的EEPROM存储器用于参数掉电保存。
5.根据权利要求4所述的一种数字坡度传感器，其特征在于所述CAN总线通信模块 (5)包括 SJA1000 芯片(51)和 PCA82C50/251 芯片(52)。
6.根据权利要求5所述的一种数字坡度传感器，其特征在于所述LED指示模块(6)设 有显示负坡度及其大小的负坡度LED指示灯(61)和显示正坡度及其大小的正坡度LED指 示灯(62)。
7.根据权利要求6所述的一种数字坡度传感器，其特征在于所述电源模块(7)设有 反极性、过电流、过电压保护电路。
专利摘要本实用新型公开了一种数字坡度传感器，检测信号输入模块将检测到的信号输入到信号调理模块，信号调理模块对信号进行调理后输入到比较滤波模块，比较滤波模块对信号进行放大比较、滤波后输入到单片机处理模块，单片机处理模块将信号处理成固定格式的CAN总线数据，并由CAN总线通信模块发送到CAN总线，同时单片机处理模块输出占空比正比于坡度值的PWM波到LED指示模块，LED指示模块对坡度值的大小和方向进行显示，电源模块为各个模块供电。本实用新型对采集到的信号进行软、硬件双重滤波，能够有效抗干扰，防止因为抖动等因素引起的传感器信号波动，为控制系统提供准确可靠的坡度信息。
文档编号G01C9/06GK201764962SQ20102015523
公开日2011年3月16日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者关继文, 叶晓东, 孔令成, 李开霞, 王丹 申请人:常州机械电子工程研究所