一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统的制作方法

1.本发明涉及水平仪技术领域，具体为一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统。


背景技术：

2.数显智能水平仪系统是一种利用倾角传感器、单片机等电子技术实现高精度水平检测的仪器，它可以通过数字信号处理技术将倾角传感器采集的信息转化为数值信息，并在lcd显示屏或led数码管等显示设备中实时显示出来，从而提供了精确、便捷的水平度位置检测；
3.为了提高水平仪的测量精度，摆脱传统水平仪智能化程度低、数据处理能力差、抗震能力差等缺点，必须利用现代科技设计一种新的水平仪，基于倾角传感器、数字信号处理、单片机的智能水平仪是今后水平仪的发展方向，可以作为既实用又经济的数字水平仪系统，目前国内外水平仪的发展现状和趋势是：国内已有的水平仪不能很好的满足生产和应用的需求，国内电子水平仪的生产和研制能力与国外相比相对落后，尤其是存在着智能化程度不高，对数据缺乏处理能力，无法一次性测量出被侧面倾斜角和方位角等缺点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，包括倾角传感器测量单元、ad转换单元、警报单元、单片机处理单元、单片机模式选择单元、显示单元和单片机复位单元；
6.所述倾角传感器测量单元通过倾角传感器采集仪器所在的水平度位置相关的数据，将其转化为模拟电路信号，并将模拟电路信号传输至ad转换单元；
7.所述ad转换单元对倾角传感器测量单元发出的模拟电路信号进行接收，将模拟电路信号输入到单片机的ad芯片中，转换成数字信号，将数字信号传输至单片机处理单元；
8.所述单片机处理单元对ad转换单元发出的数字信号进行接收，对接收的数字信号进行处理和分析，得出仪器所在水平度位置相关的数据，计算出对应的偏差值，将偏差值分别传输至警报单元和显示单元，并将模式选择的控制信号传输至单片机模式选择单元；
9.所述警报单元对单片机处理单元发出的偏差值进行接收，并将接收的偏差值与所设定的偏差值进行对比，当检测到偏差已超出所设定的偏差值时，通过蜂鸣器告警功能发出警报提示，让用户尽快进行调整；
10.所述显示单元对单片机处理单元发出的偏差至进行接收，并将接收的偏差值通过lcd显示屏显示出来，用户看到仪器所在水平度位置相关的数据，并提醒用户进行校准和调整；
11.所述单片机模式选择单元对单片机处理单元发出的控制信号进行接收，并根据控
制信号为单片机选择单片机的工作模式；
12.所述单片机复位单元通过复位电路为单片机模式选择单元实现单片机的工作模式的选取。
13.优选的，所述显示单元对单片机处理单元发出的偏差值数据进行接收，将接收的偏差值数据的帧格式转化为角度，如果角度大于或者等于0，则调用
“‑
x”的lcd显示函数，如果角度小于0，则调用“+x”的lcd显示函数，并且对角度值去绝对值，将没有绝对值的角度值转化为字符，对角度字符调用lcd显示函数将角度字符显示在lcd显示屏。
14.优选的，所述lcd显示屏型号是1602，其显示是结果“r:”并在其后显示-180
°
到+180
°
的数值，所述显示单元通过显示电路检测电源。
15.优选的，显示电路led接口接在p10端口，p10口是内部上拉的双向i/o口，向p10口写1时，p10口被内部上拉为高电平作为输入口，当vcc通电时，此时发光二极管d1发光，为显示vcc正常供电，如果不发光，则可以判定供给电源部分可能出了问题，若该支路出了问题则可以将发光二极管进行更换。
16.优选的，所述单片机模式选择单元的工作模式包括时钟停止模式、空闲模式和掉电模式，时钟停止模式通过静态设计使时钟频率降至0mhz，当晶振器停振时，ram和sfr的值保持不变，将时钟频率降至任意值以实现系统功耗的降低，空闲模式将cpu设置为睡眠状态，并将单片机的外围电路设置为工作状态，正常操作模式的最后一条指令执行完毕后进入空闲模式，该空闲模式下，cpu内容，片内ram和所有的sfr保持原来的值，掉电模式中，晶振器停振并且在最后一条指令执行完毕后进入掉电模式，降到2.0v，片内ram和sfr保持原值，在退出掉电模式之前vcc升至规定的最低操作电压。
17.优选的，所述单片机复位单元通过复位电路实现单片机的工作模式的选取，所述复位电路通过对vcc上电时，为电容c5充电，在r4即10k电阻上出现高电位电压后，使得单片机复位，几个毫秒后，c5充满，10k电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态，工作期间，手动按下开关s1，c5放电，在10k电阻上出现电压，使得单片机复位。松开s1后，c5又充电，几个毫秒后，单片机进入工作状态。
18.优选的，所述单片机处理单元对单片机进行初始化的工作，包括io口配置、ad转换器配置、定时器配置和uart配置，读取倾角传感器采集的模拟信号，并计算出水平度位置相关的数据，将数据分别传输至警报单元和显示单元，发出控制信号传输至单片机模式选择单元，所述单片机处理单元通过单片机电路与警报单元、单片机模式选择单元、显示单元和单片机复位单元电性连接。
19.优选的，单片机电路将d0至d7与lcd1602的8个数据端口相连接，向lcd发送显示角度的指令，将en端高电平变为低电平，在下降沿时，液晶模块执行指令，在读写和寄存器端口同时为低电平时向lcd写入数据。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.本发明通过倾角传感器测量单元采集倾斜角度，通过显示单元将倾斜角度显示给用户，由于数显智能水平仪系统可以一次性测量出被侧面的倾斜角和方位角，因此大大提高了测量效率，减少了重复操作的时间和成本，数显智能水平仪系统体积小、重量轻、易于携带和使用，可以广泛应用在各种场合，利用数显智能水平仪系统进行测量，可以避免由于人为因素和环境因素引起的误差，提高了测量的可靠性，为工作提供更准确的数据支持。
附图说明
22.图1为本发明实施例提供整体的系统流程图；
23.图2为本发明实施例提供的显示单元的工作流程图；
24.图3为本发明实施例提供的单片机复位单元的电路原理图；
25.图4为本发明实施例提供的显示单元的电路原理图；
26.图5为本发明实施例提供的整体的电路原理图。
27.图中：1、倾角传感器测量单元；2、ad转换单元；3、警报单元；4、单片机处理单元；5、单片机模式选择单元；6、显示单元；7、单片机复位单元。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，包括倾角传感器测量单元1、ad转换单元2、警报单元3、单片机处理单元4、单片机模式选择单元5、显示单元6和单片机复位单元7；
30.倾角传感器测量单元1通过倾角传感器采集仪器所在的水平度位置相关的数据，将其转化为模拟电路信号，并将模拟电路信号传输至ad转换单元2；
31.ad转换单元2对倾角传感器测量单元1发出的模拟电路信号进行接收，将模拟电路信号输入到单片机的ad芯片中，转换成数字信号，将数字信号传输至单片机处理单元4；
32.单片机处理单元4对ad转换单元2发出的数字信号进行接收，对接收的数字信号进行处理和分析，得出仪器所在水平度位置相关的数据，计算出对应的偏差值，将偏差值分别传输至警报单元3和显示单元6，并将模式选择的控制信号传输至单片机模式选择单元5；
33.警报单元3对单片机处理单元4发出的偏差值进行接收，并将接收的偏差值与所设定的偏差值进行对比，当检测到偏差已超出所设定的偏差值时，通过蜂鸣器告警功能发出警报提示，让用户尽快进行调整；
34.显示单元6对单片机处理单元4发出的偏差至进行接收，并将接收的偏差值通过lcd显示屏显示出来，用户看到仪器所在水平度位置相关的数据，并提醒用户进行校准和调整；
35.单片机模式选择单元5对单片机处理单元4发出的控制信号进行接收，并根据控制信号为单片机选择单片机的工作模式；
36.单片机复位单元7通过复位电路为单片机模式选择单元5实现单片机的工作模式的选取。
37.显示单元6对单片机处理单元4发出的偏差值数据进行接收，将接收的偏差值数据的帧格式转化为角度，如果角度大于或者等于0，则调用
“‑
x”的lcd显示函数，如果角度小于0，则调用“+x”的lcd显示函数，并且对角度值去绝对值，将没有绝对值的角度值转化为字符，对角度字符调用lcd显示函数将角度字符显示在lcd显示屏；
38.lcd显示屏型号是1602，其显示是结果“r:”并在其后显示-180
°
到+180
°
的数值，显
示单元6通过显示电路检测电源；
39.显示电路led接口接在p10端口，p10口是内部上拉的双向i/o口，向p10口写1时，p10口被内部上拉为高电平作为输入口，当vcc通电时，此时发光二极管d1发光，为显示vcc正常供电，如果不发光，则可以判定供给电源部分可能出了问题，若该支路出了问题则可以将发光二极管进行更换；
40.单片机模式选择单元5的工作模式包括时钟停止模式、空闲模式和掉电模式，时钟停止模式通过静态设计使时钟频率降至0mhz，当晶振器停振时，ram和sfr的值保持不变，将时钟频率降至任意值以实现系统功耗的降低，空闲模式将cpu设置为睡眠状态，并将单片机的外围电路设置为工作状态，正常操作模式的最后一条指令执行完毕后进入空闲模式，该空闲模式下，cpu内容，片内ram和所有的sfr保持原来的值，掉电模式中，晶振器停振并且在最后一条指令执行完毕后进入掉电模式，降到2.0v，片内ram和sfr保持原值，在退出掉电模式之前vcc升至规定的最低操作电压；
41.单片机复位单元7通过复位电路实现单片机的工作模式的选取，复位电路通过对vcc上电时，为电容c5充电，在r4即10k电阻上出现高电位电压后，使得单片机复位，几个毫秒后，c5充满，10k电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态，工作期间，手动按下开关s1，c5放电，在10k电阻上出现电压，使得单片机复位。松开s1后，c5又充电，几个毫秒后，单片机进入工作状态；
42.单片机处理单元4对单片机进行初始化的工作，包括io口配置、ad转换器配置、定时器配置和uart配置，读取倾角传感器采集的模拟信号，并计算出水平度位置相关的数据，将数据分别传输至警报单元3和显示单元6，发出控制信号传输至单片机模式选择单元5，单片机处理单元4通过单片机电路与警报单元3、单片机模式选择单元5、显示单元6和单片机复位单元7电性连接；
43.单片机电路将d0至d7与lcd1602的8个数据端口相连接，向lcd发送显示角度的指令，将en端高电平变为低电平，在下降沿时，液晶模块执行指令，在读写和寄存器端口同时为低电平时向lcd写入数据。
44.工作原理：本发明通过倾角传感器测量单元1采集仪器所在的水平度位置相关的数据，将其转化为模拟电路信号，并将模拟电路信号传输至ad转换单元2，通过ad转换单元2对倾角传感器测量单元1发出的模拟电路信号进行接收，将模拟电路信号输入到单片机的ad芯片中，转换成数字信号，将数字信号传输至单片机处理单元4，通过单片机处理单元4对ad转换单元2发出的数字信号进行接收，对接收的数字信号进行处理和分析，得出仪器所在水平度位置相关的数据，计算出对应的偏差值，将偏差值分别传输至警报单元3和显示单元6，并将模式选择的控制信号传输至单片机模式选择单元5，通过警报单元3对单片机处理单元4发出的偏差值进行接收，并将接收的偏差值与所设定的偏差值进行对比，当检测到偏差已超出所设定的偏差值时，通过蜂鸣器告警功能发出警报提示，让用户尽快进行调整，通过显示单元6对单片机处理单元4发出的偏差至进行接收，并将接收的偏差值通过lcd显示屏显示出来，用户看到仪器所在水平度位置相关的数据，并提醒用户进行校准和调整，通过单片机模式选择单元5对单片机处理单元4发出的控制信号进行接收，并根据控制信号为单片机选择单片机的工作模式，通过单片机复位单元7为单片机模式选择单元5实现单片机的工作模式的选取。
45.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
46.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，其特征在于包括倾角传感器测量单元(1)、ad转换单元(2)、警报单元(3)、单片机处理单元(4)、单片机模式选择单元(5)、显示单元(6)和单片机复位单元(7)；所述倾角传感器测量单元(1)通过倾角传感器采集仪器所在的水平度位置相关的数据，将其转化为模拟电路信号，并将模拟电路信号传输至ad转换单元(2)；所述ad转换单元(2)对倾角传感器测量单元(1)发出的模拟电路信号进行接收，将模拟电路信号输入到单片机的ad芯片中，转换成数字信号，将数字信号传输至单片机处理单元(4)；所述单片机处理单元(4)对ad转换单元(2)发出的数字信号进行接收，对接收的数字信号进行处理和分析，得出仪器所在水平度位置相关的数据，计算出对应的偏差值，将偏差值分别传输至警报单元(3)和显示单元(6)，并将模式选择的控制信号传输至单片机模式选择单元(5)；所述警报单元(3)对单片机处理单元(4)发出的偏差值进行接收，并将接收的偏差值与所设定的偏差值进行对比，当检测到偏差已超出所设定的偏差值时，通过蜂鸣器告警功能发出警报提示，让用户尽快进行调整；所述显示单元(6)对单片机处理单元(4)发出的偏差至进行接收，并将接收的偏差值通过lcd显示屏显示出来，用户看到仪器所在水平度位置相关的数据，并提醒用户进行校准和调整；所述单片机模式选择单元(5)对单片机处理单元(4)发出的控制信号进行接收，并根据控制信号为单片机选择单片机的工作模式；所述单片机复位单元(7)通过复位电路为单片机模式选择单元(5)实现单片机的工作模式的选取。2.根据权利要求1所述的一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，其特征在于：所述显示单元(6)对单片机处理单元(4)发出的偏差值数据进行接收，将接收的偏差值数据的帧格式转化为角度，如果角度大于或者等于0，则调用
“‑
x”的lcd显示函数，如果角度小于0，则调用“+x”的lcd显示函数，并且对角度值去绝对值，将没有绝对值的角度值转化为字符，对角度字符调用lcd显示函数将角度字符显示在lcd显示屏。3.根据权利要求2所述的一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，其特征在于：所述lcd显示屏型号是1602，其显示是结果“r:”并在其后显示-180
°
到+180
°
的数值，所述显示单元(6)通过显示电路检测电源。4.根据权利要求1所述的一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，其特征在于：显示电路led接口接在p10端口，p10口是内部上拉的双向i/o口，向p10口写1时，p10口被内部上拉为高电平作为输入口，当vcc通电时，此时发光二极管d1发光，为显示vcc正常供电，如果不发光，则可以判定供给电源部分可能出了问题，若该支路出了问题则可以将发光二极管进行更换。5.根据权利要求1所述的一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，其特征在于：所述单片机模式选择单元(5)的工作模式包括时钟停止模式、空闲模式和掉电模式，时钟停止模式通过静态设计使时钟频率降至0mhz，当晶振器停振时，ram和sfr的值保持不变，将时钟频率降至任意值以实现系统功耗的降低，空闲模式将cpu设置为睡眠状态，
并将单片机的外围电路设置为工作状态，正常操作模式的最后一条指令执行完毕后进入空闲模式，该空闲模式下，cpu内容，片内ram和所有的sfr保持原来的值，掉电模式中，晶振器停振并且在最后一条指令执行完毕后进入掉电模式，降到2.0v，片内ram和sfr保持原值，在退出掉电模式之前vcc升至规定的最低操作电压。6.根据权利要求1所述的一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，其特征在于：所述单片机复位单元(7)通过复位电路实现单片机的工作模式的选取，所述复位电路通过对vcc上电时，为电容c5充电，在r4即10k电阻上出现高电位电压后，使得单片机复位，几个毫秒后，c5充满，10k电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态，工作期间，手动按下开关s1，c5放电，在10k电阻上出现电压，使得单片机复位。松开s1后，c5又充电，几个毫秒后，单片机进入工作状态。7.根据权利要求1所述的一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，其特征在于：所述单片机处理单元(4)对单片机进行初始化的工作，包括io口配置、ad转换器配置、定时器配置和uart配置，读取倾角传感器采集的模拟信号，并计算出水平度位置相关的数据，将数据分别传输至警报单元(3)和显示单元(6)，发出控制信号传输至单片机模式选择单元(5)，所述单片机处理单元(4)通过单片机电路与警报单元(3)、单片机模式选择单元(5)、显示单元(6)和单片机复位单元(7)电性连接。8.根据权利要求1所述的一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，其特征在于：单片机电路将d0至d7与lcd1602的8个数据端口相连接，向lcd发送显示角度的指令，将en端高电平变为低电平，在下降沿时，液晶模块执行指令，在读写和寄存器端口同时为低电平时向lcd写入数据。

技术总结
本发明公开了一种基于单片机和倾角传感器结合的数显智能水平仪系统，涉及水平仪技术领域，包括倾角传感器测量单元和AD转换单元，所述倾角传感器测量单元通过倾角传感器采集仪器所在的水平度位置相关的数据，将其转化为模拟电路信号，并将模拟电路信号传输至AD转换单元，所述AD转换单元对倾角传感器测量单元发出的模拟电路信号进行接收，将模拟电路信号输入到单片机的AD芯片中，转换成数字信号，将数字信号传输至单片机处理单元；本发明通过倾角传感器测量单元采集倾斜角度，通过显示单元将倾斜角度显示给用户。倾斜角度显示给用户。倾斜角度显示给用户。


技术研发人员：马永康 刘承武 陈珊 刘晶 冯俊臣 何元磊
受保护的技术使用者：中国人民解放军96921部队
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/8/13