專利名稱：一種基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種智能傾斜儀，尤其涉及一種基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀。
背景技術(shù)：
數(shù)字化CanOpen傾斜儀是一種將CanOpen協(xié)議與傾角傳感器輸出結(jié)合在一起全新的傾斜儀。通常下，數(shù)字化傾斜儀是用來測量物體隨時間的傾斜變化及鉛垂線隨時間變化的儀器，數(shù)字接口用于輸出；數(shù)字接口多為RS232、RS485、并口接口、Can等接口，其輸出協(xié)議多為自定義或者標準現(xiàn)場總線協(xié)議如ModBus等?！0004]為了滿足不同場合下的現(xiàn)場總線的使用要求，將CanOpen協(xié)議與傾角傳感器輸出結(jié)合在一起，可以與任意CanOpen主站設(shè)備連接，獲得現(xiàn)場總線組網(wǎng)的靈活性、通用性。然而，如今還沒有類似的設(shè)備出現(xiàn)。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀，將傾角傳感器與CanOpen協(xié)議輸出結(jié)合在一起,可實現(xiàn)CanOpen現(xiàn)場總線下的傾角傳感
器應(yīng)用。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案—種基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀,所述智能傾斜儀包括傾角傳感器、硬件濾波、處理器、數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺、電源系統(tǒng)、Can收發(fā)器、CanOpen協(xié)議處理模塊；所述傾角傳感器用以提供高分辨率的傾斜角度；所述濾波單元與所述傾角傳感器連接，用以對所述傾角傳感器輸出的模擬信號進行濾波；所述處理器與所述濾波單元連接，用以對傾角傳感器輸出的經(jīng)過濾波的模擬信號進行高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，在處理器內(nèi)作數(shù)字信號濾波，達到真實地反映出傾角輸出信息，并對數(shù)字處理后的信號進行角度轉(zhuǎn)換；所述數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺與所述處理器連接，用以對傳傾角感器作線性補償所需的數(shù)據(jù)作測試，計算出合適的線性標定系數(shù)；所述處理器進一步利用數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺計算出的線性標定系數(shù)對測量的角度數(shù)據(jù)作線性補償；所述Can收發(fā)器用以使CanOpen協(xié)議的物理層兼容Can總線；所述CanOpen協(xié)議處理模塊用以對測量到傾斜角度數(shù)據(jù)進行CanOpen協(xié)議打包輸出；所述電源系統(tǒng)與所述傾角傳感器、濾波單元、處理器、數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺、CanOpen協(xié)議處理模塊連接，用以提供電源。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述CanOpen協(xié)議處理模塊還連接有指示燈、DIP開關(guān)；所述指示燈用以指示協(xié)議轉(zhuǎn)換的狀態(tài)；所述DIP開關(guān)用以設(shè)置CanOpen協(xié)議處理模塊工作的波特率、從節(jié)點地址。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述濾波單元為硬件濾波單元，用以對傾角傳感器輸出的模擬信號帶寬內(nèi)濾波。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述傾斜儀進一步包括高低溫溫度箱，用以對傾斜儀的零點溫漂做補償。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述傾斜儀進一步包括高低溫溫度箱，用以對傾斜儀的靈敏度溫漂做補償。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述處理器為內(nèi)置24bit模數(shù)轉(zhuǎn)化單元AD的CPU。本實用新型的有益效果在于本實用新型提出的基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀，將CanOpen協(xié)議與傾角傳感器輸出結(jié)合在一起,可以與任意CanOpen主站設(shè)備連接，獲得現(xiàn)場總線組網(wǎng)的靈活性、通用性。本實用新型將CanOpen協(xié)議與傾角傳感器輸出結(jié)合在一起，可應(yīng)用于自動控制、儀器儀表、設(shè)備制造、智能建筑、電梯網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，相對現(xiàn)有數(shù)字傾斜儀有明顯優(yōu)勢。此外，本實用新型數(shù)字化CanOpen傾斜儀內(nèi)部軟件集成了自標定算法，能夠在外部簡單的操作實現(xiàn)數(shù)字傾斜儀本身數(shù)字自動標定。

圖I為本實用新型數(shù)字化CanOpen傾斜儀的組成示意圖。圖2為本實用新型數(shù)字化CanOpen傾斜儀測量方法的流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的優(yōu)選實施例。實施例一本實用新型揭示了一種基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀，包括傾角傳感器、硬件濾波、處理器CPU、數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺、電源系統(tǒng)、Can收發(fā)器、CanOpen協(xié)議處理模塊、指示燈、DIP開關(guān)。傾角傳感器用以提供高分辨率的傾斜角度；濾波單元對所述傾角傳感器輸出的模擬信號進行濾波。處理器與所述濾波單元連接，用以對傾角傳感器輸出的經(jīng)過濾波的模擬信號進行高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，在處理器內(nèi)作數(shù)字信號濾波，達到真實地反映出傾角輸出信息，并對數(shù)字處理后的信號進行角度轉(zhuǎn)換。數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺與所述處理器連接，用以對傳傾角感器作線性補償所需的數(shù)據(jù)作測試，計算出合適的線性標定系數(shù)；所述處理器進一步利用數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺計算出的線性標定系數(shù)對測量的角度數(shù)據(jù)作線性補償。所述電源系統(tǒng)與所述傾角傳感器、濾波單元、處理器、數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺、CanOpen協(xié)議處理模塊連接，用以提供電源。Can收發(fā)器用以使CanOpen協(xié)議的物理層兼容Can總線；Can0pen協(xié)議處理模塊用以對測量到傾斜角度數(shù)據(jù)進行CanOpen協(xié)議打包輸出；指示燈用以指示協(xié)議轉(zhuǎn)換的狀態(tài)；DIP開關(guān)用以設(shè)置CanOpen協(xié)議處理模塊工作的波特率、從節(jié)點地址。請參閱圖1，本實施例中，所述CanOpen傾斜儀包括傾角傳感器4、硬件濾波5、處理器CPU3、數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺、電源系統(tǒng)6、Can收發(fā)器UCanOpen協(xié)議模塊2、指示燈7、DIP開關(guān)8。所述CPU3連接硬件濾波單元5、電源系統(tǒng)6、數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺、CanOpen協(xié)議模塊2，所述電源系統(tǒng)6連接傾角傳感器4、硬件濾波單元5、數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺、CanOpen協(xié)議模塊2。所述Can收發(fā)器I連接CanOpen協(xié)議模塊2、電源系統(tǒng)6。核心高精度MEMS傾角傳感器4可以提供很高的角度分辨率，通過硬件濾波5對高精度MEMS傾角傳感器4輸出模擬信號帶寬內(nèi)濾波，內(nèi)置24BUAD的CPU3對核心高精度MEMS傾角傳感器4輸出的模擬信號進行高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，在CPU3內(nèi)部軟件內(nèi)作數(shù)字信號濾波，達到真實地反映出傾角輸出信息。內(nèi)置24bit AD的CPU3會對數(shù)字處理后信號進行角度轉(zhuǎn)換，然后會利用外部高精度的數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺對傾角傳感器作線性補償所需的數(shù)據(jù)作測試。內(nèi)置24bit AD的CPU3利用內(nèi)部最小二乘法算法對在線測試數(shù)據(jù)運算，計算出合適的線性標定系數(shù)，并存儲于MCU內(nèi)部開辟的Flash Data存儲空間。每一次測量后，內(nèi)置24bit AD的CPU3利用事先計算 出的線性標定系數(shù)對測量的角度數(shù)據(jù)作線性補償，達到提高傾角測量的線性度的目的。所述處理器的線性補償方法包括對一組標準值&1，a2, a3，. . .，ak，和對應(yīng)該組標準值的實際測量所得一組值bi，b2，b3，...，bk，根據(jù)兩組值擬合出一個多項式ai = F(bi)，i=I. . . k,即 f = ko+kiC+^^+kgC3+. . . +kmCm, k0, k” k2, k3,. . .，km 為多項式系數(shù)，C =a1； a2, a3, . . .，ak ;利用最小二乘法算法,求解多項式擬合的系數(shù)kQ, k1； k2, k3, . . .，km,處理器的MCU程序?qū)⒃摱囗検焦袒渲校⒗迷摱囗検綄Σ杉臄?shù)據(jù)進行多項式計算，即數(shù)據(jù)補償。此外,所述數(shù)字化CanOpen傾斜儀進一步包括高低溫溫度箱,用以對傾斜儀的零點溫漂和靈敏度溫漂做補償。利用外部設(shè)備高低溫實驗箱對核心高精度MEMS傾角傳感器I作溫度補償測試(靈敏度溫漂、零點溫漂)，內(nèi)置24bitCPU3利用內(nèi)部最小二乘法算法對在線對測試數(shù)據(jù)處理、運算，計算出溫度補償系數(shù)，并存儲于內(nèi)部開辟的存儲空間內(nèi)，以后每-次測量數(shù)據(jù)輸出都會被溫度補償系數(shù)修正，能夠很好地降低溫度對傳感器的影響。零點溫漂補償方法包括對傾斜儀的零點輸出做溫度試驗，測量出傾斜儀的零點輸出受溫度影響的變化，利用最小二乘法擬合出零點輸出與溫度變化之間的多項式關(guān)系式，Z = Z(T)，即 Z(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+. · · +kmTm，其中，k。，k1； k2, k3,. . . , km 為多項式系數(shù)；利用最小二乘法算法，求解多項式擬合的系數(shù)U k1； k2, k3，. . .，km，處理器的MCU程序?qū)⒃摱囗検焦袒渲?，并利用該關(guān)系式對零點輸出做補償。靈敏度溫漂補償方法包括對傾斜儀的靈敏度做溫度試驗，測量出傾斜儀的靈敏度受溫度影響的變化，利用最小二乘法擬合出靈敏度與溫度變化之間的多項式關(guān)系式，S=S(T)，即 S(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+. · · +kmTm，其中，k0, k” k2, k3，· · ·，km 為多項式系數(shù)；利用最小二乘法算法,求解多項式擬合的系數(shù)1 , k1； k2, k3，...，km,處理器的MCU程序?qū)⒃摱囗検焦袒渲校⒗迷撽P(guān)系式對靈敏度做補償。上述三個補償步驟使用了最小二乘法；三個補償步驟中，多項式的系數(shù)k0, k1； k2, k3,. . .，kn根據(jù)實際情況計算,在三個補償步驟中多項式的系數(shù)1 , k1； k2, k3,. . .，km并不要求相等。以上介紹了本實用新型數(shù)字化CanOpen傾斜儀的組成，本實用新型在揭示上述數(shù)字化CanOpen傾斜儀的同時,還揭示一種上述數(shù)字化CanOpen傾斜儀的測量和傳輸方法；請參閱圖2，所述測量和傳輸方法包括如下步驟[0036]步驟SI傾角傳感器提供高分辨率的傾斜角度，濾波單元對傾角傳感器輸出的模擬信號濾波；步驟S2處理器對傾角傳感器輸出的經(jīng)過濾波的模擬信號進行高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，在處理器內(nèi)作數(shù)字信號濾波，達到真實地反映出傾角輸出信息；步驟S3處理器對數(shù)字處理后的信號進行角度轉(zhuǎn)換，利用外部高精度的數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺對傾角傳感器作線性補償所需的數(shù)據(jù)作測試，所述處理器利用最小二乘法算法對在線測試數(shù)據(jù)運算，計算出合適的線性標定系數(shù)，并存儲于處理器內(nèi)的存儲空間；步驟S4每一次測量后，處理器利用事先計算出的線性標定系數(shù)對測量的角度數(shù)據(jù)作線性補償，達到提高傾角測量的線性度的目的。步驟S5每一次數(shù)據(jù)修正后，處理器將傾角數(shù)據(jù)通過CanOpen協(xié)議模塊進行數(shù)據(jù)打包，再由Can收發(fā)器發(fā)送到Can總線上,達到CanOpen協(xié)議角度數(shù)據(jù)的Can接口輸出的目的。·[0041]綜上所述,本實用新型提出的基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀,將CanOpen協(xié)議與傾角傳感器輸出結(jié)合在一起，可以與任意CanOpen主站設(shè)備連接，獲得現(xiàn)場總線組網(wǎng)的靈活性、通用性。本實用新型將CanOpen協(xié)議與傾角傳感器輸出結(jié)合在一起,可應(yīng)用于自動控制、儀器儀表、設(shè)備制造、智能建筑、電梯網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，相對現(xiàn)有數(shù)字傾斜儀有明顯優(yōu)勢。此外，本實用新型數(shù)字化CanOpen傾斜儀內(nèi)部軟件集成了自標定算法，能夠在外部簡單的操作實現(xiàn)數(shù)字傾斜儀本身數(shù)字自動標定。這里本實用新型的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本實用新型的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實用新型可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本實用新型范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
權(quán)利要求1.一種基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀，其特征在于，所述智能傾斜儀包括傾角傳感器、硬件濾波、處理器、數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺、電源系統(tǒng)、Can收發(fā)器、CanOpen協(xié)議處理模塊； 所述傾角傳感器用以提供高分辨率的傾斜角度； 所述濾波単元與所述傾角傳感器連接，用以對所述傾角傳感器輸出的模擬信號進行濾波； 所述處理器與所述濾波單元連接，用以對傾 角傳感器輸出的經(jīng)過濾波的模擬信號進行高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，在處理器內(nèi)作數(shù)字信號濾波，達到真實地反映出傾角輸出信息，并對數(shù)字處理后的信號進行角度轉(zhuǎn)換； 所述數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺與所述處理器連接，用以對傳傾角感器作線性補償所需的數(shù)據(jù)作測試，計算出合適的線性標定系數(shù)；所述處理器進ー步利用數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺計算出的線性標定系數(shù)對測量的角度數(shù)據(jù)作線性補償； 所述Can收發(fā)器用以使CanOpen協(xié)議的物理層兼容Can總線； 所述CanOpen協(xié)議處理模塊用以對測量到傾斜角度數(shù)據(jù)進行CanOpen協(xié)議打包輸出；所述電源系統(tǒng)與所述傾角傳感器、濾波單元、處理器、數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺、CanOpen協(xié)議處理模塊連接，用以提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀，其特征在于 所述CanOpen協(xié)議處理模塊還連接有指示燈、DIP開關(guān)；所述指示燈用以指示協(xié)議轉(zhuǎn)換的狀態(tài)；所述DIP開關(guān)用以設(shè)置CanOpen協(xié)議處理模塊工作的波特率、從節(jié)點地址。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀，其特征在于 所述濾波單元為硬件濾波單元，用以對傾角傳感器輸出的模擬信號帶寬內(nèi)濾波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀，其特征在于 所述傾斜儀進一歩包括高低溫溫度箱，用以對傾斜儀的零點溫漂做補償。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀，其特征在于 所述傾斜儀進一歩包括高低溫溫度箱，用以對傾斜儀的靈敏度溫漂做補償。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀，其特征在于 所述處理器為內(nèi)置24bit模數(shù)轉(zhuǎn)化単元AD的CPU。
專利摘要本實用新型揭示了一種基于CanOpen現(xiàn)場總線的智能傾斜儀，包括傾角傳感器、硬件濾波、處理器、數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺、電源系統(tǒng)、Can收發(fā)器、CanOpen協(xié)議處理模塊。濾波單元用以對所述傾角傳感器輸出的模擬信號進行濾波；處理器用以對傾角傳感器輸出的經(jīng)過濾波的模擬信號進行高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，在處理器內(nèi)作數(shù)字信號濾波，并對數(shù)字處理后的信號進行角度轉(zhuǎn)換；數(shù)顯分度轉(zhuǎn)臺用以對傳傾角感器作線性補償所需的數(shù)據(jù)作測試，計算出合適的線性標定系數(shù)；Can收發(fā)器用以使CanOpen協(xié)議的物理層兼容Can總線；CanOpen協(xié)議處理模塊用以對測量到傾斜角度數(shù)據(jù)進行CanOpen協(xié)議打包輸出。本實用新型將CanOpen協(xié)議與傾角傳感器輸出結(jié)合在一起，可以與任意CanOpen主站設(shè)備連接，獲得現(xiàn)場總線組網(wǎng)的靈活性、通用性。
文檔編號G01C25/00GK202757614SQ20122042593
公開日2013年2月27日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者高成, 張峰 申請人:上海輝格科技發(fā)展有限公司