基于单片机的数字水平仪设计毕业论文.doc

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1、基于单片机的数字水平仪设计毕业论文目录1.引言11.1课题研究背景和意义11.2国内外的发展现状和趋势11.3系统设计12.方案论证22.1系统方案选择22.2模块设计方案23．水平仪总体设计33.1硬件设计33.1.1数据采集模块33.1.2单片机模块123.1.3LCD液晶显示模块133.2软件设计143.2.1I2C总线协议分析153.2.2液晶显示驱动163.2.3ADXL345软件模块173.2.4ADXL345误差校准174.实验结果185.总结20致谢21参考文献22附录A源程序23陕西理工学

2、院毕业设计1.引言1.1课题研究背景和意义随着科学技术的发展，电子水平仪已经成为一种发展趋势。而伴随着计算机技术的不断更新，微控制器在工业测量和应用中越来越广泛，从而使计量检测仪器越来越数字化，微型化，准确化，智能化。由于数字水平仪的优点显著，目前已经广泛应用于路线水平测量、变形监测、水位基准测量、工业测量等各个领域。而伴随着精密仪器制造技术的发展，已有的水平仪不能满足精度要求，性能更好的智能电子水平仪具有重要意义。为了提高水平仪的测量精度，摆脱传统水平仪数字化程度低，数据处理能力差，抗震能力差等缺点，需要

3、利用现代科技设计一种新的水平仪。基于MEMS传感器，数字信号处理，单片机的智能水平仪是今后的发展方向，它可以应用于建筑、石油、煤矿和地质勘探等领域。在本次毕业设计中，将STC89C52单片机和ADI公司生产的加速度传感器ADXL345相结合，实现了高精度数显智能水平仪的设计。1.2国内外的发展现状和趋势我国是在90年代的中后期才开始引进数字水平仪的，虽然数字水平仪在国内使用的时间比较短，但是使用范围和数量正在逐年扩大。近年来，我国在水平仪的研制和开发上面取得了很大的进展。目前来看，广泛应用的水平仪在原理上都

4、是以铅垂线为基准，这种水平仪主要有电容式和电感式两类。而当前广泛应用于各个领域的数字式电子水平仪中几乎采用的都是电容式传感器[1]。目前来看，国内发展的已有的水平仪已经不能很好的满足生产和应用的需求，而且国内数字水平仪的生产和制造能力与国外相比比较落后。尤其是存在着数字化程度不高，对数据缺乏处理能力，无法一次性准确的测量出被测面倾斜角和方位角等缺点。近年来，国内在水平仪的开发方面取得了不少进展。国外的生产厂家繁多，种类齐全，所生产的产品也测量速度越来越快，功耗越来越低，国内除台湾做的比较好外，大陆也有几家具

5、备研发和生产能力，如上海华虹、海尔等。1.3系统设计本次的毕业设计利用单片机和三轴加速度传感器，设计一种高精度、大角度测量范围,并且可以实时显示的便携式智能水平仪。该水平仪的测量角度显示在90度以内，并且可以通过三个轴的加速度正负值，判断角度的倾斜方向。在硬件方面，通过对比，ADXL345三轴加速度传感器具备数字输出，高精度，误差小等优点，因此选择了ADXL345芯片作为倾角的传感器，同时选择了集成的单片机STC89C52、LCD液晶显示屏和一些基本元件，用过按键锁定屏幕上所显示的角度，且当角度大于0度小于

6、5度时二极管闪烁，当角度等于0时二极管亮，这样给人更直观的指示。在软件方面，本次设计采用C语言在Keil软件中编程，使用I2C通信方式实现单片机和传感器之间的的数据传输；利用数学方法推出的角度计算公式来计算角度的大小；最后经过实际测量角度，计算出传感器的测量误差，在偏移寄存器中进行校准。第31页共31页陕西理工学院毕业设计2.方案论证2.1系统方案选择方案1：利用光学反射放大镜和传感器在VB平台上设计一种应用程序，通过计算机与电子水平仪的串行通信，实现计算机对数字水平仪的控制。由于采用VB设计，所以设计较复

7、杂，需要光学以及测绘知识的应用，而且电路程序比较繁琐。方案2：采用三轴加速度传感器感应水平倾角，将所测得的数据使用I2C的通信方式传给单片机，通过STC89C52单片机编译好的程序进行计算，然后将倾角直接在LCD屏幕上显示出来，并辅助按键锁定屏幕显示角度，用LED发光二极管指示灯来指示所测角度的大小。单片机主要用于工业过程控制及智能控制仪器中，已经显示出了巨大的优越性。单片机的编程灵活，控制简单，能够很好地控制水平仪来实现精度检测和角度显示。综上所述，选择方案二，采用单片机STC89C52构成系统控制部分。

8、2.2模块设计方案（1）数据采集模块用于测量倾角的芯片有三种类型，分别是ADXL345三轴加速度传感器、mma7455三轴加速度传感器、三轴陀螺仪。通过对比，ADXL345具备数字输出，高精度（3.9mg/LSB）,误差小等优点，因此选择了ADXL345芯片作为测量倾角的传感器。（2）控制模块采用单片机STC89C52作为系统的控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可以用软件编程实现各种算法，并且