便携式无线倾角传感器测量系统的设计.pdf

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1、2016年仪表技术与传感器2016第8期InstrumentTechniqueandSensorNo．8便携式无线倾角传感器测量系统的设计郭涛，魏明明，王超(中北大学，电子测试技术国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原oa0oS1)摘要：在研究加速度传感器测量倾角原理的基础上，利用射频芯片CC2530和三轴加速度传感器ADXL345，以及ZigBee无线通信协议，设计了一种结构简单的无线倾角测量系统。通过试验验证该系统测量精度较高，能够满足大多数领域对角度测量精度的要求，且具有成本低、功耗低、通信

2、效率高等优点，可广泛应用于测量、监测、报警等领域。关键词：倾角测量；无线传感器；CC2530；ADXL345中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2016)08—0005—04DesignofPortableWirelessAngleSensorMeasurementSystemGUOTao，WEIMing—ming，WANGChao(NorthUniversityofChina，NationalKeyLaboratoryforElectronicMeasurementTechnology，

3、KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，MinistryofEducation，Taiyuan030051，China)Abstract：Onthebasisofdiscussingthetheorythatmeasuretheangleusinganaccelerationsensor，asimplestructureofwirelessinclinationmeasurementsystemwasdesignedusingRFchipCC25

4、30，tri—axialaccelerometersensorADXL345andZig-Beewirelesscommunicationprotoco1．Throughexperiments，itprovesthemeasurementaccuracyishigh，whichcanmeetthere-quirementsinmostareas．Andlowcost，lowpowerandhighefficiencycommunicationcanbewidelyusedinmeasuring，monito·ring，

5、alarmandotherfields．Keywords：inclinationmeasurement；wirelesssensor；CC2530；ADXL3450引言统倾角。图中，是重力加速度与轴的夹角，卢是重随着科技的发展，倾角的测量在设备安装、机器力加速度与y轴的夹角，y是重力加速度与Z轴的夹人控制等领域发挥着越来越重要的作用l1]。而传统角。测量轴向倾角原理图，如图2所示。的倾角传感器虽然精度很高．但在无市电供应或不适合直接接触的环境下并不能完成测量工作。因此设计体积小、功耗低的便携式倾角测量系统十分必要。由于

6、加速度计的输出经处理可得到与倾斜角成正比的加速度信号。因此可利用加速度计来间接测量物体相对于水平面的倾斜角[2]。同时使用超低功耗图1三轴加速度分量与倾角关系图2在轴上测量原理图的ZigBee无线传输协议。能有效解决目前的倾角传感由于重力加速度g的方向竖直向下，当空间平面器测量精度不够、价格昂贵、体积大、功耗低等不水平，即与重力加速度不垂直时，重力加速度在这问题引。个空间平面上的投影不为0。通过加速度传感器感应1倾角测量原理轴上的重力加速度，经过转换可得到平面倾角[4]。传角度传感器是基于重力加速度原理而设计的。感器输

7、出与重力之间存在下列关系：如图1所示，ADXL345不直接测量倾斜角度，而是通过测量静止状态下X，Y，Z三轴的加速度，利用重力加sina=a／g(1)式中a为加速度传感器的加速度值的输出。速度与其在三轴加速度传感器的，y，z三轴的分量因此可知：关系，计算出各轴与重力加速度的夹角，从而得出系o／=arcsin(aX／g)(2)=arcsin(ay／g)(3)基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2015AA042601)收稿日期：2015—12-216InstrumentTechniqueandSensor

8、Aug．2016T=arcsin(GtZ／g)(4)到单片机的I／O引脚上，并通过控制时钟线SCL的高2方案设计低电平来控制传感器的工作方式。再进一步计算其加系统设计框图如图3所示，左侧部分为数据采集速度值，进而可以转换得到倾角值。传感器部分的外单元，右侧部分为数据显示控制单元，以无线射频方围电路如图4所示。式进行通信。具体工作过