基于傾角傳感器的傾角測量系統設計

4．1 傳感器數據采集與計算
對于傳感器采集，當CSB引腳為低電平時有效，允許傳輸數據。數據在傳輸時，高位在前，低位在后。MISO線上的數據在SCK下降沿傳輸，MOSI線上的數據在SCK上升沿傳輸。加速度數據量SPI傳輸時序如圖6所示。單片機首先通過MOSI線向傳感器發送一個(組)命令，傳感器在接收到完成命令后，開始連續傳輸數據。這里的命令為8位信息，加速度數據量為11位信息，常用的命令有RDAX(0001，0000)和RDAY(0001，0001)，分別表示讀取X／Y軸加速度數據量。

傳感器輸出的X軸與Y軸加速度信息均為11位數字量，其范圍為0～2 048，零度位置對應的數據量為1 024。根據下述公式可將輸出的加速度數字量轉換為實際傾角值：

其中，Dout表示X／Y軸輸出的數字量；Dout@0°表示零度偏移量(即1 024)；Sens表示傳感器靈敏度，由VTI廠商提供，對于SCA100T傾角傳感器，該值為1683；α’表示預設的平臺水平角度，默認為0。
4．2 串口命令
圖7為串口與單片機通信的數據幀格式。圖中每幀有16個字節，開始兩個字節是幀頭(0xFFAA)，接著是兩個字節的數據類型，其類型主要有3種：請求數據(0x0001)、預設警界角度(0x0010)、預設水平角度(0x0011)。然后是10個字節的數據位，通常數據位為2個4字節的數據(整形或浮點型)，為了避免出現數據對齊問題，在后面加入兩個值為0的字節。最后是兩個字節的校驗位，采用CRC-16進行校驗。

數據發送由上層控制器主動發送，傾角測量系統被動響應。當上層控制器向單片機發送數據請求時，其數據位置0；系統收到請求命令后，將傾角信息填入數據位，發送給上層控制器。當上層控制器向單片機發送預設警界傾角值時，將預設角度值填入數據位；單片機收到后，將數據寫入EEPROM中并發送反饋，反饋幀以同樣的類型發送，但是數據位填入全0。當上層控制器向單片機發送預設水平角度值時，其操作類似預設警界傾角值，只是類型不同。
4．3 串口超級終端模擬
在Windows XP或是Windows 2000操作系統下，在開始→菜單＼程序＼附件＼通信下可以看到“超級終端”，這是Windows自帶的通信終端工具。在超級終端里輸入字符時，會自動發送出去，但是如果沒有反饋，是不會顯示輸入的字符信息的。因此，模擬超級終端需要做兩件事：一是接收用戶在超級終端里輸入的字符；二是將輸入的字符反饋回來，供用戶查看。采用超級終端的方法可以避免用戶直接使用命令操作的過程，所有的命令對用戶來說都是透明的，用戶只需要根據提示信息，輸入相關信息即可完成預設配置工作。圖8所示為預設配置示意圖。

結語
本文以塔式起重機為應用背景設計了這款傾角測量系統，系統在實際應用中工作良好，達到了預期的效果，能實時監測塔式起重機支架的平衡性，對預防建筑施工事故起到了重要的作用。系統探討了SCA100T傳感器的使用方法，在設計時考慮了兩種應用方式，對于系統的擴展起到了很好的作用；同時，模擬了串口超級終端來配置系統信息，以此來替代小鍵盤。