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基于PIC16F877A单片机和SCA60C芯片实现帆船姿态仪的设计

来源:单片机与嵌入式系统应用 作者:张晓静,战智涛 2020-04-27 09:59 次阅读

随着2008年北京奥运会的临近,帆船运动越来越受到人们的重视,如何利用现代科技手段辅助训练,来提高比赛成绩显得尤为重要。从赛场实时采集数据指导训练和减轻帆船教练工作强度方面考虑,设计帆船姿态仪,可使教练员了解每位运动员具体的训练细节,提高工作效率。

1、帆船姿态仪的系统设计

基于PIC16F877A设计的帆船姿态仪,能采集帆船行驶过程中的前后仰俯角、左右摇摆角、桅杆旋转角和GPS系统记录帆船行驶轨迹。系统每0.5s将采集到的数据记录1次,记录时间大约为5 h(小时)。上位机通过RS232接口,可将存储的数据读取上来。上位机可以形象地将帆船行驶轨迹、帆船前后仰俯角、左右摇摆角等数据显示出来。它的系统结构框图如图1所示。

基于PIC16F877A单片机和SCA60C芯片实现帆船姿态仪的设计

2、帆船姿态仪的硬件设计

PIC16F877A单片机作为处理器,通过采集倾角传感器SCA60C检测帆船的倾斜角度,然后将检测到的数据存储到AT45D081A-RI大容量Flash存储器中。其部分硬件电路如图2所示。

DS1302时钟芯片记录测控系统中的数据,并在记录时进行时间标定。其软硬件设计简单,时间记录准确,既避免了连续记录的大工作量,又避免了定时记录的盲目性。DS1302与CPU的连接仅需要3条线,即SCLK、I/O、RST。DS1302与单片机连接的电路原理如图2所示。

采用双电源供电方式,以便在没有主电源的情况下仍能保存时间信息以及数据。DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电,当VCC2小于VCC1时,VCC1给DS1302供电。

AT45D081A-RI是Atmel公司生产的大容量Flash存储器,容量为4 Mb。它采用串行方式传送数据,单5V电源供电;具有功耗低、体积小、容量大、传送快,与CMOS和TTL电平兼容以及掉电后数据不丢失等特点,因此,其硬件设计与软件编程都很容易。

系统通过RS232C通信方式与上位机通信,将帆船在海中行进的姿态传送到上位机,最后由上位机软件管理和显示。

3、倾角传感器的选取

系统采用上海朗尚科贸有限公司的SCA60C高精度倾角传感器检测帆船的倾斜角度,通过不同的安装方式检测帆船前后仰俯角和左右摇摆角。SCA60C实际上是一个加速度计,内部由一个硅微传感器和信号处理芯片组成;SMD形式封装;通过测量地球引力在测量方向上的分量,再将其转换为倾斜角度,其模拟输出特性如图3所示。箭头标明了加速度的正方向,如果帆船沿箭头所指方向有加速度,或按图3所示的方向倾斜,则输出值增大。

其中,Offset是帆船在0 g位置时的电压输出(一般输出值为2.5 V),Sensitivity是设备的灵敏度(通常灵敏度为2 V/g)。为得到最好的精确度,应当用实际输出值代替通常值。

4 、上位机软件设计

采用Delphi软件设计帆船姿态仪的上位机,将帆船姿态仪采集存储的数据通过串口读取上来,利用上位机软件对读取上来的数据进行管理,并以曲线的形式形象地显示出来,教练员可以在上位机上了解运动员训练的具体情况。软件界面如图4所示。

5、结 语

帆船姿态仪安装调试简单,技术先进,功能丰富,维护方便,可帮助帆船运动员进行科学的训练,迎接2008年北京奥运会。

责任编辑:gt

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    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 加速度计类型 : MEMS DC 即插即用加速度计传感器类型 : 直流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接 : 一体式电缆 电气特征 满量程输出电压 (VDC): ±2 励磁电压 (VDC): 8 – 36 零加速输出 (mV): ±100 励磁电流 (mA): 5 信号特征 频率响应 (Hz): 0-300 主体特性 轴数 : 1 重量 : 7 g [ .245 oz ] ...
    发表于 08-21 01:00 94次 阅读

    4000A-050-030 4000A-050-030 即插即用加速度传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 加速度计类型 : MEMS DC 即插即用加速度计传感器类型 : 直流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接 : 一体式电缆 电气特征 满量程输出电压 (VDC): ±2 励磁电压 (VDC): 8 – 36 零加速输出 (mV): ±100 励磁电流 (mA): 5 信号特征 频率响应 (Hz): 0-800 主体特性 轴数 : 1 重量 : 7 g [ .245 oz ] ...
    发表于 08-21 01:00 83次 阅读

    603-0100-120 603-0100-120 速率和惯性传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 速率和惯性传感器类型 : Rate Sensors/Gyros 电气特征 励磁电压 (VDC): 5 – 16 尺寸 尺寸 MM : 20.8 x 20.8 x 14.5 使用环境 工作温度范围 : -40 – 105 °C [ -40 – 221 °F ] 包装特性 速率和惯性传感器包装 : Anodized Aluminium 其他 精确度 : ±0.5% Non-Linearity FS 范围 (±) DEG/SEC : 100...
    发表于 08-21 01:00 60次 阅读

    20010631-00 610-12K-276 速率和惯性传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 速率和惯性传感器类型 : Rate Sensors/Gyros 电气特征 励磁电压 (VDC): 5 – 16 尺寸 尺寸 MM : 14.6 x 10.2 x 7.6 使用环境 工作温度范围 : -40 – 105 °C [ -40 – 221 °F ] 包装特性 速率和惯性传感器包装 : Anodized Aluminium 其他 精确度 : ±0.5% Non-Linearity FS 范围 (±) DEG/SEC : 12000...
    发表于 08-21 01:00 40次 阅读

    62105012-000 62105012-000 位置传感器配套仪表

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  电气特征 线路电源电压要求 (VDC): ±12, ±15 信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型 (VDC): ±10 励磁电压 (Vrms): 3 信号特征 励磁频率 (kHz): 2.5 – 10 机械附件 信号调节 - LVDT/RVDT 安装 : Printed Circuit Board Edge or Terminal Block 使用环境 工作温度范围 : -1 – 55 °C [ 30 – 130 °F ] 其他 传感器类型 : 带 5 或 6 根导线的 LVDT 或 RVDT 传感器通道 : 1 ...
    发表于 08-21 01:00 52次 阅读

    67010001-000 67010001-000 线性位移传感器 - LVDT

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  使用环境 工作温度范围 : 5 – 60 °C [ 41 – 140 °F ]
    发表于 08-21 01:00 54次 阅读

    7104A-0050 7104A-0050 即插即用加速度传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 加速度计类型 : IEPE 即插即用加速度计传感器类型 : 交流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接 : 10-32 同轴连接器 电气特征 满量程输出电压 (VDC): ±5 励磁电压 (VDC): 18 – 30 励磁电流 (mA): 2 – 10 信号特征 频率响应 (Hz): 0.3-10000 主体特性 轴数 : 1 重量 : 8.6 g [ .303 oz ] 材料 : 不锈钢 ...
    发表于 08-21 01:00 46次 阅读

    72162000-020 72162000-020 倾角传感器和倾角仪

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  结构特性 接口 : 模拟 电气特征 电源电压 (VDC): 12 – 24 模拟接口 (mA): 4 – 20 端接特性 倾角传感器和测斜仪安装 : 垂直 尺寸 尺寸 (mm): 最多 70 倾角传感器和测斜仪精确度 (°): 最多 +/- .5 分辨率 (°): 最多 +/- .01 使用环境 测量原理 : 液体 工作温度范围 : -25 – 60 °C [ -13 – 140 °F ] 包装特性 倾...
    发表于 08-21 01:00 43次 阅读

    11106140-00 AST4300A05000P4P1000 压力传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 压力传感器类型 : 非易燃压力变送器 压力类型 : 测量仪 结构特性 压力端口/接头 : 1/4 MNPT 电气连接 : 10 英尺导管 电气特征 压力传感器电源电压 (V): 10 – 28 主体特性 端口材料 : 316L 使用环境 压力 : 344.73 bar [ 5000 psi ] 工作温度范围 : -40 – 80 °C [ -40 – 176 °F ] 操作/应用 耐压范围 : 2X,最小值 ...
    发表于 08-21 01:00 108次 阅读

    11108715-00 AST4600A02000P4W1000 压力传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 压力传感器类型 : 防爆型压力变送器 压力类型 : 测量仪 结构特性 压力端口/接头 : 1/4 MNPT 电气连接 : 导管 2 m 引线 电气特征 压力传感器电源电压 (V): 10 – 28 主体特性 端口材料 : 316L 使用环境 工作温度范围 (°C): -40 – 85 工作温度范围 (°F): -40 – 185, -40 – 185 操作/应用 耐压范围 : 2X,最小值 ...
    发表于 08-21 01:00 68次 阅读