毕业论文 水平仪的设计与研究.doc
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毕业论文 水平仪的设计与研究,摘要基于传感器、数字信号处理、单片机技术的数字水平仪是当前倾角测试仪器数字化发展的方向。利用角度传感器感应水平倾角，通过信号处理和单片机的控制、运算将倾角以数值的形式直接在数码管上显示或上传到计算机进行显示、处理，从而使角度测量变得方便、快捷， 实现了倾角的高精度测量。本文提出了差动式倾角电容传感器在分辨力为0．001...
内容介绍
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摘要
基于传感器、数字信号处理、单片机技术的数字水平仪是当前倾角测试仪器数字化发展的方向。利用角度传感器感应水平倾角，通过信号处理和单片机的控制、运算将倾角以数值的形式直接在数码管上显示或上传到计算机进行显示、处理，从而使角度测量变得方便、快捷， 实现了倾角的高精度测量。
本文提出了差动式倾角电容传感器在分辨力为0．001mm/m 的智能电子水平仪的应用方案，差动输出信号通过交流放大、整流滤波、直流放大后被送到A/D转换器。采用ICL8038集成芯片作为差动电容电桥的激励电源，使用AD7706对所得信号进行A/D转换，并给出了零点和温度补偿方法。通过对温度补偿原理的理论推导，提出了智能电子水平仪中的温度补偿策略。提出了使用软件和硬件结合等多项自动补偿与自动校正技术进行温度补偿，最大限度简化了电路，提高了系统的稳定性和可靠性。
关键词 智能电子水平仪；差动电容传感器；温度补偿；自动调零
Abstract
Based on sensor, digital signal process and SCM technology，a high precision digital gradienter is introduced．By using angle sensor to measure level obliquity，and using M CU to control and calculate level obliquity，the value of level obliquity given by numerical form is showed through digitron，or uploaded to computer to display and process．The measurement by using the digital gradienter is convenient，while rapid operated，and has high precision．
The application proposal of differential capacitive sensor in intellectual electronic level gauge with resolution 0.001mm/m was introduced．Differential output signal was sent to the A / D converter, through the AC zoom, rectification filter and DC zoom. It used integrated chip ICL8038 to excite the differential capacitor bridge．AD7706 was used to convert the sampling signals to digital signa1．Finally the key point for temperature compensation and zero compensation were introduced. Via the theoretic derivation of temperature compensation，the temperature compensation strategy of intellect electronic level instrument is introduced．Several automatic compensation and automatic calibration techniques, such as integration of software and hardware，are put forward to simplify the electric circuit and improve the stability and reliability of the system ．
Keywords intellectual electronic level gauge; differential capacity principle; temperature compensation; Automatic zero adjust
目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.1.1 课题的目的和意义 1
1.1.2 国内外在该方向的研究现状及分析 1
1.2 课题任务 3
1.3 本文结构 4
第2章 电子水平仪的总体设计 5
2.1 方案的确定 5
2.1.1 温度补偿的方案 6
2.1.2 零点补偿的方案 7
2.2 传感器的选择 8
2.2.1 电容传感器 8
2.2.2 本课题所采用的传感器类型 12
2.3 A/D转换器的选择 12
2.3.1 AD转换器的分类及介绍 12
2.3.2 本课题中对AD转换器的选择 14
2.4 单片机的选择 14
2.5 本章小结 15
第3章 系统的硬件设计 16
3.1 倾角传感器的设计 16
3.1.1 差动电容传感器测角原理 16
3.1.2 差动电容传感器结构设计 16
3.2 角度转换模块的设计 17
3.2.1 激励源电路设计 18
3.2.2 测量电桥 20
3.2.3 第一级放大电路 21
3.2.4 整流滤波电路 23
3.2.5 第二级放大电路 27
3.3 数据处理模块的设计 29
3.3.1 信号采集与A/D转换 29
3.3.2 单片机测量系统设计 33
3.3.3 LED显示 36
3.3.4 温度与零点误差补偿 38
3.4 本章小结 41
第4章 系统的软件设计 42
4.1 总体流程图 42
4.2 按键服务程序 43
4.3 滤波程序 43
4.4 AD转换程序 44
4.5 数据处理 46
4.6 LED显示程序 46
4.7 自动调零程序 46
4.8 本章小结 47
结论 48
参考文献 49
致谢 51
附录1 开题报告 52
附录2 文献综述 61
附录3 中期报告 67
附录4 文献翻译 75
附录5 文献翻译原文 83
基于传感器、数字信号处理、单片机技术的数字水平仪是当前倾角测试仪器数字化发展的方向。利用角度传感器感应水平倾角，通过信号处理和单片机的控制、运算将倾角以数值的形式直接在数码管上显示或上传到计算机进行显示、处理，从而使角度测量变得方便、快捷， 实现了倾角的高精度测量。
本文提出了差动式倾角电容传感器在分辨力为0．001mm/m 的智能电子水平仪的应用方案，差动输出信号通过交流放大、整流滤波、直流放大后被送到A/D转换器。采用ICL8038集成芯片作为差动电容电桥的激励电源，使用AD7706对所得信号进行A/D转换，并给出了零点和温度补偿方法。通过对温度补偿原理的理论推导，提出了智能电子水平仪中的温度补偿策略。提出了使用软件和硬件结合等多项自动补偿与自动校正技术进行温度补偿，最大限度简化了电路，提高了系统的稳定性和可靠性。
关键词 智能电子水平仪；差动电容传感器；温度补偿；自动调零
Abstract
Based on sensor, digital signal process and SCM technology，a high precision digital gradienter is introduced．By using angle sensor to measure level obliquity，and using M CU to control and calculate level obliquity，the value of level obliquity given by numerical form is showed through digitron，or uploaded to computer to display and process．The measurement by using the digital gradienter is convenient，while rapid operated，and has high precision．
The application proposal of differential capacitive sensor in intellectual electronic level gauge with resolution 0.001mm/m was introduced．Differential output signal was sent to the A / D converter, through the AC zoom, rectification filter and DC zoom. It used integrated chip ICL8038 to excite the differential capacitor bridge．AD7706 was used to convert the sampling signals to digital signa1．Finally the key point for temperature compensation and zero compensation were introduced. Via the theoretic derivation of temperature compensation，the temperature compensation strategy of intellect electronic level instrument is introduced．Several automatic compensation and automatic calibration techniques, such as integration of software and hardware，are put forward to simplify the electric circuit and improve the stability and reliability of the system ．
Keywords intellectual electronic level gauge; differential capacity principle; temperature compensation; Automatic zero adjust
目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.1.1 课题的目的和意义 1
1.1.2 国内外在该方向的研究现状及分析 1
1.2 课题任务 3
1.3 本文结构 4
第2章 电子水平仪的总体设计 5
2.1 方案的确定 5
2.1.1 温度补偿的方案 6
2.1.2 零点补偿的方案 7
2.2 传感器的选择 8
2.2.1 电容传感器 8
2.2.2 本课题所采用的传感器类型 12
2.3 A/D转换器的选择 12
2.3.1 AD转换器的分类及介绍 12
2.3.2 本课题中对AD转换器的选择 14
2.4 单片机的选择 14
2.5 本章小结 15
第3章 系统的硬件设计 16
3.1 倾角传感器的设计 16
3.1.1 差动电容传感器测角原理 16
3.1.2 差动电容传感器结构设计 16
3.2 角度转换模块的设计 17
3.2.1 激励源电路设计 18
3.2.2 测量电桥 20
3.2.3 第一级放大电路 21
3.2.4 整流滤波电路 23
3.2.5 第二级放大电路 27
3.3 数据处理模块的设计 29
3.3.1 信号采集与A/D转换 29
3.3.2 单片机测量系统设计 33
3.3.3 LED显示 36
3.3.4 温度与零点误差补偿 38
3.4 本章小结 41
第4章 系统的软件设计 42
4.1 总体流程图 42
4.2 按键服务程序 43
4.3 滤波程序 43
4.4 AD转换程序 44
4.5 数据处理 46
4.6 LED显示程序 46
4.7 自动调零程序 46
4.8 本章小结 47
结论 48
参考文献 49
致谢 51
附录1 开题报告 52
附录2 文献综述 61
附录3 中期报告 67
附录4 文献翻译 75
附录5 文献翻译原文 83
