低功耗便攜式傾角測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

李杭晉，潘為剛，李易庭，韓耀振

(山東交通學(xué)院 信息科學(xué)院與電氣工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357)

在建筑行業(yè)、水利建設(shè)、道路施工、通訊設(shè)施、天線定位等領(lǐng)域，均需要角度測(cè)量?jī)x，用于測(cè)量地面平整度、傾斜度、平臺(tái)的水平度等。設(shè)計(jì)了一款通用的低功耗傾角測(cè)量?jī)x，能夠測(cè)量并顯示角度，精度達(dá)±0.1o，并且整機(jī)靜態(tài)功耗約為175 μA。系統(tǒng)選用低功耗MSP430F1459單片機(jī)控制MMA8451采集3個(gè)軸上的加速度并用低功耗LCD玻璃片顯示角度。

1 測(cè)量原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)量原理

角度測(cè)量原理圖如圖1所示。

圖1 角度測(cè)量原理圖

由加速度傳感器測(cè)得的3個(gè)軸上的電壓,經(jīng)過RC濾波后，分別得到Ax,Ay,Az。Ax,Ay在xOy平面的合量在水平面的投影為

Az在水平面的投影為

式中 X0,Y0,Z0分別為加速度在x，y，z三軸上的轉(zhuǎn)換初值。

由于合向量為0，則

則斜面的傾角θ計(jì)算公式為

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傾角儀采用專用于角度測(cè)量的MMA8451加速度傳感器，8位/14位精度，電源1.95～3.6 V，直接輸出數(shù)字量，選用14位精度時(shí),分辨率為0.02°，考慮傳感器溫度漂移后，精度可達(dá)±0.1°，滿足系統(tǒng)要求。

系統(tǒng)硬件部分主要由控制器MSP430F149、三軸加速度傳感器MMA8451模塊、HT1621驅(qū)動(dòng)顯示模塊等各部分組成，工作電壓為3.3 V， 在靜態(tài)模式下，MSP430F149(LPM4模式)的電流為0.1 μA，三軸加速度傳感器MMA8451的電流約為1.8 μA，HT1621的電流為0.1 μA，LCD顯示的電流為170 μA，總電流為172 μA，外加部分損耗，總計(jì)約為175 μA；在工作模式下，MSP430F149的電流為280 μA， MMA8451的電流為20 μA，顯示模塊的電流為170 μA，總計(jì)為470 μA，完全滿足系統(tǒng)低功耗要求。

因此系統(tǒng)采用MSP430F149[1]單片機(jī)為控制核心，采用MMA8451加速度傳感器檢測(cè)角度，利用LCD專用驅(qū)動(dòng)芯片HT1621驅(qū)動(dòng)液晶LCD玻璃片實(shí)現(xiàn)顯示功能，并直接在單片機(jī)P1口上連接按鍵實(shí)現(xiàn)按鍵喚醒功能。……