王子卿

摘 要科學(xué)探測(cè)呈現(xiàn)出向深度智能化和三維方向發(fā)展的趨勢(shì)，智能傾角測(cè)量系統(tǒng)成為發(fā)展的關(guān)鍵。本文采用模塊化設(shè)計(jì)思想，以HMC1022傳感器、CS5550模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89S52單片機(jī)以及顯示模塊等為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了智能傾角測(cè)量系統(tǒng)，并基于uVision開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用C51語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)了智能傾角測(cè)量系統(tǒng)的單片機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】C51語(yǔ)言 智能傾角 電子羅盤(pán) 科學(xué)探測(cè)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，數(shù)字式電子羅盤(pán)在現(xiàn)代科學(xué)探測(cè)，以及工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并呈現(xiàn)出向深度智能化和三維方向發(fā)展的趨勢(shì)。這就需要大量高精度的方位及傾角的測(cè)量及處理，而要保證方向測(cè)量的高精度，需研制高精度電子羅盤(pán)。同時(shí)，隨著電子羅盤(pán)應(yīng)用的廣泛性，其系統(tǒng)本身的要求體現(xiàn)在抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便、成本低，適合于比較惡劣的環(huán)境等方面。本文給出了智能傾角測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并給出了C51語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)方法。

1 智能傾角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文智能傾角測(cè)量系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，為確保傾角數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，采用HMC1022傳感器集成芯片，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由單片機(jī)進(jìn)行控制和分析，實(shí)現(xiàn)傾角數(shù)據(jù)采集，傾角數(shù)據(jù)數(shù)字化的顯示等功能。整個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊采用集成了測(cè)量?jī)A角傳感器的HMC1022芯片，它是霍尼維爾公司的新產(chǎn)品之一，是一款高精度低成本型的磁通傳感器。模數(shù)轉(zhuǎn)換采用高精度低成本低功耗的CS5550芯片，它是一個(gè)包含兩個(gè)Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和一個(gè)串行接口的高度集成的Δ-Σ雙通道低成本模數(shù)轉(zhuǎn)換器。CS5550具有方便的片上AC/DC 偏移和增益校準(zhǔn)功能，包含一個(gè)可與控制器雙向通訊的串行接口、一個(gè)可用于增益補(bǔ)償?shù)钠蠝囟葌鞲衅?。而控制處理的單片機(jī)采用的是AT89S52單片機(jī)，是一種低功耗、高性價(jià)比的8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，具有成本低、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。

整個(gè)系統(tǒng)的硬件部分由HMC1022傳感器、CS5550模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89S52單片機(jī)以及顯示模塊構(gòu)成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

HMC1022處于工作狀態(tài)之下的時(shí)候，當(dāng)其檢測(cè)到外部有傾角信號(hào)的時(shí)候，便進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，并存儲(chǔ)在寄存器之中。HMC1022采集的信號(hào)是模擬信號(hào)，須經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后才能進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理及數(shù)字化顯示，CS5550是一款高精度低成本的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，配合CS5550的軟件編程，對(duì)HMC1022所采集的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，模擬信號(hào)變成了數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)送入AT89S52單片機(jī)，利用軟件編程進(jìn)行分析處理，讓這些數(shù)字信號(hào)通過(guò)串口連接通信至計(jì)算機(jī)，可以在計(jì)算機(jī)或是液晶顯示屏上把HMC1022所測(cè)得的傾角信號(hào)以數(shù)字化的形式顯示出來(lái)，給科學(xué)探測(cè)提供準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)。

2 C51語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)

本文給出了主程序方案，進(jìn)一步使用軟件編程C51語(yǔ)言在uVision編輯器中實(shí)現(xiàn)了主程序設(shè)計(jì)。

2.1 主程序方案

主程序先初始化各IO端口及各分立器件，如AT89S52單片機(jī)的管腳選用及定義，開(kāi)外部中斷等。主程序主要調(diào)用了3個(gè)主要子程序，分別是HMC1022工作驅(qū)動(dòng)程序，CS5550模數(shù)轉(zhuǎn)換程序、數(shù)據(jù)分析處理及顯示程序。

主程序流程如圖2所示。

2.2 主要程序設(shè)計(jì)

2.2.1 初始化定義程序

#include

#include

#include

#include

sbit AT P42=P1^0；//管腳端口位定義

sbit AT P41=P1^1；

sbit AT P40=P1^2；

sbit AT P43=P1^3；

sbit AT P44=P1^4；

sbit AT P1=P1^5；

sbit AT P2=P1^6；

sbit AT P5=P3^0；

sbit AT P7=P3^1；

#define clrclk AT P42=0

#define setclk AT P42=1

#define clrout AT P41=0

#define setout AT P41=1

#define setcs AT P40=1

#define clrcs AT P40=0

#define setled1 AT P44=1

#define clrled1 AT P44=0

#define setled2 AT P5=1

#define clrled2 AT P5=0

#define setAcgnd AT P7=1

#define clrAcgnd AT P7=0

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define ulint unsigned long int

#define TR 1

unchar idata buf[16]；

unchar pf；

uint min=11；

uint max=22；

uint dat1，dat2；

void cttx（）；

2.2.2 寫(xiě)命令函數(shù)

void spiwrite_com（uchar Input） //寫(xiě)命令函數(shù)

{

uchar i，j；

setcs；

clrclk；

shortdelay（）；

clrcs；

for （i=0；i<8；i++）

{

clrclk；

if （0x80 == （Input & 0x80））{setout；}

else clrout；

for（j=0；j<10；j++）；

setclk；

for（j=0；j<8；j++）；

Input = Input<<1 ；

}

clrclk；

for（j=0；j<5；j++）；

setcs；

clrout；

clrcs；

}

2.2.3 CS5550轉(zhuǎn)換部分程序

void cs5550initial（） //初始化

{

uchar i，data0=0；

spiwrite_com（0x80）；

for（i=0；i<50；i++）；

for（i=0；i<15；i++）{spiwrite_com（0x0ff）；}

spiwrite_com（0xfe）；

spiwrite_com（0x80）；

}

void cs5550adjust（void） //校準(zhǔn)函數(shù)

{ uchar i，j，k；

setAcgnd；

spiwrite_com（0x0dd）； //AIN1，AIN2通道AC偏移校準(zhǔn)

spiwrite_dat（0xffffff）；

spiwrite_com（0x0CD）；

for（i=0；i<200；i++）

{for（k=0；k<200；k++）

{for（j=0；j<100；j++）；}

}

spiwrite_dat（0xffffff）；

spiwrite_com（0x0d9）； //DC偏移校準(zhǔn)

for（i=0；i<200；i++）

{for（k=0；k<200；k++）

{for（j=0；j<50；j++）；}

}

clrAcgnd；

}

void cs5550start（void）

{

spiwrite_com（0x40）； //寫(xiě)配置寄存器，增益10，下降沿有效采樣率1KHz；

spiwrite_dat（0x1074）；

spiwrite_com（0x5e）； //寫(xiě)狀態(tài)寄存器

spiwrite_dat（0xffffff）；

spiwrite_com（0x74）；

spiwrite_dat（0x836019）； //寫(xiě)中斷屏蔽寄存器

spiwrite_com（0x4A）； //寫(xiě)轉(zhuǎn)換次數(shù)計(jì)數(shù)器，更新頻率100hz；

spiwrite_dat（0x10）；

spiwrite_com（0xE8）； //開(kāi)啟轉(zhuǎn)換

3 結(jié)論

本文采用模塊化設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)了智能傾角測(cè)量系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的硬件部分由HMC1022傳感器、CS5550模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89S52單片機(jī)以及顯示模塊構(gòu)成。本文給出了主程序方案，進(jìn)一步使用軟件編程C51語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了包含HMC1022工作驅(qū)動(dòng)程序，CS5550模數(shù)轉(zhuǎn)換程序、數(shù)據(jù)分析處理及顯示程序3個(gè)子程序的設(shè)計(jì)。本文為科學(xué)探測(cè)工程中對(duì)方位傾角數(shù)據(jù)采集模塊的實(shí)現(xiàn)提供了一種可以應(yīng)用的解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1]Honeywell HMC1022 Data Book.2000.

[2]CirrusLogic，Inc.CS5550 Datasheet [EB/OL].2008.http：//www.cirrus.com/en/pubs/proDatasheet/CS5550_F1.pdf.

[3]ATMEL公司.AT89S52芯片資料[S].http：//www.atmel.com，2007.

[4]Keil uVision2入門(mén)教程（英文版）[DB/OL].2001.

作者單位

華北電力大學(xué)國(guó)際教育學(xué)院 北京市 102206