專利名稱：基于avr單片機的石油管道轉(zhuǎn)角樁角度測量儀的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于數(shù)據(jù)測量領域，特別涉及一種基于AVR單片機的石油管道轉(zhuǎn)角樁角度測量儀。
背景技術(shù)：
石油管道轉(zhuǎn)角樁轉(zhuǎn)點角度是石油管道中石油流量計量當中的一個很重要的數(shù)據(jù)。需求分析對石油管道管控的最終目標是降低成本、提高工作效率以及服務水平，這需要企業(yè)能夠及時、準確、全面的掌握各條管道線路的信息，以便對整個過程中的管道數(shù)據(jù)進行記錄與后期分析。由此，在這里急需一種能夠測量轉(zhuǎn)角樁轉(zhuǎn)點角度的儀器，對這些預先規(guī)定的轉(zhuǎn)點角度進行實際的修正，完善整個石油管道的管道數(shù)據(jù)信息，方便后期管道數(shù)據(jù)的理論分析與處理。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種基于AVR單片機的石油管道轉(zhuǎn)角樁角度測量儀，用于測量石油管道轉(zhuǎn)角樁的轉(zhuǎn)點角度，為技術(shù)人員提供實際環(huán)境中的轉(zhuǎn)點角度，以便后期數(shù)據(jù)的處理。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種基于AVR單片機的石油管道轉(zhuǎn)角樁角度測量儀，包括用以測量管道與水平面夾角的傾角傳感器，傾角傳感器的輸出接AVR微處理器，所述AVR微處理器接按鍵模塊，以記錄傾角傳感器的當前測量值，所述AVR微處理器接晶振模塊，以產(chǎn)生測量時鐘信號，所述傾角傳感器和AVR微處理器接數(shù)碼顯示模塊，以顯示傾角傳感器的當前測量值以及AVR微處理器最終計算的轉(zhuǎn)角樁角度值。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型使用一款低成本、低功耗、功能完善的雙軸加速度傳感器ADXL202對石油管道的轉(zhuǎn)角樁的轉(zhuǎn)點角度進行測量，而且這款傳感器既能夠測量動態(tài)加速度，又能測量靜態(tài)加速度，測量范圍為土(2 10)g，輸出數(shù)字信號可直接與微處理器連接，無需AD轉(zhuǎn)換或附加其他電路。ADXL202加速度傳感器與AVR單片機結(jié)合可以很好地將單片機的速度和ADXL202傳感器的精度互補起來，在操作人員進行測量時可以很好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時采集，為采集石油管道信息的操作人員提供方便。

附圖是本實用新型原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例詳細說明本實用新型的實施方式。如附圖所示，本實用新型為一種基于AVR單片機的石油管道轉(zhuǎn)角樁角度測量儀，包括硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)包括傾角傳感器，傾角傳感器的輸出接AVR微處理器，AVR微處理器接有按鍵模塊和晶振模塊，傾角傳感器和AVR微處理器接數(shù)碼顯示模塊，以顯示相應的測量值和計算值。軟件系統(tǒng)主要涉及加速度的計算和傾角數(shù)值的轉(zhuǎn)換。其中，傾角傳感器采用周期可調(diào)的脈寬調(diào)制信號輸出型，型號為ADXL202，其是一款雙軸加速度傳感器，可測量動態(tài)加速度和靜態(tài)加速度。同時，ADXL202為單片集成電路，集成度高、結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)部包含多晶硅表面微處理傳感器和信號控制電路，以實現(xiàn)開環(huán)加速度測量結(jié)構(gòu)。與其他加速度計相比，ADXL202可在很大程度上提高工作帶寬，降低噪聲影響，零重力偏差和溫度漂移也相對較低。AVR微處理器型號為ATMEGA16，其是一款高性能、低功耗的8位微處理器，具有兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器，一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器。ATMEGA16的數(shù)據(jù)吞吐率高達lMIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。整個硬件系統(tǒng)是放在一個方盒中的，外部只露出按鍵模塊以及數(shù)碼顯示模塊，方便操作員進行操作。操作員在進行角度測量時，需進行兩步。第一步，操作員將設備放在其中一個管道的彎管連接處，并且放置時將傳感器與重力方向垂直，接著按下按鍵記錄此時傳感器與水平面的夾角，記為a。第二步，將設備移動到另一個彎管處的相同位置，同第一步按下按鍵記錄此時的夾角P并計算轉(zhuǎn)角樁的轉(zhuǎn)點角度Y =180-( a+3)。本實用新型利用AVR單片機的定時器/計數(shù)器模塊，結(jié)合輸出為周期可調(diào)的脈寬調(diào)制信號的傾角傳 感器，在數(shù)碼管上顯示出轉(zhuǎn)角樁的轉(zhuǎn)點角度數(shù)值，精確到小數(shù)點后一位。具體的原理是:整個硬件系統(tǒng)的設計采用了模塊化設計思路，模塊設計主要分為以下幾個部分:1) AVR單片機最小系統(tǒng):設計時使用的AVR單片機芯片型號為ATMEGA16，封裝采用DIP40，外部的晶振頻率為16MHZ。2)數(shù)碼管顯示模塊:由于轉(zhuǎn)點角度是小于90度的，本實用新型的數(shù)碼管模塊采用4個數(shù)碼管，為共陰極數(shù)碼管，與AVR單片機的普通IO口直接相連，并且精度精確到小數(shù)點后一位。3)按鍵控制模塊:這一模塊作用就是記錄傾角，由于測量傾角時，轉(zhuǎn)點角度是不能直接測量出的，必須進行兩次間接測量才能計算出轉(zhuǎn)點的角度值。間接測量時，第一次移動傾角傳感器到合適的位置，然后按下按鍵會記錄此時管道與水平面的夾角；第二次測量時，將傳感器移動到另一個管道的合適位置，按下按鍵會記錄此時該管道與水平面的夾角。兩次夾角進行適當?shù)臄?shù)學運算，就可計算出轉(zhuǎn)點角度值。4)傾角測量模塊:該模塊采用的傳感器型號為ADXL202，輸出信號為周期可調(diào)的脈寬調(diào)制信號，通過與AVR單片機連接，可以測量靜態(tài)加速度值，適合本實用新型的需求。5)電源模塊:AVR單片機的供電范圍為4.5-5.5V，考慮到這是用在戶外環(huán)境中手持式的設備，所以本實用新型電壓源采用4.5V的紐扣電池，方便更換與攜帶。對整個軟件設計，主要涉及傾角數(shù)值的讀取與計算，數(shù)碼管的顯示程序。在傾角讀取過程中，根據(jù)ADXL202的數(shù)據(jù)手冊，輸出脈寬占空比為50%時的加速度為0g，而占空比在每個g的變化為12.5%，所以對應軸向加速度的計算公式為a=(Tl/T2-50%)/12.5%，其中Tl為輸出信號到的高電平寬度，T2為輸出調(diào)制信號的周期?？紤]到ADXL202的Og輸出和靈敏度隨器件的不同而變化，其Og占空比輸出可能不為50%，所以本實用新型是一種低精度測量設備，但足以滿足石油管道信息的需要。計算出加速度后，再由公式Angle=arCSin(a/lg)計算出對應的傾角。
權(quán)利要求1.一種基于AVR單片機的石油管道轉(zhuǎn)角樁角度測量儀，其特征在于，包括用以測量管道與水平面夾角的傾角傳感器，傾角傳感器的輸出接AVR微處理器，所述AVR微處理器接按鍵模塊，以記錄傾角傳感器的當前測量值，所述AVR微處理器接晶振模塊，以產(chǎn)生測量時鐘信號，所述傾角傳感器和AVR微處理器接數(shù)碼顯示模塊，以顯示傾角傳感器的當前測量值以及AVR微處理器最 終計算的轉(zhuǎn)角樁角度值。
專利摘要一種基于AVR單片機的石油管道轉(zhuǎn)角樁角度測量儀，包括用以測量管道與水平面夾角的傾角傳感器，傾角傳感器的輸出接AVR微處理器，所述AVR微處理器接按鍵模塊，以記錄傾角傳感器的當前測量值，所述AVR微處理器接晶振模塊，以產(chǎn)生測量時鐘信號，所述傾角傳感器和AVR微處理器接數(shù)碼顯示模塊，以顯示傾角傳感器的當前測量值以及AVR微處理器最終計算的轉(zhuǎn)角樁角度值，本實用新型用于測量石油管道轉(zhuǎn)角樁的轉(zhuǎn)點角度，為技術(shù)人員提供實際環(huán)境中的轉(zhuǎn)點角度，以便后期數(shù)據(jù)的處理。
文檔編號G01C9/00GK203132539SQ20132010516
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者李頎, 張尚玉, 侯麗愛 申請人:陜西科技大學