基于倾角传感器的倾角测量系统设计

4．1 传感器数据采集与计算
对于传感器采集，当CSB引脚为低电平时有效，允许传输数据。数据在传输时，高位在前，低位在后。MISO线上的数据在SCK下降沿传输，MOSI线上的数据在SCK上升沿传输。加速度数据量SPI传输时序如图6所示。单片机首先通过MOSI线向传感器发送一个(组)命令，传感器在接收到完成命令后，开始连续传输数据。这里的命令为8位信息，加速度数据量为11位信息，常用的命令有RDAX(0001，0000)和RDAY(0001，0001)，分别表示读取X／Y轴加速度数据量。

传感器输出的X轴与Y轴加速度信息均为11位数字量，其范围为0～2 048，零度位置对应的数据量为1 024。根据下述公式可将输出的加速度数字量转换为实际倾角值：

其中，Dout表示X／Y轴输出的数字量；Dout@0°表示零度偏移量(即1 024)；Sens表示传感器灵敏度，由VTI厂商提供，对于SCA100T倾角传感器，该值为1683；α’表示预设的平台水平角度，默认为0。
4．2 串口命令
图7为串口与单片机通信的数据帧格式。图中每帧有16个字节，开始两个字节是帧头(0xFFAA)，接着是两个字节的数据类型，其类型主要有3种：请求数据(0x0001)、预设警界角度(0x0010)、预设水平角度(0x0011)。然后是10个字节的数据位，通常数据位为2个4字节的数据(整形或浮点型)，为了避免出现数据对齐问题，在后面加入两个值为0的字节。最后是两个字节的校验位，采用CRC-16进行校验。

数据发送由上层控制器主动发送，倾角测量系统被动响应。当上层控制器向单片机发送数据请求时，其数据位置0；系统收到请求命令后，将倾角信息填入数据位，发送给上层控制器。当上层控制器向单片机发送预设警界倾角值时，将预设角度值填入数据位；单片机收到后，将数据写入EEPROM中并发送反馈，反馈帧以同样的类型发送，但是数据位填入全0。当上层控制器向单片机发送预设水平角度值时，其操作类似预设警界倾角值，只是类型不同。
4．3 串口超级终端模拟
在Windows XP或是Windows 2000操作系统下，在开始→菜单＼程序＼附件＼通信下可以看到“超级终端”，这是Windows自带的通信终端工具。在超级终端里输入字符时，会自动发送出去，但是如果没有反馈，是不会显示输入的字符信息的。因此，模拟超级终端需要做两件事：一是接收用户在超级终端里输入的字符；二是将输入的字符反馈回来，供用户查看。采用超级终端的方法可以避免用户直接使用命令操作的过程，所有的命令对用户来说都是透明的，用户只需要根据提示信息，输入相关信息即可完成预设配置工作。图8所示为预设配置示意图。

结语
本文以塔式起重机为应用背景设计了这款倾角测量系统，系统在实际应用中工作良好，达到了预期的效果，能实时监测塔式起重机支架的平衡性，对预防建筑施工事故起到了重要的作用。系统探讨了SCA100T传感器的使用方法，在设计时考虑了两种应用方式，对于系统的扩展起到了很好的作用；同时，模拟了串口超级终端来配置系统信息，以此来替代小键盘。