一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，其包括顯示模塊和多個測量模塊，測量模塊由雙軸傾角傳感器、基準源芯片、第一模擬信號調理電路、第二模擬信號調理電路、第一模數(shù)轉換芯片、第二模數(shù)轉換芯片和第一單片機組成，雙軸傾角傳感器的電源端與基準源芯片連接，雙軸傾角傳感器的X軸、Y軸模擬輸出接口分別對應與第一模數(shù)轉換芯片和第二模數(shù)轉換芯片連接后，再與第一單片機的輸入端連接，第一單片機的輸出端與顯示模塊連接，優(yōu)點是雙軸傾角傳感器由基準源芯片供電，使雙軸傾角傳感器工作過程中產生的電壓紋波小，穩(wěn)定性好，同時雙軸傾角傳感器輸出模擬信號，提高了得到的測量結果的精度，從而使本實用新型能用于精密測量。
【專利說明】一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電子水平儀，尤其是涉及一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀。
【背景技術】
[0002]當機床在土質較為松軟的地基中進行作業(yè)時，會因地基沉降而造成機床的機械部件(如注塑機的拉桿、數(shù)控加工機床的絲杠和導軌)的變形和損傷，因此監(jiān)測機床上關鍵部位的水平變化顯得尤為重要。水平儀是測量水平變化的一種測量儀器，廣泛應用于建筑、火箭發(fā)射平臺、橋梁等大型工程或精密工程中。目前的水平儀大多通過水平儀中的測量模塊監(jiān)測工程中關鍵部位的水平變化，然后將測得的數(shù)據(jù)傳輸給水平儀中的顯示模塊，再由顯示模塊顯示測得的數(shù)據(jù)，再根據(jù)測的數(shù)據(jù)給出報警信號。有些水平儀中的測量模塊采用水泡式傳感器作為測量工具，這類水平儀需要人為判斷被測平面是否水平，并估計出傾斜的角度值，測量精度較低；一些水平儀中的測量模塊采用擺體垂線與兩塊水平體是否相接觸來測量水平變化，這類水平儀只在擺體垂線傾斜到一定程度時才給出報警信號，不能用于精密測量。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種測量精度高、穩(wěn)定性好且能用于精密測量的用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀。
[0004]本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，包括顯示模塊和多個測量模塊，其特征在于:所述的測量模塊由雙軸傾角傳感器、基準源芯片、第一模擬信號調理電路、第二模擬信號調理電路、第一模數(shù)轉換芯片、第二模數(shù)轉換芯片和第一單片機組成，所述的雙軸傾角傳感器的電源端與所述的基準源芯片的輸出端連接，所述的雙軸傾角傳感器的X軸模擬輸出接口通過所述的第一模擬信號調理電路與所述的第一模數(shù)轉換芯片的輸入端連接，所述的雙軸傾角傳感器的Y軸模擬輸出接口通過所述的第二模擬信號調理電路與所述的第二模數(shù)轉換芯片的輸入端連接，所述的第一模數(shù)轉換芯片的輸出端和所述的第二模數(shù)轉換芯片的輸出端與所述的第一單片機的輸入端連接，所述的第一單片機的輸出端與所述的顯示模塊的輸入端連接。
[0005]所述的第一單片機的輸出端通過RS485通訊模塊與所述的顯示模塊的輸入端連接。
[0006]所述的顯示模塊由第二單片機和LED數(shù)碼管組成，所述的第二單片機的輸出端通過串并轉換芯片與所述的LED數(shù)碼管的輸入端連接，所述的第二單片機的輸入端通過所述的RS485通訊模塊與所述的第一單片機的輸出端連接。
[0007]所述的第二單片機的輸入端連接有用于選擇測量模塊的按鍵。
[0008]所述的第二單片機的輸出端連接有報警模塊，所述的第二單片機的輸出端傳輸使能信號給所述的報警模塊的輸入端。[0009]所述的第一單片機和所述的第二單片機均采用Microchip單片機。
[0010]所述的雙軸傾角傳感器的型號為SCA100T-D02。
[0011]所述的第一模數(shù)轉換芯片的輸出端和所述的第二模數(shù)轉換芯片的輸出端分別通過串行外設接口總線與所述的第一單片機的輸入端連接。
[0012]所述的第一模數(shù)轉換芯片和所述的第二模數(shù)轉換芯片均采用型號為AD7788的模數(shù)轉換芯片。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于:
[0014]1.本實用新型的電子水平儀的測量模塊由雙軸傾角傳感器、基準源芯片、第一模擬信號調理電路、第二模擬信號調理電路、第一模數(shù)轉換芯片、第二模數(shù)轉換芯片和第一單片機組成，測量模塊依靠雙軸傾角傳感器來完成測量，由于雙軸傾角傳感器由基準源芯片供電，使雙軸傾角傳感器工作過程中產生的電壓紋波小，從而使本實用新型的電子水平儀具有良好的穩(wěn)定性，同時雙軸傾角傳感器的輸出端輸出模擬信號，使得到的測量結果的精度高，能用于精密測量。
[0015]2.本實用新型的電子水平儀通過LED數(shù)碼管顯示各個測量模塊測得的數(shù)據(jù)，當?shù)诙纹瑱C讀取到的測量模塊測得的數(shù)據(jù)高于第二單片機設置的角度值時，第二單片機傳輸使能信號給報警模塊，然后報警模塊給出警告以提醒操作人員，從而達到保護機床部件、延長機床使用壽命的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的總體示意圖；
[0017]圖2為本實用新型的測量模塊的結構示意圖；
[0018]圖3為本實用新型應用于監(jiān)測注塑機水平變化的俯視示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0020]本實用新型提出了一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，圖1給出了本實用新型的總體示意圖，其包括了顯示模塊I和多個測量模塊2，測量模塊2通過RS485通訊模塊3與顯示模塊I連接，測量模塊2固定在機床上需要監(jiān)測水平變化的位置上。如圖2所示，測量模塊2由雙軸傾角傳感器21、基準源芯片26、第一模擬信號調理電路22、第二模擬信號調理電路23、第一模數(shù)轉換(ADC)芯片24、第二模數(shù)轉換芯片25和第一單片機27組成，雙軸傾角傳感器21的電源端與基準源芯片26的輸出端連接，該基準源芯片26能保證雙軸傾角傳感器21工作過程中產生的電壓紋波小，使測量的精度高并保證測量的穩(wěn)定性，雙軸傾角傳感器21的X軸模擬輸出接口與第一模擬信號調理電路22的輸入端連接,第一模擬信號調理電路22的輸出端與第一模數(shù)轉換芯片24的輸入端連接,雙軸傾角傳感器的Y軸模擬輸出接口與第二模擬信號調理電路23的輸入端連接，第二模擬信號調理電路23的輸出端與第二模數(shù)轉換芯片25連接，第一模數(shù)轉換芯片24的輸出端和第二模數(shù)轉換芯片25的輸出端分別通過串行外設接口總線與第一單片機27的輸入端連接，第一單片機27的輸出端通過RS485通訊模塊3與顯示模塊I的輸入端連接。顯示模塊I由第二單片機和LED數(shù)碼管組成，第二單片機的輸入端與第一單片機27的輸出端連接，第二單片機的輸出端通過串并轉換芯片與LED數(shù)碼管連接，串并轉換芯片用目前常用的8位串并轉換芯片，如采用型號為74HC4094的串并轉換芯片，且第二單片機的輸入端上連接有用于選擇某個或某幾個測量模塊的按鍵，這些按鍵作為用戶輸入使用。為了達到提醒操作人員的目的，在第二單片機的輸出端還連接了報警模塊4，當讀取到的數(shù)據(jù)高于第二單片機上設置的角度值時，第二單片機的輸出端就傳輸使能信號給報警模塊4的輸入端以帶動報警模塊4發(fā)出警報，從而提醒操作人員。報警模塊4采用現(xiàn)有的報警模塊，如直接在第二單片機上連接一個揚聲器，通過第二單片機傳輸使能信號使揚聲器發(fā)出警報。本實用新型的電子水平儀工作時，雙軸傾角傳感器21的X軸、Y軸模擬輸出接口輸出傾角電壓輸出信號，X軸模擬輸出接口輸出的傾角電壓輸出信號經過第一模擬信號調理電路22放大該傾角電壓輸出信號后，再由第一模數(shù)轉換芯片24將放大后的傾角電壓輸出信號進行模數(shù)轉換處理并轉換成角度值，最后將得到的角度值發(fā)送到顯示模塊I中，Y軸模擬輸出接口輸出的傾角電壓輸出信號經第二模擬信號調理電路23放大信號，第二模數(shù)轉換芯片25轉換成角度值后，將得到的角度值發(fā)送到顯示模塊I中，顯示模塊I中的第二單片機根據(jù)由X軸模擬輸出接口得到的角度值和由Y軸模擬輸出接口得到的角度值進行運算處理，由LED數(shù)碼管顯示測得的角度值。
[0021]在具體實施過程中，第一單片機27和第二單片機均采用Microchip單片機，雙軸傾角傳感器21采用VTI高精度雙軸傾角傳感器芯片SCA100T-D02。SCA100T-D02芯片提供數(shù)字輸出接口和模擬輸出接口，當采用數(shù)字輸出接口作為輸出端口時，不需要增加外部電路就可直接通過串行外設接口(SPI)總線采集數(shù)據(jù)，此時分辨率在0.07°，分辨率較低；而當采用模擬輸出接口作為輸出端口時，分辨率很高，可以達到0.0025°，但此時需要額外的模擬信號調理電路和高精度模數(shù)轉換(ADC)芯片。為了滿足高精度的要求，本實用新型中的雙軸傾角傳感器21采用模擬輸出接口作為輸出端口，雙軸傾角傳感器21的輸出端輸出模擬信號能進一步提高測量的精度，同時采用16位高精度ADC芯片AD7788處理雙軸傾角傳感器芯片SCA100T-D02輸出的電壓信號，最終本實用新型的測量模塊2的傾角數(shù)據(jù)精度可達±0.0025°，可以滿足各 種高精度應用場合?；鶞试葱酒捎檬袌錾铣Ｓ玫那夷軡M足雙軸傾角傳感器芯片SCA100T-D02工作電壓的芯片。第一模擬信號調理電路22和第二模擬信號調理電路23采用相同的電路，這兩個模擬信號調理電路采用由運算放大器構成的電壓跟隨器，這兩個模擬信號調理電路對雙軸傾角傳感器21輸出端口輸出的模擬信號進行放大、緩沖或定標處理，使經過模擬信號調理電路后的模擬信號更適合于接入到第一模數(shù)轉換芯片24的輸入端和第二模數(shù)轉換芯片25的輸入端。顯示模塊I使用6位LED數(shù)碼管作為顯示界面，同時采用4個按鍵作為用戶輸入控件，顯示模塊I通過RS485通訊模塊3可以同時連接多達20個測量模塊2。通過顯示模塊I可以顯示并查看各個測量模塊2的數(shù)據(jù)，且能對單個或多個測量模塊2進行初始零點校正和恢復絕對零點等。當讀取到的測量模塊2的數(shù)據(jù)高于第二單片機上設定的角度值時，第二單片機傳輸使能信號給報警模塊4，由報警模塊4發(fā)出警報提醒操作人員。RS485通訊模塊3用于測量模塊2和顯示模塊I之間的數(shù)據(jù)連接以及測量模塊2之間的并聯(lián)連接。RS485通訊模塊3的波特率為115200bps，其傳輸距離為0-100米。操作者可以基于Modbus工業(yè)協(xié)議自主編寫一個協(xié)議規(guī)約，然后將該協(xié)議規(guī)約應用在雙軸傾角傳感器21作為節(jié)點的通訊輸入和輸出命令、信息和數(shù)據(jù)交換中去，顯示模塊I就可以通過該協(xié)議規(guī)約訪問各個測量模塊2。
[0022]圖3給出了本實用新型應用于監(jiān)測注塑機水平變化的俯視示意圖，將四個測量模塊2置于注塑機模板運行的導軌上，這樣可以比較貼近反映拉桿水平變化的情況。然后通過RS485通訊模塊3連接到配電箱中的顯示模塊I中去，也可以直接接入到注塑機中的IO控制板中，將數(shù)據(jù)反饋給注塑機的控制器。待操作人員第一次調平塑機水平之后，將本實用新型的電子水平儀進行歸零操作，以作為今后監(jiān)測注塑機水平變化的基準。
【權利要求】
1.一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，包括顯示模塊和多個測量模塊，其特征在于:所述的測量模塊由雙軸傾角傳感器、基準源芯片、第一模擬信號調理電路、第二模擬信號調理電路、第一模數(shù)轉換芯片、第二模數(shù)轉換芯片和第一單片機組成，所述的雙軸傾角傳感器的電源端與所述的基準源芯片的輸出端連接，所述的雙軸傾角傳感器的X軸模擬輸出接口通過所述的第一模擬信號調理電路與所述的第一模數(shù)轉換芯片的輸入端連接，所述的雙軸傾角傳感器的Y軸模擬輸出接口通過所述的第二模擬信號調理電路與所述的第二模數(shù)轉換芯片的輸入端連接，所述的第一模數(shù)轉換芯片的輸出端和所述的第二模數(shù)轉換芯片的輸出端與所述的第一單片機的輸入端連接，所述的第一單片機的輸出端與所述的顯示模塊的輸入端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，其特征在于:所述的第一單片機的輸出端通過RS485通訊模塊與所述的顯示模塊的輸入端連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，其特征在于:所述的顯示模塊由第二單片機和LED數(shù)碼管組成，所述的第二單片機的輸出端通過串并轉換芯片與所述的LED數(shù)碼管的輸入端連接，所述的第二單片機的輸入端通過所述的RS485通訊模塊與所述的第一單片機的輸出端連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，其特征在于:所述的第二單片機的輸入端連接有用于選擇測量模塊的按鍵。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，其特征在于:所述的第二單片機的輸出端連接有報警模塊，所述的第二單片機的輸出端傳輸使能信號給所述的報警模塊的輸入端。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，其特征在于:所述的第一單片機和所述的第二單片機均采用Microchip單片機。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，其特征在于:所述的雙軸傾角傳感器的型號為SCA100T-D02。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，其特征在于:所述的第一模數(shù)轉換芯片的輸出端和所述的第二模數(shù)轉換芯片的輸出端分別通過串行外設接口總線與所述的第一單片機的輸入端連接。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的一種用于監(jiān)測機床水平變化的電子水平儀，其特征在于:所述的第一模數(shù)轉換芯片和所述的第二模數(shù)轉換芯片均采用型號為AD7788的模數(shù)轉換芯片。
【文檔編號】G01C9/00GK203550947SQ201320632648
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權日:2013年10月14日
【發(fā)明者】徐百里, 盧鷗, 廖麗丹, 史天瑜, 童佰努 申請人:寧波海邁克數(shù)控技術有限公司