专利名称：一种基于Zigbee通讯的倾斜仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量技术领域，涉及一种倾斜仪，尤其涉及一种基于Zigbee通讯的倾斜仪。
背景技术：
数字化倾斜仪是用来测量物体随时间的倾斜变化及铅垂线随时间变化的仪器；Zigbee无线模块一般被外置在传感器外部，用于传感器信号的Zigbee无线传输。通常下，数字化倾斜仪能够测量横滚、俯仰的姿态角度并通过有线的方式传输。无线传输会涉及到电源功耗瓶颈，特别无线传输功耗要求较高，使得无线传输时倾斜仪电源持续供电时间较短。而Zigbee通讯模式中节点功耗虽比WIF1、GPRS等无线通讯低,但仍然未能满足工业现场长时间供电需求。对于现有基于重力加速度原理的倾斜仪的有线传输方式及无线传输的电源功耗已满足不了测量的要求，单个倾斜仪外加大用量蓄电池使得测量过程变得笨重，给测量带来极大的不便。将无线模块、电源能量管理与倾斜仪创新地结合在一起，减少使用者的负担，在有些应用场所，如大坝监测、平面度测量等测量领域具有明显的技术优势和应用价值。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种基于Zigbee通讯的倾斜仪，可提供横滚、俯仰姿态角度，利用Zigbee无线模块以无线传输的方式,解决有线传输带来的不便，同时提供电源能量管理，使无线传输的优势发挥最大。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:一种基于Zigbee通讯的倾斜仪，所述倾斜仪包括:壳体，以及设置于壳体内的倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、Zigbee模块、内置电池电源系统；所述倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度；所述滤波单元与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；所述处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的、经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内做数字信号滤波，真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换；所述数显分度转台与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿；所述Zigbee模块与所述处理器连接，用以提供Zigbee无线传输方式；所述内置电池电源系统与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、Zigbee模块连接，用以提供电源。[0014]作为本实用新型的一种优选方案，所述滤波单元为硬件滤波单元，用以对倾角传感器输出的模拟信号带宽内滤波。作为本实用新型的一种优选方案，所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂做补偿。作为本实用新型的一种优选方案，所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的灵敏度温漂做补偿。作为本实用新型的一种优选方案，所述处理器为内置24bit模数转化单元AD的MCU。作为本实用新型的一种优选方案，所述Zigbee模块为内置模块，通过其数字串行接口与处理器连接，结合上位机实现多个倾角传感器节点的组网。作为本实用新型的一种优选方案，所述Zigbee模块与所述处理器连接，将倾斜仪测量的角度信息以Zigbee无线的方式传输至接收终端或/和中继端，可配合组成Zigbee无线传感器网络。本实用新型的有益效果在于:本实用新型提出的基于Zigbee通讯的倾斜仪，可提供横滚、俯仰姿态角度，利用Zigbee无线模块以无线传输的方式,解决有线传输带来的不便，同时提供电源能量管理，使无线传输的优势发挥最大。此外，本实用新型数字倾斜仪内部软件集成了自标定算法，能够在外部简单的操作实现数字倾斜仪本身数字自动标定。

图1为本实用新型数字化智能倾斜仪的组成示意图。图2为本实用新型倾斜仪测量方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。实施例一本实用新型揭示了一种基于Zigbee通讯的倾斜仪，包括倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、电源系统、Zigbee模块单元。倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度；滤波单元与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换；数显分度转台与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿；Zigbee模块单元与所述处理器连接，用以提供Zigbee无线传输方式；电源系统与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、Zigbee模块单元连接,用以提供电源。请参阅图1,本实施例中，所述倾斜仪包括角度信号采集单元10 (包括核心高精度MEMS倾角传感器101、温度采集单元103)、硬件滤波单元50、内置电池电源系统20、内置24Bit模数转化单元AD的MCU30 (包括A/D转换单元301、软件滤波单元302)、Zigbee模块40。所述MCU30连接硬件滤波单元50、内置电池电源系统20、数显分度转台、Zigbee模块40，所述内置电池电源系统20连接倾角传感器101、硬件滤波单元50、数显分度转台、Zigbee模块40。所述Zigbee模块40连接MCU30。核心高精度MEMS倾角传感器101可以提供很高的角度分辨率，通过硬件滤波单元50对高精度MEMS倾角传感器101输出模拟信号带宽内滤波，内置24BUAD的MCU30对核心高精度MEMS倾角传感器101输出的模拟信号进行高精度模数转换，在MCU内部软件内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息。Zigbee模块40获取倾斜仪的横滚、俯仰姿态信息，以无线的方式传输。所述Zigbee模块40为内置模块，通过其数字串行接口与MCU30连接，结合上位机实现多个倾角传感器节点的组网。所述Zigbee模块40与MCU30连接，将倾斜仪测量的角度信息以Zigbee无线的方式传输至接受终端或/和中继端，配合组成Zigbee无线传感器网络。内置24bit AD的MCU30会对数字处理后信号进行角度转换，然后会利用外部高精度的数显分度转台对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试。内置24bit AD的MCU30利用内部最小二乘法算法对在线测试数据运算，计算出合适的线性标定系数，并存储于MCU内部开辟的Flash Data存储空间。每一次测量后，内置24bit AD的MCU30利用事先计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿，达到提高倾角测量的线性度的目的。所述处理器的线性补偿方法包括:对一组标准值&1，a2, a3，...，ak，和对应该组标准值的实际测量所得一组值b” b2, b3，...，bk，根据两组值拟合出一个多项式％ = F(bi)，i=1...k,即 f = ko+kiC+^^+kgC3+...+kmCm, k0, k” k2, k3,...，km 为多项式系数，C =a” a2, a3,..., ak;利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数k0, k” k2, k3,...，km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该多项式对采集的数据进行多项式计算，即数据补偿。如图1所示，所述内置电池电源系统20给所述倾角传感器101、硬件滤波单元50、处理器、Zigbee模块40供电，同时提供电源能量监控，根据实际测量类需求，对功耗做管理，满足对一次测量时间的要求。本实`施例中，内置电池电源系统20满足对于监测类项目持续供电7天、测量类项目持续供电3天、测试类项目持续供电8小时的功耗管理要求。此外，所述数字化智能倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂和灵敏度温漂做补偿。利用外部设备高低温实验箱对核心高精度MEMS倾角传感器101作温度补偿测试(灵敏度温漂、零点温漂)，内置24bitMCU30利用内部最小二乘法算法对在线对测试数据处理、运算，计算出温度补偿系数，并存储于内部开辟的存储空间内，以后每次测量数据输出都会被温度补偿系数修正，能够很好地降低温度对传感器的影响。零点温漂补偿方法包括:对倾斜仪的零点输出做温度试验，测量出倾斜仪的零点输出受温度影响的变化，利用最小二乘法拟合出零点输出与温度变化之间的多项式关系式，Z = Z(T)，即 Z(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+...+kmTm，其中，k。，k1； k2, k3,..., km 为多项式系数；利用最小二乘法算法，求解多项式拟合的系数U k1； k2, k3，...，km，处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该关系式对零点输出做补偿。灵敏度温漂补偿方法包括:对倾斜仪的灵敏度做温度试验，测量出倾斜仪的灵敏度受温度影响的变化，利用最小二乘法拟合出灵敏度与温度变化之间的多项式关系式，S=S(T)，即 S(T) = k0+k1T+k2T2+k3T3+...+kmTm，其中，k0, k” k2, k3，...，km 为多项式系数；利用最小二乘法算法,求解多项式拟合的系数1 , k1； k2, k3,..., km,处理器的MCU程序将该多项式固化其中，并利用该关系式对灵敏度做补偿。上述三个补偿步骤使用了最小二乘法；三个补偿步骤中，多项式的系数k0, k” k2, k3,...，km根据实际情况计算,在三个补偿步骤中多项式的系数1 , k” k2, k3,...，km并不要求相等。以上介绍了本实用新型数字化智能倾斜仪的组成，本实用新型在揭示上述数字化智能倾斜仪的同时，还揭示一种上述数字化智能倾斜仪的与Zigbee模块结合的测量和传输方法；请参阅图2，所述测量和传输方法包括如下步骤:步骤SI倾角传感器提供高分辨率的倾斜角度，滤波单元对倾角传感器输出的模拟信号滤波。步骤S2处理器对倾角传感器输出的经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内作数字信号滤波，达到真实地反映出倾角输出信息。步骤S3处理器对数字处理后的信号进行角度转换，利用外部高精度的数显分度转台对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，所述处理器利用最小二乘法算法对在线测试数据运算，计算出合适的线性标定系数，并存储于处理器内的存储空间。步骤S4每一次测量后，处理器利用事先计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿，达到提高倾角测量的线性度的目的。步骤S5每一次测量后，Zigbee无线模块获取倾斜仪横滚、俯仰等姿态信息，并以Zigbee无线方式传输，以达到Zigbee无线方式传输的目的。步骤S6根据测量频率、工作模式倾斜仪以何种方式进行电源能量管理，以达到降低功耗、更持久供电的目的。
综上所述，本实用新型提出的基于Zigbee通讯的倾斜仪，可提供横滚、俯仰姿态角度，利用Zigbee无线模块以Zigbee无线传输的方式，解决有线传输带来的不便，同时提供电源能量管理，使无线传输的优势发挥最大。此外，本实用新型数字倾斜仪内部软件集成了自标定算法，能够在外部简单的操作实现数字倾斜仪本身数字自动标定。这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求1.一种基于Zigbee通讯的倾斜仪，其特征在于，所述倾斜仪包括:壳体，以及设置于壳体内的倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、Zigbee模块、内置电池电源系统； 所述倾角传感器用以提供高分辨率的倾斜角度； 所述滤波单元与所述倾角传感器连接，用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波； 所述处理器与所述滤波单元连接，用以对倾角传感器输出的、经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内做数字信号滤波，真实地反映出倾角输出信息，并对数字处理后的信号进行角度转换； 所述数显分度转台与所述处理器连接，用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；所述处理器进一步利用数显分度转台计算出的线性标定系数对测量的角度数据作线性补偿； 所述Zigbee模块与所述处理器连接，用以提供Zigbee无线传输方式； 所述内置电池电源系统与所述倾角传感器、滤波单元、处理器、Zigbee模块连接，用以提供电源。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee通讯的倾斜仪，其特征在于: 所述滤波单元为硬件滤波单元，用以对倾角传感器输出的模拟信号带宽内滤波。
3.根据权利要求1所述的基于Zigbee通讯的倾斜仪，其特征在于: 所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的零点温漂做补偿。
4.根据权利要求1所述的基于Zigbee通讯的倾斜仪，其特征在于: 所述倾斜仪进一步包括高低温温度箱，用以对倾斜仪的灵敏度温漂做补偿。
5.根据权利要求1所述的基于Zigbee通讯的倾斜仪，其特征在于: 所述处理器为内置24bit模数转化单元AD的MCU。
6.根据权利要求1所述的基于Zigbee通讯的倾斜仪，其特征在于: 所述Zigbee模块为内置模块，通过其数字串行接口与处理器连接，结合上位机实现多个倾角传感器节点的组网。
7.根据权利要求1所述的基于Zigbee通讯的倾斜仪，其特征在于: 所述Zigbee模块与所述处理器连接，将倾斜仪测量的角度信息以Zigbee无线的方式传输至接收终端或/和中继端，配合组成Zigbee无线传感器网络。
专利摘要本实用新型揭示了一种基于Zigbee通讯的倾斜仪，包括壳体以及设置于壳体内的倾角传感器、滤波单元、处理器、数显分度转台、Zigbee模块、内置电池电源系统。滤波单元用以对所述倾角传感器输出的模拟信号进行滤波；处理器用以对倾角传感器输出的、经过滤波的模拟信号进行高精度模数转换，在处理器内做数字信号滤波，并对数字处理后的信号进行角度转换；数显分度转台用以对倾角传感器作线性补偿所需的数据作测试，计算出合适的线性标定系数；Zigbee模块提供Zigbee无线传输方式。本实用新型倾斜仪可提供横滚、俯仰姿态角度，利用Zigbee无线模块以无线传输的方式，解决有线传输带来的不便，同时提供电源能量管理，使无线传输的优势发挥最大。
文档编号G01C9/00GK202994142SQ20122042593
公开日2013年6月12日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者高成, 张峰 申请人:上海辉格科技发展有限公司