[实用新型]无线倾角传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量技术，特别涉及一种土木建筑物倾斜角度的无线测量用传感器。

背景技术

在有毒、核辐射、地质灾害易发等人员不宜进入的特殊场合，有时需要对桥梁设施、高楼建筑(特别是危险建筑)的倾斜角度进行监测。如果采用传统的有线角度传感器，则会带来现场布线困难等实际问题。

发明内容

本实用新型是针对现在有线的倾角传感器不适合复杂地形的测量问题，提出了一种无线倾角传感器，实现高楼，桥梁等土木结构的倾斜角度无线测量。

本实用新型的技术方案为：一种无线倾角传感器，包括角度传感器、射频发射模块和射频接收模块，角度传感器与射频发射模块连接，安装在被测物体上，角度传感器对倾斜角度数据进行拾取后，射频发射模块通过天线将角度信号发射出去，射频接收模块接收角度信号，并通过RS232数据线上传角度信号。

所述射频发射模块和射频接收模块选用nRF9E5芯片，nRF9E5无线收发模块与无线倾角传感器主板通过插槽连接。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型无线倾角传感器，解决了测量时现场布线困难的问题，并且便于数据的储存和管理，模块化设计使得元件的更换方便。

附图说明

图1为本实用新型无线倾角传感器结构示意图；

图2为本实用新型无线倾角传感器中无线发射模块原理图；

图3为本实用新型无线倾角传感器印刷电路板布线图。

具体实施方式

如图1所示，角度传感器2与射频发射模块3连接，安装在土木建筑物1上，角度传感器2对倾斜角度数据进行拾取后，射频发射模块3通过天线将角度信号发射出去，放置在远端监控室内的射频接收模块4负责接收角度信号，并通过RS232数据线5上传到笔记本电脑6进行显示与处理。

1、倾斜角度数据拾取

在本实例中，我们选取了ADXL202E数字式角度传感器来获取建筑物的倾斜角度。其测量原理是通过测量倾斜面上的静态重力分量，然后进行反正弦函数运算间接得到倾斜角度值。选择ADXL202E的主要原因是该芯片体外围电路设计简单、功耗低；可直接输出数字式角度信号(PWM波)，便于与射频发射模块连接。通过对ADXL202E外围电路的设计，倾斜角度传感器的设计分辨率为0.01度，动态测量范围5Hz满足土木建筑物倾斜角度测量的要求。

2、倾斜角度数据射频传输

在倾斜角度无线发射模块方面，我们选用了NORDIC公司的nRF9E5芯片。主要是考虑到：(1)nRF9E5在软件编程方面和业界通用的8051单片机寄存器设置基本兼容，可利用Keil-C进行模块化编程，编程成本较低。(2)nRF9E5可在433MHz的ISM(工业、科学、医疗)频段工作，433M属于国际免费开放的无线电频段，小功率情况下不受无线电通信管制。(3)与同功率的2.46Hz的蓝牙等射频模块相比，nRF9E5在发射距离和绕过障碍物能力方面具有明显的优势。在本实例中，我们为了延长无线角度传感器的电池供电时间，通过编程将nRF9E5的发射功率设为-10dB，采用3.3V供电，空间无障碍无线传输距离为100米左右。

实现角度信号稳定可靠的无线传输是本实用新型的至关重要的一部分。如图2所示，系统级射频芯片年nRF9E5将高频电路和许多外围元件集成到了芯片内部，将数字电路对高频通信的影响降至最小。为了获得较好的无线通信性能，我们严格按照nRF 9E5的数据手册来设计该模块。为了减少电路板噪声对无线射频通信的干扰，我们将nRF 9E5做成单独的电路板。在母板上留出插槽，nRF9E5主控电路通过插槽与母路板上的数字式传感器进行通信。亦方便了在nRF9E5模块发生故障时进行更换。

3、传感器印刷电路版PCB的制作

无线倾角传感器为一数模混合电路，PCB布线就显得尤为重要。若布线或制版不好，系统实际性能往往达不到设计要求。为此，采取主要措施包括：(1)地线层的设计：一个较好的接地层可以产生一个理想的0V参考电压，使所有的器件容易去藕合。本电路中，我们采用1.6mm厚的双层板，所有的布线和元件放在同一面，另一面为接地层。在信号布线层里的空余部分都布成地平面，保证系统有一个可靠的地线层。此外，不让两个地信号共用一个接地过孔，以免在两个焊盘之间产生串扰。(2)电源布线：电源线尽量放宽，在进入信号模块之前加去耦电容。在本电路中加了一个10μF和一个0.01μF的电容来抵抗外来高频干扰。采用星形布线，电路的数字部分和RF部分有各自的电源线路。