【摘要】本设计利用单片机HT46R24控制和力学原理，将荷重元的输出电压转换成角度，显示在LCD板上，很快的测出平台倾斜的角度。量测的角度范围可以到达1800，以数字输出的方式显示，提高了角度测量精度，并缩短测量时间，还可以利用电子信号输出来控制其他的自动化设备，以达到自动化调控的功能。
【关键词】角度测量仪；荷重元；单片机
1.引言
许多自动化设备，例如像汽车、飞机、机械平台等都需要测量设备本身倾斜的角度并将测量的结果回馈给控制系统，由系统内部做出适当的回应，进而调整系统的倾斜度，因此高精度倾斜感测器是现代科技发展不可缺少的零件，尤其在建筑产业的应用是更为广泛。我们应用力学原理设计高精度倾斜感测器，并使用8位元系列HT46R24单片机作微控制器，设计出了精度较高的倾斜感测器。
2.HT46R24单片机角度测量仪工作原理
荷重元是一种用来测量应力的感测元件。当一根导体材料两端受到外力负荷，产生轴向长度稍微拉长，截面也稍微变细，导线电阻值计算公式为：
R=ρL/A （1）
式中，R—电阻值；L—导线长度；A截面积；ρ—随材料而异的电阻系数
量测出应变规导线电阻值的变化，便可计算其伸长量或应变，再进而计算出其应力或受力大小。利用此原理将导体做成如图1所示的板状，即形成应变规，将应变规贴在所要量测的试片上，由测量实验过程中电阻值变化大小，即能了解材料表面变形情况。
荷重元内部通常包含应变规和一个用来放大应变规内电阻微小变化的电桥电路，如图2所示。
图中的惠斯登电桥是一个相当常见的信号放大电路，电桥上串连两个应变规，一个应变规与所要测量外力方向相同，另一个“补偿应变规”则与量测应变规相垂直，使所要测量外力不会对其产生变形。
在选用荷重元时，须注意量测物体的最大负荷、输出信号值、参考电源大小及反应时间等特性。一般来说，荷重元的信号极为微弱，且常为非电线性的输出，需要经过信号放大器作放大与补正处理，才能得到量测力的精密度。
此外，输出信号均为类比的微小信号，因此必须将信号放大才能作进一步的处理，同时在一般的应用场合中，往往还需要将信号回馈，传送至单片机中进行运算，因此必须将类比式的信号转换成数字信号，才能让微电脑读取，这个程序是由类比数字资料转换元件ADC来完成，如图3所示。图中ADC将感测器输出电压的类比信号提取、量化之后，转变成数字信号的过程。
3.本系统的软件流程
在软件方面，HT-IDE3000为系统提供友善的工作平台。将所有的软件工具，例如：编辑器、组译器、连结器、函数库管理员和符号除错器，整合成為一视窗环境，使程序发展过程更为容易。HT-IDE3000软件还提供软件模拟器功能，无需接上HT-ICE模拟器，即可进行程序开发。此软件模拟器可以利用单片机，以及所有HT-ICE模拟器之基本功能。利用以HT46R24单片机为核心的控制器主体搭配一个LCD的信号输出模组与荷重元量测系统作为输入单元，并规划HT46R24单片机PA点输出点，PB点输入点。其中HT46R24 MCU Based控制器主体用来执行逻辑、运算、计时、计数等功能，并透过数字输出或类比输入模组来进行角度测量动作，本设计程序流程图，如图4所示。
4.系统的硬件设计
荷重元实物结构，如图5所示。
除了荷重元是钢铁材料之外，其他结构都由铝材构成。其中的硬件线路，如图6所示。
利用在量测仪中放置一钢珠，当量测仪放置在倾斜面时，该钢珠因滑动而碰触到某侧的荷重元，并随著倾斜面角度的增加，该荷重元所量测到的侧向力越大，进而反推算平台倾斜的角度，透过单片机的应用，将该荷重元的输出电压转换成角度，显示在LCD面板上，达到即时得知平台倾斜角度的效果。数字输出的方式，更能提高角度测量精度及缩短测量时间，容易与其他自动化设备配合使用，利用电子信号输出来控制其他的自动化设备，以达到自动化调控之功能。
5.结论
本设计应用范围广泛，在平台上安装两个角度测量仪可以控制机构调整平台的水平；应用在自走型机器人身上，让机器人能够下楼梯及特定角度移动变化；把角度测量仪安装在汽车上，可以测量路面坡度，使汽车驾驶员了解路况，可以提前预测意外事故的发生；角度测量仪可以让交通工具自动补正因地型所形成的倾斜角，使放置在车内的东西不易倾倒；可安装于病床中让病患能自动调整所需倾斜角，而不须再使用手摇方式调整病床的角度等。
参考文献
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作者简介：
穆亚辉（1974—），女，河南许昌人，大学本科，讲师，研究方向：自动控制。
王俊豪（1974—），男，大学本科，河南许昌人，工程师，研究方向：自动控制。
