CN203550947U - 一种用于监测机床水平变化的电子水平仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，其包括显示模块和多个测量模块，测量模块由双轴倾角传感器、基准源芯片、第一模拟信号调理电路、第二模拟信号调理电路、第一模数转换芯片、第二模数转换芯片和第一单片机组成，双轴倾角传感器的电源端与基准源芯片连接，双轴倾角传感器的X轴、Y轴模拟输出接口分别对应与第一模数转换芯片和第二模数转换芯片连接后，再与第一单片机的输入端连接，第一单片机的输出端与显示模块连接，优点是双轴倾角传感器由基准源芯片供电，使双轴倾角传感器工作过程中产生的电压纹波小，稳定性好，同时双轴倾角传感器输出模拟信号，提高了得到的测量结果的精度，从而使本实用新型能用于精密测量。

Description

一种用于监测机床水平变化的电子水平仪

技术领域

本实用新型涉及一种电子水平仪，尤其是涉及一种用于监测机床水平变化的电子水平仪。

背景技术

当机床在土质较为松软的地基中进行作业时，会因地基沉降而造成机床的机械部件（如注塑机的拉杆、数控加工机床的丝杠和导轨）的变形和损伤，因此监测机床上关键部位的水平变化显得尤为重要。水平仪是测量水平变化的一种测量仪器，广泛应用于建筑、火箭发射平台、桥梁等大型工程或精密工程中。目前的水平仪大多通过水平仪中的测量模块监测工程中关键部位的水平变化，然后将测得的数据传输给水平仪中的显示模块，再由显示模块显示测得的数据，再根据测的数据给出报警信号。有些水平仪中的测量模块采用水泡式传感器作为测量工具，这类水平仪需要人为判断被测平面是否水平，并估计出倾斜的角度值，测量精度较低；一些水平仪中的测量模块采用摆体垂线与两块水平体是否相接触来测量水平变化，这类水平仪只在摆体垂线倾斜到一定程度时才给出报警信号，不能用于精密测量。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种测量精度高、稳定性好且能用于精密测量的用于监测机床水平变化的电子水平仪。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，包括显示模块和多个测量模块，其特征在于：所述的测量模块由双轴倾角传感器、基准源芯片、第一模拟信号调理电路、第二模拟信号调理电路、第一模数转换芯片、第二模数转换芯片和第一单片机组成，所述的双轴倾角传感器的电源端与所述的基准源芯片的输出端连接，所述的双轴倾角传感器的X轴模拟输出接口通过所述的第一模拟信号调理电路与所述的第一模数转换芯片的输入端连接，所述的双轴倾角传感器的Y轴模拟输出接口通过所述的第二模拟信号调理电路与所述的第二模数转换芯片的输入端连接，所述的第一模数转换芯片的输出端和所述的第二模数转换芯片的输出端与所述的第一单片机的输入端连接，所述的第一单片机的输出端与所述的显示模块的输入端连接。

所述的第一单片机的输出端通过RS485通讯模块与所述的显示模块的输入端连接。

所述的显示模块由第二单片机和LED数码管组成，所述的第二单片机的输出端通过串并转换芯片与所述的LED数码管的输入端连接，所述的第二单片机的输入端通过所述的RS485通讯模块与所述的第一单片机的输出端连接。

所述的第二单片机的输入端连接有用于选择测量模块的按键。

所述的第二单片机的输出端连接有报警模块，所述的第二单片机的输出端传输使能信号给所述的报警模块的输入端。

所述的第一单片机和所述的第二单片机均采用Microchip单片机。

所述的双轴倾角传感器的型号为SCA100T-D02。

所述的第一模数转换芯片的输出端和所述的第二模数转换芯片的输出端分别通过串行外设接口总线与所述的第一单片机的输入端连接。

所述的第一模数转换芯片和所述的第二模数转换芯片均采用型号为AD7788的模数转换芯片。 

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1.本实用新型的电子水平仪的测量模块由双轴倾角传感器、基准源芯片、第一模拟信号调理电路、第二模拟信号调理电路、第一模数转换芯片、第二模数转换芯片和第一单片机组成，测量模块依靠双轴倾角传感器来完成测量，由于双轴倾角传感器由基准源芯片供电，使双轴倾角传感器工作过程中产生的电压纹波小，从而使本实用新型的电子水平仪具有良好的稳定性，同时双轴倾角传感器的输出端输出模拟信号，使得到的测量结果的精度高，能用于精密测量。

2.本实用新型的电子水平仪通过LED数码管显示各个测量模块测得的数据，当第二单片机读取到的测量模块测得的数据高于第二单片机设置的角度值时，第二单片机传输使能信号给报警模块，然后报警模块给出警告以提醒操作人员，从而达到保护机床部件、延长机床使用寿命的目的。

附图说明

图1为本实用新型的总体示意图；

图2为本实用新型的测量模块的结构示意图；

图3为本实用新型应用于监测注塑机水平变化的俯视示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型提出了一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，图1给出了本实用新型的总体示意图，其包括了显示模块1和多个测量模块2，测量模块2通过RS485通讯模块3与显示模块1连接，测量模块2固定在机床上需要监测水平变化的位置上。如图2所示，测量模块2由双轴倾角传感器21、基准源芯片26、第一模拟信号调理电路22、第二模拟信号调理电路23、第一模数转换(ADC)芯片24、第二模数转换芯片25和第一单片机27组成，双轴倾角传感器21的电源端与基准源芯片26的输出端连接，该基准源芯片26能保证双轴倾角传感器21工作过程中产生的电压纹波小，使测量的精度高并保证测量的稳定性，双轴倾角传感器21的X轴模拟输出接口与第一模拟信号调理电路22的输入端连接，第一模拟信号调理电路22的输出端与第一模数转换芯片24的输入端连接，双轴倾角传感器的Y轴模拟输出接口与第二模拟信号调理电路23的输入端连接，第二模拟信号调理电路23的输出端与第二模数转换芯片25连接，第一模数转换芯片24的输出端和第二模数转换芯片25的输出端分别通过串行外设接口总线与第一单片机27的输入端连接，第一单片机27的输出端通过RS485通讯模块3与显示模块1的输入端连接。显示模块1由第二单片机和LED数码管组成，第二单片机的输入端与第一单片机27的输出端连接，第二单片机的输出端通过串并转换芯片与LED数码管连接，串并转换芯片用目前常用的8位串并转换芯片，如采用型号为74HC4094的串并转换芯片，且第二单片机的输入端上连接有用于选择某个或某几个测量模块的按键，这些按键作为用户输入使用。为了达到提醒操作人员的目的，在第二单片机的输出端还连接了报警模块4，当读取到的数据高于第二单片机上设置的角度值时，第二单片机的输出端就传输使能信号给报警模块4的输入端以带动报警模块4发出警报，从而提醒操作人员。报警模块4采用现有的报警模块，如直接在第二单片机上连接一个扬声器，通过第二单片机传输使能信号使扬声器发出警报。本实用新型的电子水平仪工作时，双轴倾角传感器21的X轴、Y轴模拟输出接口输出倾角电压输出信号，X轴模拟输出接口输出的倾角电压输出信号经过第一模拟信号调理电路22放大该倾角电压输出信号后，再由第一模数转换芯片24将放大后的倾角电压输出信号进行模数转换处理并转换成角度值，最后将得到的角度值发送到显示模块1中，Y轴模拟输出接口输出的倾角电压输出信号经第二模拟信号调理电路23放大信号，第二模数转换芯片25转换成角度值后，将得到的角度值发送到显示模块1中，显示模块1中的第二单片机根据由X轴模拟输出接口得到的角度值和由Y轴模拟输出接口得到的角度值进行运算处理，由LED数码管显示测得的角度值。

在具体实施过程中，第一单片机27和第二单片机均采用Microchip单片机，双轴倾角传感器21采用VTI高精度双轴倾角传感器芯片SCA100T-D02。SCA100T-D02芯片提供数字输出接口和模拟输出接口，当采用数字输出接口作为输出端口时，不需要增加外部电路就可直接通过串行外设接口（SPI）总线采集数据，此时分辨率在0.07°，分辨率较低；而当采用模拟输出接口作为输出端口时，分辨率很高，可以达到0.0025°，但此时需要额外的模拟信号调理电路和高精度模数转换（ADC）芯片。为了满足高精度的要求，本实用新型中的双轴倾角传感器21采用模拟输出接口作为输出端口，双轴倾角传感器21的输出端输出模拟信号能进一步提高测量的精度，同时采用16位高精度ADC芯片AD7788处理双轴倾角传感器芯片SCA100T-D02输出的电压信号，最终本实用新型的测量模块2的倾角数据精度可达±0.0025°，可以满足各种高精度应用场合。基准源芯片采用市场上常用的且能满足双轴倾角传感器芯片SCA100T-D02工作电压的芯片。第一模拟信号调理电路22和第二模拟信号调理电路23采用相同的电路，这两个模拟信号调理电路采用由运算放大器构成的电压跟随器，这两个模拟信号调理电路对双轴倾角传感器21输出端口输出的模拟信号进行放大、缓冲或定标处理，使经过模拟信号调理电路后的模拟信号更适合于接入到第一模数转换芯片24的输入端和第二模数转换芯片25的输入端。显示模块1使用6位LED数码管作为显示界面，同时采用4个按键作为用户输入控件，显示模块1通过RS485通讯模块3可以同时连接多达20个测量模块2。通过显示模块1可以显示并查看各个测量模块2的数据，且能对单个或多个测量模块2进行初始零点校正和恢复绝对零点等。当读取到的测量模块2的数据高于第二单片机上设定的角度值时，第二单片机传输使能信号给报警模块4，由报警模块4发出警报提醒操作人员。RS485通讯模块3用于测量模块2和显示模块1之间的数据连接以及测量模块2之间的并联连接。RS485通讯模块3的波特率为115200bps，其传输距离为0~100米。操作者可以基于Modbus工业协议自主编写一个协议规约，然后将该协议规约应用在双轴倾角传感器21作为节点的通讯输入和输出命令、信息和数据交换中去，显示模块1就可以通过该协议规约访问各个测量模块2。

图3给出了本实用新型应用于监测注塑机水平变化的俯视示意图，将四个测量模块2置于注塑机模板运行的导轨上，这样可以比较贴近反映拉杆水平变化的情况。然后通过RS485通讯模块3连接到配电箱中的显示模块1中去，也可以直接接入到注塑机中的IO控制板中，将数据反馈给注塑机的控制器。待操作人员第一次调平塑机水平之后，将本实用新型的电子水平仪进行归零操作，以作为今后监测注塑机水平变化的基准。

Claims (9)

1.一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，包括显示模块和多个测量模块，其特征在于：所述的测量模块由双轴倾角传感器、基准源芯片、第一模拟信号调理电路、第二模拟信号调理电路、第一模数转换芯片、第二模数转换芯片和第一单片机组成，所述的双轴倾角传感器的电源端与所述的基准源芯片的输出端连接，所述的双轴倾角传感器的X轴模拟输出接口通过所述的第一模拟信号调理电路与所述的第一模数转换芯片的输入端连接，所述的双轴倾角传感器的Y轴模拟输出接口通过所述的第二模拟信号调理电路与所述的第二模数转换芯片的输入端连接，所述的第一模数转换芯片的输出端和所述的第二模数转换芯片的输出端与所述的第一单片机的输入端连接，所述的第一单片机的输出端与所述的显示模块的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，其特征在于：所述的第一单片机的输出端通过RS485通讯模块与所述的显示模块的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，其特征在于：所述的显示模块由第二单片机和LED数码管组成，所述的第二单片机的输出端通过串并转换芯片与所述的LED数码管的输入端连接，所述的第二单片机的输入端通过所述的RS485通讯模块与所述的第一单片机的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，其特征在于：所述的第二单片机的输入端连接有用于选择测量模块的按键。

5.根据权利要求4所述的一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，其特征在于：所述的第二单片机的输出端连接有报警模块，所述的第二单片机的输出端传输使能信号给所述的报警模块的输入端。

6.根据权利要求5所述的一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，其特征在于：所述的第一单片机和所述的第二单片机均采用Microchip单片机。

7.根据权利要求6所述的一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，其特征在于：所述的双轴倾角传感器的型号为SCA100T-D02。

8.根据权利要求7所述的一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，其特征在于：所述的第一模数转换芯片的输出端和所述的第二模数转换芯片的输出端分别通过串行外设接口总线与所述的第一单片机的输入端连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的一种用于监测机床水平变化的电子水平仪，其特征在于：所述的第一模数转换芯片和所述的第二模数转换芯片均采用型号为AD7788的模数转换芯片。

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