基于傾角傳感器設計的帆船姿態(tài)儀

　　隨著(zhù)2008年北京奧運會(huì )的臨近，帆船運動(dòng)越來(lái)越受到人們的重視，如何利用現代科技手段輔助訓練，來(lái)提高比賽成績(jì)顯得尤為重要。從賽場(chǎng)實(shí)時(shí)采集數據指導訓練和減輕帆船教練工作強度方面考慮，設計帆船姿態(tài)儀，可使教練員了解每位運動(dòng)員具體的訓練細節，提高工作效率。

　　1 帆船姿態(tài)儀的系統設計

　　基于PIC16F877A設計的帆船姿態(tài)儀，能采集帆船行駛過(guò)程中的前后仰俯角、左右搖擺角、桅桿旋轉角和GPS系統記錄帆船行駛軌跡。系統每0.5s將采集到的數據記錄1次，記錄時(shí)間大約為5 h(小時(shí))。上位機通過(guò)RS232接口，可將存儲的數據讀取上來(lái)。上位機可以形象地將帆船行駛軌跡、帆船前后仰俯角、左右搖擺角等數據顯示出來(lái)。它的系統結構框圖如圖1所示。

　　2 帆船姿態(tài)儀的硬件設計

　　PIC16F877A單片機作為處理器，通過(guò)采集傾角傳感器SCA60C檢測帆船的傾斜角度，然后將檢測到的數據存儲到AT45D081A-RI大容量Flash存儲器中。其部分硬件電路如圖2所示。

　　DS1302時(shí)鐘芯片記錄測控系統中的數據，并在記錄時(shí)進(jìn)行時(shí)間標定。其軟硬件設計簡(jiǎn)單，時(shí)間記錄準確，既避免了連續記錄的大工作量，又避免了定時(shí)記錄的盲目性。DS1302與CPU的連接僅需要3條線(xiàn)，即SCLK、I／O、RST。DS1302與單片機連接的電路原理如圖2所示。

　　采用雙電源供電方式，以便在沒(méi)有主電源的情況下仍能保存時(shí)間信息以及數據。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電，當VCC2小于VCC1時(shí)，VCC1給DS1302供電。

　　AT45D081A-RI是Atmel公司生產(chǎn)的大容量Flash存儲器，容量為4 Mb。它采用串行方式傳送數據，單5V電源供電；具有功耗低、體積小、容量大、傳送快，與CMOS和TTL電平兼容以及掉電后數據不丟失等特點(diǎn)，因此，其硬件設計與軟件編程都很容易。

　　系統通過(guò)RS232C通信方式與上位機通信，將帆船在海中行進(jìn)的姿態(tài)傳送到上位機，最后由上位機軟件管理和顯示。

　　3 傾角傳感器的選取

　　系統采用上海朗尚科貿有限公司的SCA60C高精度傾角傳感器檢測帆船的傾斜角度，通過(guò)不同的安裝方式檢測帆船前后仰俯角和左右搖擺角。SCA60C實(shí)際上是一個(gè)加速度計，內部由一個(gè)硅微傳感器和信號處理芯片組成；SMD形式封裝；通過(guò)測量地球引力在測量方向上的分量，再將其轉換為傾斜角度，其模擬輸出特性如圖3所示。箭頭標明了加速度的正方向，如果帆船沿箭頭所指方向有加速度，或按圖3所示的方向傾斜，則輸出值增大。

　　其中，Offset是帆船在0 g位置時(shí)的電壓輸出(一般輸出值為2.5 V)，Sensitivity是設備的靈敏度(通常靈敏度為2 V／g)。為得到最好的精確度，應當用實(shí)際輸出值代替通常值。

　　4 上位機軟件設計

　　采用Delphi軟件設計帆船姿態(tài)儀的上位機，將帆船姿態(tài)儀采集存儲的數據通過(guò)串口讀取上來(lái)，利用上位機軟件對讀取上來(lái)的數據進(jìn)行管理，并以曲線(xiàn)的形式形象地顯示出來(lái)，教練員可以在上位機上了解運動(dòng)員訓練的具體情況。軟件界面如圖4所示。

　　結 語(yǔ)

　　帆船姿態(tài)儀安裝調試簡(jiǎn)單，技術(shù)先進(jìn)，功能豐富，維護方便，可幫助帆船運動(dòng)員進(jìn)行科學(xué)的訓練，迎接2008年北京奧運會(huì )。