便携式大容量数据存储器在倾斜角度监测系统中的应用

摘要
随着倾角传感器在地质设备倾斜监测、雷达车辆平台检测、船舶航行姿态测量、火炮炮管初射角度测量、石油钻井设备 、卫星通信车姿态检测、各种工程机械倾角测量等行业中的推广和应用，要求倾角传感器采集到的大量数据能够在各种恶劣的工业控制环境和现场中得到有效的、完整的保存。海量数据存储器的使用解决了我们对大容量采集数据的存储；内置的时钟功能让我们更好的了解发生倾斜角度时的具体时间；低功耗设计适合国家提倡的节能需求。

系统框架
倾角传感器采用针对工业现场控制领域推出的串口输出型双轴倾角传感器，其内置高精度 16bit A/D 差分转换器，通过5 阶滤波算法，从而可以测量传感器输出相对于水平面的倾斜和俯仰角度。输出响应频率标准可达18Hz。其它特性：

a  双轴RS232/485数字输出倾角传感器量程±1～±90°可选；精度0.004 分辨率0.01
b  用户可通过串口指令设定倾角相对零点输出位置、传感器波特率等多项参数。
c  数字输出，双层电路板，封装外壳的产品防水等级IP68，抗外界电磁干扰能力强。
d  宽温工作-40～+85, 高抗振性能>2000g
使用欧洲进口倾角单元，电容微型摆锤原理。利用地球重力原理，当倾角单元倾斜时，地球重力在相应的摆锤上会产生重力的分量，相应的电容量会变化，通过对电容量处量放大，滤波，转换之后得出倾角。

    海量数据存储器采用广州乐诚电子科技有限公司提供的LCW-S数据存储器, 是一款可以替代PC机的便携式串口数据记录仪。LCW-S数据存储器是一种超大容量的数据存储设备,采用嵌入式系统控制芯片，将串口RS-232/485输入的数据透明存储在SD卡中。数据存储器采用模块化设计，不需要用户对现有设备进行改造，实现数据实时存储。该产品已广泛使用于系统集成设备、自动化采集设备、高校、研究所重要实验装置“黑匣子”，是具有高度集成，高可靠性，低成本优势的数据存储产品。 有如下功能：

a  采用工业级高性能32位处理器，运用独特的动态内存分配管理算法，提高数据的处理能力，实现实时 高速数据采集、持续数据记录和大容量数据存储的便携式数据存储记录仪。其高达100Kb/s的数据接收及存储能力,完全适应倾角传感器高速的，海量的数据存储。
  b  超低功耗设计，支持锂电池供电适用野外和移动状态下的数据存储环境。
  c  具有时钟功能，数据存储文件以当前的年月日自动命名；可根据用户的具体需要对接收到的每帧数据加入实时时间，方便后期数据处理。
  d  中文配置软件，通过串口可修改波特率、时钟校准等。
  e  可对仪器仪表采集设备发送轮询指令（根据用户需求定制）。
  f  存储器工作用的参数可以固化到处理器内的FLASH 存储器中，不会发生参数丢失的问
题。固化的工作参数上电时自动调出。
                     
系统构成及特点
       本系统有系统电源、倾角传感器、大容量数据存储器组成。倾角传感器为前端采集设备，大容量数据存储器为数据实时存储设备，系统电源为整机提供稳定可靠的电源，全部安装在倾斜角度采集现场。倾角传感器完成倾斜角度的检测；大容量数据存储器完成对倾角传感器输出RS232/485 信号进行采集、分析、处理、保存。

      倾角传感器和大容量数据存储器均为低功耗产品设计，整机耗电在0.8W 左右。对于现场无电源的情况，特别是在现场环境恶劣的野外，用户可以选用太阳能供电，选用15W 的太阳能电池板配接12V/30AH 铅酸电池组可以实现连续一周时间阴天的连续供电。
  
      系统具有实时性：实时现场监测，数据完整保存；灵活性：用户可以根据需求，灵活、方便的设置参数；安全性：不论是产品、还是工具及其维护，都具有系统安全性和可靠性；采集方式：应答式和自动输出式等特点。

数据存储格式
    在许多监测过程中，不仅要求读取简单的仪表值，而且还需要对一段时间的数据进行科学的分析和处理以取得预测和分析的目的。在这种情况下，可能要求监测时间长，采集要求自动进行，无需人工值守，所以数据必须自动存储，大容量数据存储器采用PC机可识别的FAT  32文件系统设计，支持大容量的SD卡，数据存储格式为“TXT”文档，PC机可以直接对SD卡中的文件进行操作。

    倾角传感器监测数据有应答制式和自动制式两种输出方式；在某种特定的情况下，需要对发生倾斜的时间和倾斜的角度做一个准确的、实时的记录。我们采用应答输出方式，通过数据存储器对倾角传感器定时的发送“轮询指令”获取倾斜角度值，进行保存。在数据保存的过程中处理器对数据进行处理，使每帧角度数据前自动加入实时时间。数据存储格式为：14:35:11  X轴： +025.30 °Y轴：-007.05°；14:35:12  X轴： +013.02 °Y轴：000.25°；14:35:13  X轴： +002.40 °Y轴：005.25°；14:35:14  X轴： +002.10 °Y轴：-005.33°。。。。。。。。。存储文件以当时的年月日命名。

传感器安装
    安装时应保持传感器安装面与被测目标面平行，并减少动态和加速度对传感器的影响。可水平安装也可以垂直安装，安装方式请参考下面示意图：

     
请按照正确的方法进行安装倾角传感器，不正确的安装会导致测量误差，尤其注意一“面”，二“线”：
1）传感器的安装面与被测量面固定必须紧密、平整、稳定，如果安装面出现不平容易造成传感器测量夹角误差。见图AB
2)传感器轴线与被测量轴线必须平行，两轴线尽可能不要产生夹角。见图CD

         

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