基于MEMS的测斜传感器.doc

摘要:微机电系统（Micro Electromechanic System, MEMS）是二十世纪末、二十一世纪初兴起的工程科学前沿，它涉及多学科的交叉如：物理学、现代光学、现代力学、化学、生物学等基础学科，以及材料、机械、电子、信息等工程技术学科，具有体积小、重量轻等优点，在军民两用领域具有广泛的应用前景。

测斜传感器最初的应用是在定向钻井技术方面。定向钻井技术是石油勘探开采过程中的重要技术，它在岩石钻孔、隧道钻进、水下布局、建筑等领域同时都得到了广泛的应用。它的工作参数主要包括钻井过程中各点的倾斜角、方位角和工具面角，利用测斜传感器可以对这三个参数进行测量。随着石油工程技术的发展，井下测井工具集成的传感器越来越多，小型化微型化的测斜传感器在狭小的井下空间将具有更强的应用。

在传统测斜技术的研究基础上，结合实际需求，本次课题利用MEMS传感器进行了测斜传感器的开发。本设计的测斜传感器属于一种三自由度的定位装置，它由加速度传感器、磁阻式磁强传感器、LCD显示器和51单片机组成。论文详细介绍采用三轴正交加速度传感器测量地球重力矢量定倾斜角和三轴正交磁强传感器测量地磁场矢量定方位角的测斜原理，推导出了倾斜角、方位角以及工具面角的数学模型，并阐述了加速度传感器、磁强传感器的工作原理及测斜系统的结构设计，完成了测斜传感器的软硬件设计。测斜传感器内置了单片机STC89C52RD对数据进行采集、处理、存储和传输并具备良好的人机交互界面。设计的测斜传感器在902E-1 型双轴电动旋转平台上进行了实验，结果能满足基本要求。

关键词：MEMS 测斜传感器 加速度传感器 磁场传感器 51单片机

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1课题背景-1

1.2测斜传感器的研究进展-2

1.3主要研究内容-3

第二章 基于MEMS的测斜传感器的工作原理-5

2.1 测斜传感器的定义和模型-5

2.1.1 测斜传感器的定义-5

2.1.2 测斜传感器的数学模型-6

2.2 倾斜角的测量原理-7

2.3 地磁方位角的测量原理-8

2.4 工具面角的测量原理-9

第三章 硬件电路的设计-10

3.1 硬件系统总体方案-10

3.2 硬件电路分块设计-10

3.2.1 CPU模块-11

3.2.2 加速度传感器AXL345-13

3.2.3 磁场传感器HMC5883-16

3.2.4液晶显示器FM12864-19

3.2.5按键电路-20

3.2.6其他设计-20

第四章 软件设计-22

4.1 FM12864驱动-22

4.2 AXL345驱动-23

4.3 HMC5883驱动-24

4.4 主程序-25

4.5 数据储存子程序-26

4.6数据处理子程序-26

4.7按键与菜单子程序-27

第五章 系统调试和结果分析-28

5.1液晶模块调试-28

5.2 加速度传感器调试-28

5.3 磁场传感器调试-29

5.4 综合调试及误差分析-30

第六章 结论-33

致谢-34

参考文献-35

附录-36