便攜式無線多功能測距系統(tǒng)

段旭鑫 謹(jǐn)凱 楊義濤 于淼

摘 要 隨著社會的飛速發(fā)展，在越來越多的場合需要進(jìn)行大范圍、高精度、快速的距離和速度測量。目前家居裝修中需要大量的測量待裝修房屋數(shù)據(jù)，但目前市場上依然采用較為落后的手動測量的繪圖手段。文章采用激光測距，并將數(shù)據(jù)通過無線傳輸至手機(jī)，將所采集到的數(shù)據(jù)手動輸入或自動填充至預(yù)先設(shè)定好的圖紙中，極大地減少了測量人員的工作量。

關(guān)鍵詞 房屋測量；激光測距；無線

中圖分類號 TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）213-0100-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)工程在房地產(chǎn)行業(yè)占據(jù)了越來越重要的位置[1]，基礎(chǔ)工程建設(shè)的質(zhì)量也直接影響著消費(fèi)者的利益，隨著人民消費(fèi)水平的不斷提高，對工程項(xiàng)目產(chǎn)品的質(zhì)量也提出更高的要求，因此對工程項(xiàng)目建設(shè)的質(zhì)量監(jiān)管就顯得尤為重要。

數(shù)字化的測繪技術(shù)隨著科技的不斷發(fā)展逐漸誕生，因其高精度和高科技含量等特點(diǎn)，在建筑工程測量方面正在慢慢取代傳統(tǒng)的測量方法。尤其是在現(xiàn)代建筑企業(yè)的管理中，如何提高測量質(zhì)量是改善企業(yè)質(zhì)量管理的關(guān)鍵問題。但是在房屋測量中存在誤差是常見的問題之一，主要的原因在于設(shè)備測量誤差和測量人員的失誤[2]。

數(shù)字化的測繪技術(shù)與傳統(tǒng)的技術(shù)相比較而言，具有很明顯的優(yōu)勢和發(fā)展前景，也是今后的一個(gè)發(fā)展的方向和目標(biāo)。因?yàn)榇蟠筇岣吡藴y量的精確度，所以已經(jīng)適應(yīng)了現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要和管理的需要。在工程測量、房屋測量、管網(wǎng)測量以及地籍測量等方面得到了廣泛的應(yīng)用，不僅確保了高的精確度，而且還提供了數(shù)字化信息，從而滿足了現(xiàn)在各行各業(yè)信息技術(shù)的需要。

2011年，借助單片機(jī)和超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測量，而且通過更換測量終端的傳感器，搭建的系統(tǒng)可用于數(shù)據(jù)采集、環(huán)境監(jiān)測和無線抄表等領(lǐng)域[3]。

2012年，同樣借助無線測距，解決了農(nóng)業(yè)機(jī)器人在惡劣和未知作業(yè)環(huán)境中的導(dǎo)航定位問題[4]。激光測距是一種具有極高精度的測量方法。

2017年，通過結(jié)合單片機(jī)和激光測距儀，實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)距離的精準(zhǔn)、動態(tài)的測量。

由于激光測距儀具有體積小、重量輕、操作簡便、測距速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)[5]，而且其誤差非常小，所以文中將采用激光測距儀進(jìn)行距離的測量。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的無線測距系統(tǒng)由激光測距儀、系統(tǒng)控制芯片和手機(jī)App三部分構(gòu)成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 激光測距儀

采用德國進(jìn)口激光模組，測量快，精度高，性能穩(wěn)，采用自由曲面光學(xué)技術(shù)增強(qiáng)反射光學(xué)接收，近距離測量精準(zhǔn)，對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行評估的算法，過濾噪聲和干擾，使得數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，利用激光對目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測定的儀器。激光測距儀在工作時(shí)向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，計(jì)時(shí)器測定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)間，計(jì)算出從觀測者到目標(biāo)的距離，距離累加，連接GPS，遠(yuǎn)距離測試等功能。

1.1.1 特點(diǎn)

在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到外部環(huán)境條件的惡劣，所以即便是在極其惡劣的環(huán)境下使用，也會有出色的性能表現(xiàn)。使用時(shí)，可以手持或安裝到三角架上以增加穩(wěn)定性。該測距儀技術(shù)特點(diǎn)有如下：

1）照明LCD的顯示。這款顯示屏含中文字庫和數(shù)字字符等，滿足了測距儀所需要的顯示要求，而且，自帶的背光可以在夜晚使用，滿足了隨時(shí)使用的要求。

2）可視、蜂鳴測量指示器?？梢暬闹甘酒?，蜂鳴器指示器，很好的在測量過程中滿足了指示提示的工作要求。

3）紅外線傳感器。研制原理是紅外線反射，屬于一種智能節(jié)水、節(jié)能設(shè)備。在最近幾十年才發(fā)展興起的技術(shù)。已經(jīng)廣泛應(yīng)用在科技和國防等領(lǐng)域，紅外測距系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)物體間距離的測量達(dá)到了很好的技術(shù)水平。

1.1.2 測量原理

1）相位測距原理。由主控振蕩器（即主振）產(chǎn)生的調(diào)制信號頻率f ，經(jīng)過放大后加到發(fā)光管，經(jīng)過電流調(diào)制出射紅外調(diào)制光，從發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)出射射向鏡站的反光鏡；經(jīng)反射后，回光被接收光學(xué)系統(tǒng)所接收，到達(dá)硅光敏二極管；經(jīng)過轉(zhuǎn)換，得到最終高頻的測距信號。

2）PSD測距原理。利用三角測距原理，用一種位置敏感器件的PSD組件來獲得二路輸出信號，根據(jù)這二路信號來測得物體的距離量值。

1.2 系統(tǒng)控制芯片

1.2.1 控制芯片

芯片采用Intel Curie加載32位Intel Quark處理器，有384kB閃存、80kB SRAM，還分別包含一個(gè)低功耗藍(lán)牙芯片，一個(gè)用于手勢識別的加速度傳感器和一個(gè)六軸加速度陀螺儀。如圖2所示為控制芯片。

該芯片可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，并將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)绞謾C(jī)端的App內(nèi)。

1.2.2 BLE技術(shù)

低功耗藍(lán)牙（Bluetooth Low Energy， BLE）設(shè)備無法向下兼容（無法與藍(lán)牙2.0＼2.1＼3.0通信），僅能與BLE設(shè)備通信。在BLE協(xié)議中，有兩個(gè)角色，中心設(shè)備和外圍設(shè)備。中心設(shè)備可以掃描附近的外圍設(shè)備，而外圍設(shè)備可以發(fā)出廣播讓中心設(shè)備掃描；BLE連接中必須同時(shí)存在這兩種角色的設(shè)備，同角色設(shè)備間不能相連。當(dāng)BLE連接建立后，兩個(gè)設(shè)備間通信將使用GATT協(xié)議進(jìn)行。GATT協(xié)議中也有兩種角色，分別是GATT服務(wù)端和GATT客戶端。但是不管是外圍設(shè)備還是中心設(shè)備都是可以實(shí)現(xiàn)GATT服務(wù)端和GATT客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，但是無法同時(shí)都是。這兩種角色取決于BLE連接成功后，兩個(gè)設(shè)備間通信的方式。

系統(tǒng)芯片就是采用BLE技術(shù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)App。

1.3 手機(jī)App

采用XCode 9.3軟件開發(fā)平臺進(jìn)行App的開發(fā)，所用語言為swift語言。swift語言提供ios應(yīng)用編程的新編程語言，基于C和Objective-C，而卻沒有C的一些兼容約束。采用了安全的編程模式，同時(shí)添加了現(xiàn)代的功能來使得編程更加簡單、靈活和有趣，展示了軟件開發(fā)的新方向。在App內(nèi)，可以顯示采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，同時(shí)將測量數(shù)據(jù)填充到預(yù)先已經(jīng)導(dǎo)入App內(nèi)的建筑圖紙中。

2 結(jié)論

針對目前房屋測量數(shù)據(jù)不理想，操作繁瑣的情況，文中設(shè)計(jì)的房屋測繪系統(tǒng)采用較為新穎的測量手段，應(yīng)用激光測距儀采集數(shù)據(jù)，并將結(jié)果無線傳輸?shù)绞謾C(jī)App，在App內(nèi)，可以將數(shù)據(jù)自動填充到對應(yīng)的建筑圖紙中，在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的同時(shí)，極大簡化了測量過程，具有良好的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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