便攜式無線多功能測距系統

段旭鑫 謹凱 楊義濤 于淼

摘 要 隨著社會的飛速發展，在越來越多的場合需要進行大范圍、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據，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，并將數據通過無線傳輸至手機，將所采集到的數據手動輸入或自動填充至預先設定好的圖紙中，極大地減少了測量人員的工作量。

關鍵詞 房屋測量；激光測距；無線

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

隨著我國經濟社會的不斷發展，基礎建設工程在房地產行業占據了越來越重要的位置[1]，基礎工程建設的質量也直接影響著消費者的利益，隨著人民消費水平的不斷提高，對工程項目產品的質量也提出更高的要求，因此對工程項目建設的質量監管就顯得尤為重要。

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

數字化的測繪技術與傳統的技術相比較而言，具有很明顯的優勢和發展前景，也是今后的一個發展的方向和目標。因為大大提高了測量的精確度，所以已經適應了現在的科學技術的發展需要和管理的需要。在工程測量、房屋測量、管網測量以及地籍測量等方面得到了廣泛的應用，不僅確保了高的精確度，而且還提供了數字化信息，從而滿足了現在各行各業信息技術的需要。

2011年，借助單片機和超聲波傳感器實現了數據的實時測量，而且通過更換測量終端的傳感器，搭建的系統可用于數據采集、環境監測和無線抄表等領域[3]。

2012年，同樣借助無線測距，解決了農業機器人在惡劣和未知作業環境中的導航定位問題[4]。激光測距是一種具有極高精度的測量方法。

2017年，通過結合單片機和激光測距儀，實現了對目標距離的精準、動態的測量。

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

1 系統設計

設計的無線測距系統由激光測距儀、系統控制芯片和手機App三部分構成。其系統結構框圖如圖1所示。

1.1 激光測距儀

采用德國進口激光模組，測量快，精度高，性能穩，采用自由曲面光學技術增強反射光學接收，近距離測量精準，對系統狀態進行評估的算法，過濾噪聲和干擾，使得數據更精準，利用激光對目標的距離進行準確測定的儀器。激光測距儀在工作時向目標射出一束很細的激光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離，距離累加，連接GPS，遠距離測試等功能。

1.1.1 特點

在設計時，考慮到外部環境條件的惡劣，所以即便是在極其惡劣的環境下使用，也會有出色的性能表現。使用時，可以手持或安裝到三角架上以增加穩定性。該測距儀技術特點有如下：

1）照明LCD的顯示。這款顯示屏含中文字庫和數字字符等，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，滿足了隨時使用的要求。

2）可視、蜂鳴測量指示器。可視化的指示器，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，屬于一種智能節水、節能設備。在最近幾十年才發展興起的技術。已經廣泛應用在科技和國防等領域，紅外測距系統在實現物體間距離的測量達到了很好的技術水平。

1.1.2 測量原理

1）相位測距原理。由主控振蕩器（即主振）產生的調制信號頻率f ，經過放大后加到發光管，經過電流調制出射紅外調制光，從發射光學系統出射射向鏡站的反光鏡；經反射后，回光被接收光學系統所接收，到達硅光敏二極管；經過轉換，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，根據這二路信號來測得物體的距離量值。

1.2 系統控制芯片

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，還分別包含一個低功耗藍牙芯片，一個用于手勢識別的加速度傳感器和一個六軸加速度陀螺儀。如圖2所示為控制芯片。

該芯片可以實現數據的處理，并將數據無線傳輸到手機端的App內。

1.2.2 BLE技術

低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy， BLE）設備無法向下兼容（無法與藍牙2.0＼2.1＼3.0通信），僅能與BLE設備通信。在BLE協議中，有兩個角色，中心設備和外圍設備。中心設備可以掃描附近的外圍設備，而外圍設備可以發出廣播讓中心設備掃描；BLE連接中必須同時存在這兩種角色的設備，同角色設備間不能相連。當BLE連接建立后，兩個設備間通信將使用GATT協議進行。GATT協議中也有兩種角色，分別是GATT服務端和GATT客戶端。但是不管是外圍設備還是中心設備都是可以實現GATT服務端和GATT客戶端進行數據的傳輸，但是無法同時都是。這兩種角色取決于BLE連接成功后，兩個設備間通信的方式。

系統芯片就是采用BLE技術，將數據發送到手機App。

1.3 手機App

采用XCode 9.3軟件開發平臺進行App的開發，所用語言為swift語言。swift語言提供ios應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，同時添加了現代的功能來使得編程更加簡單、靈活和有趣，展示了軟件開發的新方向。在App內，可以顯示采集到的各項數據，同時將測量數據填充到預先已經導入App內的建筑圖紙中。

2 結論

針對目前房屋測量數據不理想，操作繁瑣的情況，文中設計的房屋測繪系統采用較為新穎的測量手段，應用激光測距儀采集數據，并將結果無線傳輸到手機App，在App內，可以將數據自動填充到對應的建筑圖紙中，在保證數據準確的同時，極大簡化了測量過程，具有良好的實用價值。

參考文獻

[1]張旭.基于建筑工程測量的房屋測量技術[J].建筑知識，2016，36（14）：72-73.

[2]許捷，劉云，申娟娟.房屋測量常見問題及解決方式探討[J].現代測繪，2014，37（4）：35-37.

[3]胡慧，張彪.基于51單片機的無線測距系統[J].傳感器世界，2011，17（11）：33-36.

[4]侯忠坤.基于無線測距的農業機器人導航定位方法[J].農機化研究，2012，34（4）：72-74，78.

[5]孫卿，楊凌輝.基于測距傳感器的WMPS非接觸測量方法[J].激光技術，2016，40（5）：670-675.

[6]郭智源，韓建，等.基于STM32的PID和PWM溫度控制系統研究[J].科學技術與工程，2011（6）：3805-3807.

[7]彭剛，春志強.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器應用[M].北京：電子工業出版社，2011.