数字水准仪硬件电路设计和实现
|
摘要
数字水准仪是一种集现代电子技术、计算机软硬件技术、材料技术、精密机械加工技术和图像处理技术等于一体的高科技产品。作为水准测量的仪器，数字水准仪具有测量速度快、读数客观、精度高、能减轻作业劳动强度、测量数据便于输入计算机和容易实现水准测量内外业一体化的优点。本文在对国外各种数字水准仪的读数原理和编码结构进行分析研究的基础上，形成开发数字水准仪硬件电路的设计方案。根据该设计方案，分别对数字水准仪硬件电路的主要部件进行了选型，主控芯片采用高性能的AVR单片机，前端采用CMOS图像传感器为标尺图像采集部件，人机界面采用液晶显示模块，在此基础上，完成了数字水准仪的硬件电路设计。
通过所设计的实验环境，对数字水准仪样机进行测试，得到整机在中短距离(＜30m)高差测量达到0.2mm测量精度的结果，该测试结果表明样机电路设计思路正确，所设计的数字水准仪样机通过原理性验证，为数字水准仪进一步的开发打下良好的基础。
Digital level is a high-tech product that integrates kinds of technologies, such as modern electronic technology, computer software and hardware technology, material and precision machining technology as well as image processing technology. As a leveling surveying instrument, digital level has many advantages in high surveying speed, objective result reading with high precision, easy interface with computer and uniform with in and outdoor operation. Based on the analysis of code structure and measuring principle of different digital levels in being, design of developing circuit is accomplished in which AVR MCU with high performance is the master chip, a CMOS image sensor is used to collect image of bar code ruler and LCD display module acts as the man-machine interface.
Experimental results achieving 0.2mm metrical precisions within 30 meter on prototype of digital level indicate feasibility of the design scheme in hardware circuits and also verify the theory of digital level, and this provides a good base for further development of digital level.
通过所设计的实验环境，对数字水准仪样机进行测试，得到整机在中短距离(＜30m)高差测量达到0.2mm测量精度的结果，该测试结果表明样机电路设计思路正确，所设计的数字水准仪样机通过原理性验证，为数字水准仪进一步的开发打下良好的基础。
Digital level is a high-tech product that integrates kinds of technologies, such as modern electronic technology, computer software and hardware technology, material and precision machining technology as well as image processing technology. As a leveling surveying instrument, digital level has many advantages in high surveying speed, objective result reading with high precision, easy interface with computer and uniform with in and outdoor operation. Based on the analysis of code structure and measuring principle of different digital levels in being, design of developing circuit is accomplished in which AVR MCU with high performance is the master chip, a CMOS image sensor is used to collect image of bar code ruler and LCD display module acts as the man-machine interface.
Experimental results achieving 0.2mm metrical precisions within 30 meter on prototype of digital level indicate feasibility of the design scheme in hardware circuits and also verify the theory of digital level, and this provides a good base for further development of digital level.
引文
[1]拓普康，拓普康电子水准仪原理与应用，1999
[2]蔡司，DiNill，DiNi12数字水准仪操作手册，1997
[3]徕卡，徕卡新一代数字水准仪DNA用户手册，2002
[4]孙坚，数字水准仪的现状和发展，北京测绘，1998年第3期
[5]薄志鹏等，数字水准仪述评，测绘通报，1996年第2期
[6]薄志鹏等，数宇水准仪述评(续)，测绘通报，1996年第3期
[7]王明善等，数字水准仪的原理及误差分析，四川测绘，2000年第4期
[8]马世峰 李广云 李宗春，自动化水准测量仪器——数字水准仪，东北测绘，1997年第3期
[9]H.Ingensand，世界上第一台数字水准仪WILD NA2000，李以赫译，武测译文，1991年第1期
[10]余建国，数字水准仪基本原理及其调试，2000年全国测绘仪器综合学术年会论文集，2000年7月
[11]H.Ingensand, The Evolution of Digital Levelling Techniques Limitations and New Solutions, from www.google.com
[12]徐正扬等，大地控制测量学，解放军出版社，1992年
[13]刘志德等，EDM三角高程测量，测绘出版社，1996年
[14]李青岳 陈永奇，工程测量学，测绘出版社，1995年第二版
[15]中华人民共和国国家标准GB12897—91，国家一、二等水准测量规范，国家技术监督局，1991年
[16]朱德新，水准仪通用技术条件，仪器仪表标准化与计量，1999年第5期
[17]邓融，如何评价电子水准仪的质量与性能，北京测绘．2002年第3期
[18]周必才 顾乃根 李治华等，DiNi-11数字水准仪在断层形变台站测量中的应用，地震地磁观测与研究，2002年第1期
[19]王明善 李明 兰启贵，数字水准仪的系统分辨率，四川测绘，2001年第4期
[20]陈斌 王进东 徐铭等，DiNi12数字水准仪测量系统及其应用，测绘通报，2001
年第10期
[21]董志荣，NA3003电子水准仪在三峡工程安全检测中的应用，测绘通报，2002年第5期
[22]郭金运 徐泮林 曲国庆，数字水准仪的性能比较与分析，测绘通报，2002年第3期
[23]王明善 李明 兰启贵，数字水准仪使用中的几个问题，四川测绘，2001年第3期
[24]马俊海 冯守良 卢廷军等，数字水准仪及其在机场跑道板块高程测量中的应用，测绘工程，2001年第2期
[25]王永尚 李以赫 肖学年等，数字水准仪的试验结果及其分析，测绘通报，2002年第4期
[26]罗官德 任道胜 陈如丽．数字水准仪i角检校方法探讨，测绘信息与工程，2002年第4期
[27]宋勇 郝群 王永天等，CMOS图像传感器与CCD的比较及发展现状，仪器仪表学报，2001年第3期增刊
[28]谈新权 何永泰，COMS图像传感器及其应用，激光与红外，2001年第2期
[29]宋勇 郝群 王占和等，基于CMOS图像传感器的成像系统设计，光学技术，2002年第38卷第3期
[30]王庆有，CCD应用技术．天津大学出版社，2000年
[31]Photon Vision Systems Inc., High Performance Linear CMOS Image Sensor LIS-1024 Datasheet, 2002
[32]李永敏，检测仪器电子电路，西北工业大学出版社，1994年
[33]赵新民 王祁，智能仪器设计基础，哈尔滨工业大学出版社，1999年7月
[34]徐爱均 彭秀华等，单片机高级语言C51应用程序设计，电子工业出版社，1998年
[35]耿德根 宋建国等，AVR高速嵌入式单片机原理与应用，北京航空航天大学出版社，2001年第一版
[36]马忠梅 籍顺心 张凯等，单片机的C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，1999年
[37]Atmel Corporation, AVRMCUAtmega128 Data Sheet, 2001
[38]Hyundai, GM76C256C Series Data Sheet, 2000
[39]韦永办，图形LCD模块的菜单方式人机交互界面，单片机与嵌入式系统应用，2000年4期
[40]李朝青，PC机及单片机数据通信技术，北京航空航天大学出版社，2000年12月
[41]李朝青，单片机原理及接口技术，北京航空航天大学出版社，1994年
[42]雷振烈，电子设备的防干扰设计，天津科学技术出版社，1985年6月
[43]www.21ic.com
[2]蔡司，DiNill，DiNi12数字水准仪操作手册，1997
[3]徕卡，徕卡新一代数字水准仪DNA用户手册，2002
[4]孙坚，数字水准仪的现状和发展，北京测绘，1998年第3期
[5]薄志鹏等，数字水准仪述评，测绘通报，1996年第2期
[6]薄志鹏等，数宇水准仪述评(续)，测绘通报，1996年第3期
[7]王明善等，数字水准仪的原理及误差分析，四川测绘，2000年第4期
[8]马世峰 李广云 李宗春，自动化水准测量仪器——数字水准仪，东北测绘，1997年第3期
[9]H.Ingensand，世界上第一台数字水准仪WILD NA2000，李以赫译，武测译文，1991年第1期
[10]余建国，数字水准仪基本原理及其调试，2000年全国测绘仪器综合学术年会论文集，2000年7月
[11]H.Ingensand, The Evolution of Digital Levelling Techniques Limitations and New Solutions, from www.google.com
[12]徐正扬等，大地控制测量学，解放军出版社，1992年
[13]刘志德等，EDM三角高程测量，测绘出版社，1996年
[14]李青岳 陈永奇，工程测量学，测绘出版社，1995年第二版
[15]中华人民共和国国家标准GB12897—91，国家一、二等水准测量规范，国家技术监督局，1991年
[16]朱德新，水准仪通用技术条件，仪器仪表标准化与计量，1999年第5期
[17]邓融，如何评价电子水准仪的质量与性能，北京测绘．2002年第3期
[18]周必才 顾乃根 李治华等，DiNi-11数字水准仪在断层形变台站测量中的应用，地震地磁观测与研究，2002年第1期
[19]王明善 李明 兰启贵，数字水准仪的系统分辨率，四川测绘，2001年第4期
[20]陈斌 王进东 徐铭等，DiNi12数字水准仪测量系统及其应用，测绘通报，2001
年第10期
[21]董志荣，NA3003电子水准仪在三峡工程安全检测中的应用，测绘通报，2002年第5期
[22]郭金运 徐泮林 曲国庆，数字水准仪的性能比较与分析，测绘通报，2002年第3期
[23]王明善 李明 兰启贵，数字水准仪使用中的几个问题，四川测绘，2001年第3期
[24]马俊海 冯守良 卢廷军等，数字水准仪及其在机场跑道板块高程测量中的应用，测绘工程，2001年第2期
[25]王永尚 李以赫 肖学年等，数字水准仪的试验结果及其分析，测绘通报，2002年第4期
[26]罗官德 任道胜 陈如丽．数字水准仪i角检校方法探讨，测绘信息与工程，2002年第4期
[27]宋勇 郝群 王永天等，CMOS图像传感器与CCD的比较及发展现状，仪器仪表学报，2001年第3期增刊
[28]谈新权 何永泰，COMS图像传感器及其应用，激光与红外，2001年第2期
[29]宋勇 郝群 王占和等，基于CMOS图像传感器的成像系统设计，光学技术，2002年第38卷第3期
[30]王庆有，CCD应用技术．天津大学出版社，2000年
[31]Photon Vision Systems Inc., High Performance Linear CMOS Image Sensor LIS-1024 Datasheet, 2002
[32]李永敏，检测仪器电子电路，西北工业大学出版社，1994年
[33]赵新民 王祁，智能仪器设计基础，哈尔滨工业大学出版社，1999年7月
[34]徐爱均 彭秀华等，单片机高级语言C51应用程序设计，电子工业出版社，1998年
[35]耿德根 宋建国等，AVR高速嵌入式单片机原理与应用，北京航空航天大学出版社，2001年第一版
[36]马忠梅 籍顺心 张凯等，单片机的C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，1999年
[37]Atmel Corporation, AVRMCUAtmega128 Data Sheet, 2001
[38]Hyundai, GM76C256C Series Data Sheet, 2000
[39]韦永办，图形LCD模块的菜单方式人机交互界面，单片机与嵌入式系统应用，2000年4期
[40]李朝青，PC机及单片机数据通信技术，北京航空航天大学出版社，2000年12月
[41]李朝青，单片机原理及接口技术，北京航空航天大学出版社，1994年
[42]雷振烈，电子设备的防干扰设计，天津科学技术出版社，1985年6月
[43]www.21ic.com