基于ARM的便携式多功能坡距测量仪设计与实现

发布时间：2020-05-18 08:31

【摘要】：地质勘测对地震预测、矿产寻找、勘探、滑坡预防及古生物演化等研究具有非常重要的现实意义,野外环境数据采集是地质勘测的关键环节,山体坡距是野外环境数据的重要组成部分。目前山体坡距的测量依然采用原始方法或激光测距仪近似的方法,存在智能性和精准性不足,本文针对现有坡距测量的不足,基于嵌入式技术设计并制作了一套便携式多功能坡距测量仪原型样机,为山体坡距测量提供了新的途径。本系统采用模块化思想设计,由上位机和下位机组成,完成山体坡距的实时精准测量与显示。其中,上位机根据曲线长度计算模型得出山体坡距测量结果,当坡体平缓或者测量距离较近时采用直线近似的方式去计算坡距,当坡体为一段曲线采用抛物线拟合方法,利用弧长来计算坡距,上位机主要实现测量数据的显示、选择以及坡距计算结果和测量点的实时地图显示,采用VS2012软件平台作为开发工具;下位机以STM32F103ZET6为主控芯片,主要由电源电路、工业级红外望远镜、蓝牙模块、全球定位系统模块、电子罗盘、倾角传感器、显示模块等单元组成,可将测量的数据实时显示在液晶显示屏上,并通过蓝牙模块将实测数据传输至手机,再由手机将实测数据传输至上位机。根据坡距测量仪的设计要求及具体技术指标,制作了一套坡距测量仪原型样机,经过实验室性能测试和野外性能测试表明:本测量仪能准确采集观测点的相关信息,实时上传观测点的测量数据,通过拟合算法实现坡距的计算,并有效显示观测点的位置,实现了山体坡距的自动、精准测量,提高了山体坡距测量的便携性和智能化,减小了坡距测量的误差。在实际测量某50米的山坡时,采用五个观测点拟合时,其误差为0.135%,满足地质勘测的要求,达到了本系统的技术指标。
【图文】：

本系统的设计是想通过测量山上目标点的相关参数来实现目标点之间距离的计算，系统测量方案图如图2.1 所示。图 2.1 系统测量方案图本论文目的在于测量山体的坡距，通过测量测量点的相关参数，利用坡距计算模型来计算目标点之间的距离，即坡距（曲线距离）。具体相关参数的测量如下：（1）由测量 A 点出发，发现目标 B 点，对目标点与测量点的绝对距离 AB 进行测量；（2）GPS 自动定位测量 A 点的经纬度及海拔高度；（3）测量直线 AB 与水平面的倾角α；（4）对测量点 A 的方位角β进行行测量。GPS 测量的坐标系是 WGS-84 坐标系，我们在实际工程测量中，获取的信息数据都是经度和纬度的相关信息，最终目的是要计算坡距，即距离，首先将 GPS 实际测量的经度、纬度以及海拔高度数据转换到空间直角坐标系中，要将获取的 GPS 坐标需和空间直角坐标进行变换，，进而计算出测量点的三维直角坐标。在同一个空间点，大地坐标系（WGS-84 坐标）和空间直角坐标系的转换关系如

基于 ARM 的便携式多功能坡距测量仪设计与实现第三章 硬件设计通过第二章的分析和设计，提出了便携式多功能坡距件方案设计，硬件选型以及硬件相关电路的设计。案设计 STM32F 系列为主控芯片实现整个系统的控制，倾角水平尺确定绝对零度，进行位置校正；工业级红外望PS 和二维电子罗盘进行经纬度及方位角的测量；后台示于控制操作的液晶触摸屏；通过蓝牙技术，实时可，实现对设备的操作及数据的处理，保证数据实时共能坡距测量仪硬件架构如图 3.1 所示。
【学位授予单位】：西京学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH763

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本文编号：2669452