一种基于超声波测人体身高的交互式3d扫描系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及3D扫描领域，特别指一种基于超声波测人体身高的交互式3D扫描系统。
【背景技术】
[0002]3D扫描技术是一项新兴技术，其为一种基础工艺技术，通过3D扫描得到三维数据后，可为动漫、游戏，3D打印等提供技术支撑，通过3D扫描快速精准地得到物件的三维数据，生成三维模型，可用于动漫、游戏等模型，大为降低了动漫及游戏的制作难度，同时，作为3D打印的前端技术，通过3D扫描得到物体三维数据，将三维数据输送至3D打印机即可打印出相应物体。
[0003]人体3D扫描技术即通过将3D扫描专用于人体扫描，以便建立完整、精细的人体三维模型，3D扫描技术需要将人体360°全方位扫描，因此需要旋转扫描摄像头或人体，以便对人体的某一高度处进行全方位，同时，需要在竖直方向移动摄像头，以对人体的不同高度进行扫描；基于此原理，现有3D扫描设备一般旋转转盘与摄像头竖直运动相结合的结构，如授权公告号为CN 204494008 U的中国实用新型专利“一种3D扫描装置”及授权公告号为CN 204484065 U的中国实用新型专利“带有防滑旋转圆盘的3D扫描装置”，上述两篇公开文献公开了一种3D扫描装置的结构，同时也暗示了人体旋转，摄像头竖直运动的3D扫描工艺，该两项专利主要公开了装置结构设计，并未具体公开整个装置3D扫描方法，对三维图像扫描原理、三维图像的生成过程等均未有公开。
[0004]授权公告号为CN 204244331 U的中国实用新型专利“一种智能3D扫描仪”同样的公开了一种带有旋转结构的扫描仪，与前文两份专利技术区别之处在于，其扫描装置运动方向由竖直方向替换为横向，且装置不专用于人体扫描，主要用于其他物件扫描，其采用的技术核心是通过光线发生器发射光线照射待扫描物体，智能终端摄像头接收光线照射后的物体图像，然后对图像上的光点进行计算处理，得到物体表面的点云信息，点云信息进行处理后得到物体的3D模型数据；该装置对扫描原理有相应的公开，但是采用光线及点云信息处理的扫描工艺，需要配备专用的光线发射器，扫描时对外界光线环境要求非常高，易受外界环境影响，其扫描精度低；另外，产生的光点信息量大，设备运算量大，对设备要求高，因此其实用性差，不具备实际推广价值。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种结合功能集成度高，设备控制精度高，误差率低，能实现快速精准扫描的基于超声波测人体身高的交互式3D扫描系统。
[0006]本实用新型采取的技术方案如下:一种基于超声波测人体身高的交互式3D扫描系统，包括服务器、手持终端、PC机、MCU芯片、称重传感器、超声波测距模块、转盘模块及摄像头模块，其中，上述手持终端与PC机连接，发送扫描命令至PC机，MCU芯片通过串口通讯模块与PC机连接；上述称重传感器、超声波测距模块、转盘模块及摄像头模块分别与MCU芯片连接。
[0007]优选地，所述的手持终端与PC机通过第一连接模块连接，以便进行数据交换，第一连接模块为USB模块及WIFI模块中的一种；上述PC机通过第二连接模块与内设在MCU芯片内的串口通讯模块连接，第二连接模块为USB模块；PC机通过第三连接模块连接有扫描摄像头，第三连接模块为USB模块。
[0008]优选地，所述的MCU芯片分别通过HX711芯片、MC33886芯片及BST7970芯片与称重传感器、摄像头模块及转盘模块连接，超声波测距模块通过C0N4接口与MCU芯片连接；所述的转盘模块包括相互连接的转盘电机驱动模块及转盘，摄像头模块包括相互连接的摄像头电机驱动模块及扫描摄像头，其中，转盘电机驱动模块与摄像头电机驱动模块组成电机驱动模块，电机驱动模块通过光电隔离模块与MCU芯片连接，以防止摄像头电机及转盘电机产生的干扰信号传递至MCU芯片。
[0009]优选地，所述的摄像头电机驱动模块上连接有限位开关模块，限位开关模块设置在摄像头运动轨道的末端，并与MCU芯片连接，以便将摄像头运动至轨道末端的信号传递至MCU芯片，MCU芯片发送摄像头停止信号至摄像头电机驱动模块，使扫描摄像头停止运动。
[0010]优选地，所述的转盘电机驱动模块上连接有霍尔测速模块，霍尔测速模块与MCU芯片连接，以便实时检测转盘电机的转速，并将转速信息传递至MCU芯片，MCU芯片根据转速信息实时将转盘转速调整至预设值。
[0011 ] 优选地，所述的超声波测距模块设置在转盘正上方，距离转盘的高度为H，待扫描者站在转盘上，超声波测距模块通过测得超声波头发送和接收超声波的时间差t，并根据超声波在空气中传播速度V，计算得到超声波头与待扫描者头部之间的距离SI，通过H-Sl得到人体高度S2，并将S2传递至MCU芯片，通过MCU芯片发送控制信息至摄像头电机驱动模块，以便控制扫描摄像头06的扫描初始高度为S2。
[0012]优选地，所述的称重传感器为人体秤模块，人体秤模块的芯片为HX711，HX711芯片通过A+接口、A-接口、B+接口及B-接口连接重力传感器接口 C0N6，重力传感器接口 C0N6与重力传感器连接，重力传感器设置在转盘上，待扫描者站在转盘上，通过重力传感器感应待扫描者的重量信息，并将信息传递至HX711芯片，经HX711芯片传递至MCU芯片，MCU芯片根据人体高度S2及重量信息计算得到人体身高体重脂肪率。
[0013]优选地，所述的MCU芯片与电源模块的VCC-3V3端连接，上述电源模块包括相互串联的第一电源转换芯片LM2576及第二电源转换芯片ASM1117，第一电源转换芯片LM2576的接入电压为12V，输出电压为5V，第二电源转换芯片ASMl117的接入电压为5V，输出电压为3V ;光电隔离模块的U3、U4、U5芯片分别与电源模块的VCC-3V3端及VCC-5V端连接U3、U4、U5内设LED灯及光感应开关，形成物理隔离结构，U3、U4及U5的IN1、IN2端口与摄像头电机驱动模块连接，U3、U4及U5的IN3端口与转盘驱动模块连接，U3、U4及U5的A0、Al及A3端口与MCU芯片连接，通过物理隔离结构防止摄像头电机转盘电机产生的干扰信号对MCU芯片产生干扰；上述摄像头电机驱动模块及转盘电机驱动模块分别与电源模块的VCC-12V端连接；上述串口通讯模块与电源模块的VCC-5V端连接；上述人体秤模块与电源模块的VCC-5V端连接；上述限位开关模块与电源模块的VCC-3V3端连接；上述霍尔测速模块与超声波模块分别与电源模块的VCC-3V3端连接。
[0014]本实用新型的有益效果在于:
[0015]本实用新型针对现有技术存在的缺陷和不足进行改进创新，结构上利用现有的带旋转转盘及摄像头竖直运动的扫描结构，人体通过站在旋转转盘上运输旋转，同时，摄像头竖直运动以进行人体3D扫描；同时，本实用新型集成手持终端、PC机、服务器及MCU芯片，形成一套完整的3D扫描系统，MCU芯片连接电源模块、串口通讯模块、超声波测距模块、限位开关模块、光电隔离模块、电机驱动模块、限位开关模块、人体秤模块及霍尔测速模块，PC机内集成scan软件端，工作时，人体站至旋转转盘上，旋转转盘及扫描摄像头均处于静止状态，手持终端向PC机发送扫描命令，PC机将扫描命令传递至MCU芯片，MCU芯片分别发送测身高及体重命令至超声波测距模块机人体秤模块，通过设置在人体顶部的超声波发送接收器发送超声波，超声波发射遇到人体障碍后返回，超声波测距模块记录最短时间返回的数据后及时停止接收，并将该最短时间记录，该最短时间即为超声波经距超声波发送接收器距离最短的人体头顶返回的时间，超声波在空气中的传播速度固定，因此通过速度与时间即可得到人体头顶距离超声波发送接收装置之间的距离，通过超声波的安装高度减去该距离即可计算得到人体高度，超声波测距模块将计算的高度发送至MCU芯片，同时，人体秤模块将测得的人体体重数据发送至MCU芯片，形成人体身高体重信息，MCU芯片将该信息发至PC机，此为本实用新型的有益效果之一。
[0016]另外，超声波测距模块测得的高度信息记录在MCU芯片内，PC机接收人体数据信息后，发送扫描命令至MCU芯片，MCU芯片将相应控制信息发送至电机驱动模块，首先，MCU芯片发送命令及人体身高数据至摄像头驱动模块，摄像头驱动模块驱动摄像头电机运动，使得摄像头运动至人体头顶处，实现了摄像头的精准定位，避免了摄像头从高于人体头顶处开始扫描形成的扫描空段，且避免了摄像头从低于人体头顶处开始扫