专利名称：智能沙盘的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及一种测绘模型装置，特别是涉及一种智能沙盘，属于测绘环境模型技术领域。
背景技术：
沙盘自古以来便是兵家作战之良器，有着悠久的历史。早在秦朝，秦朝在部署灭六国之战时，秦始皇亲自堆制沙盘研究各国地理形势，在李斯的辅佐下，派大将王翦进行统一战争。中国南朝宋范晔撰《后汉书 马援传》也曾有记载汉建武八年(公元32年)光武帝征伐天水、武都一带地方豪强隗嚣时，大将马援“聚米为山谷，指画形势”，使光武帝顿有“虏在吾目中矣”的感觉。第一次世界大战以后，沙盘得到广泛应用。随着电子计算技术的发展，沙盘制造技术也得到了工艺化、电子化发展。目前国内沙盘可利用最先进的激光机、电脑雕刻机，引进全球先进的制作工艺，配备国内外最新型模型材料，运用电脑辅助设计，镭射切割法及其它数控装置，凭借多年行业先进的运作流程和管理模式，成功设计制作出国内外上千个大中型各个流派的模型作品。沙盘在当今社会尤其是战争方面仍然扮演举足轻重的角色。在各个作战部队，尤其是野战部队，沙盘对他们来说是一个非常重要的作战工具。沙盘能够形象表达出当地的地形地貌，模拟出双方的作战地形，对军事指挥员分析敌我阵地组成、兵力部署和兵器配置、掌握更多有力的作战信息、协同组织合作、完成作战计划、减少作战损失等起着重要的作用。然而，目前普通沙盘只能对一块地形或一个建筑群进行模拟，要想再获取其他地形地貌的信息，就必须另制沙盘。为了解决沙盘不可重复或难以重复制作等问题，我们制作一个基于嵌入式操作系统的智能沙盘，通过曲面拟合算法以及嵌入式技术控制步进电机模拟出不同的地形地貌， 来实现一个沙盘多次利用。从制作工本上讲，智能沙盘可以节约大量材料，从指挥操作上讲，智能沙盘可使部队在极短的时间内得到目标地区的地形地貌信息。这样，部队在每次作战中都可以基于智能沙盘模拟出不同的地形地貌。中国作为一个军事强国，在各种军事演习中，沙盘是必不可少的重要工具,此次召开的两会上，胡锦涛总书记在解放军代表团全体会议上强调，要加快军队现代化建设，狭义来说，智能沙盘对部队信息化建设起到了非常重要的作用，广义来说，对我国打赢信息化战争起着不可估量的作用。
发明内容发明目的本实用新型提供一种新型的智能沙盘，其目的是解决沙盘不可或不易于重复利用这一问题，利用嵌入式操作系统控制处理PC端发来的数据并让步进电机进行准确的操作，来模拟出不同的地形地貌，实现一个沙盘快速模拟，并可多次利用。技术方案一种智能沙盘，主要由上位机模块、嵌入式控制系统模块、步进电机模块和沙盘平面组成，上位机模块连接嵌入式控制系统模块，嵌入式控制系统模块连接步进电机模块，步进电机模块上方为沙盘平面。上位机模块包括控制面板模块、曲面拟合模块、数据采样处理模块、3D效果模块。 嵌入式控制系统模块包括嵌入式ARM单片机、电子显示屏。步进电机模块包括步进电机驱动器和步进电机阵列，步进电机阵列由多个步进电机构成，步进电机上设置有步进电机轴杆，沙盘平面由步进电机轴杆托起。嵌入式控制系统模块与步进电机模块之间为I/O扩展连接。智能沙盘的原理是利用步进电机阵列的步进电机轴杆托起沙盘平面，通过控制步进电机轴杆的高低实现沙盘平面的地形起伏，以构成各种各样的沙盘地形。通过嵌入式控制系统模块可以实现一个智能沙盘的重复利用。通过曲面拟合算法、曲面分割采点等算法对目标地区相应地理三维数据、地理信息进行处理、整合，再结合嵌入式技术，控制步进电机从而模拟出目标地区地形地貌。并同时显示3D技术呈现效果图进行辅助。优点及效果本实用新型提出了一种智能沙盘，具有如下优点( I )、该智能沙盘主要由上位机模块、嵌入式控制系统模块、步进电机模块组成，具有灵活多变的特点；(2)、该智能沙盘结构具有创新性，沙盘平面由步进电机阵列(轴杆)托起，通过控制电机轴杆的高低来实现沙盘平面的地形起伏，以构成各种各样的沙盘地形。并且，通过嵌入式操作系统可以实现一个智能沙盘的重复利用；( 3 )、对目标地区的模拟精确首先，本实用新型采用曲面拟合，曲面分割、采点等合理技术处理手段对目标地区的离散的三维数据进行整合，使数据更为合理；其次，本实用新型利用嵌入式操作系统控制处理PC端发来的数据并让步进电机进行准确的操作；再次，本实用新型采用步进电机完成模拟任务，步进电机可严格执行上升高度，使最终的模拟达到精准；(4)、该智能沙盘灵活，并可重复使用，采用的技术手段具有面向性，并不针对某一特定地区，原则上只要我们可以获取目标地区三维数据信息，即可应用本实用新型进行模拟，方便快捷；(5)、该智能沙盘管理灵活，本实用新型将PC机(上位机)管理操作界面与单片机 Linux管理操作界面结合，二者均可完成电机的调试工作，单片机可独立与PC实现单独控制；(6)、该智能沙盘对目标地区的模拟形象采用3D电子模拟与电机模拟相结合，二者相辅相成，给人以生动形象的视觉效果；(7)、节约了材料和资金成本，有利于环境保护和可持续发展。
[0028]图I为本实用新型实施流程图；图2为本实用新型结构示意图；图3为本实用新型结构示意图；图4为步进电机阵列的结构示意图。附图标记说明I、上位机模块；2、嵌入式控制系统模块；3、步进电机模块；31、步进电机；32、步进电机轴杆；4、沙盘平面。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明目前普通沙盘只能对一块地形或一个建筑群进行模拟，要想再获取其他地形、地貌的信息，就必须另制沙盘。为了解决这一难题，我们研制了智能沙盘，使沙盘更接近于真实地形。使用沙盘来反映某个地区的地形地貌。智能沙盘可以灵活多变，不拘泥于一种地形的限制，从环保角度考虑，节约了大量的原材料以及资金，从时间角度考虑，通过传来的三维数据，可以快速的模拟出不同地区的地形地貌，从而达到快速指挥作战的目的。本实用新型提供了一种智能沙盘，其特征在于如图2、图3和图4中所示，该智能沙盘主要由上位机模块I、嵌入式控制系统模块2、步进电机模块3和沙盘平面4组成，上位机模块I连接嵌入式控制系统模块2，嵌入式控制系统模块2连接步进电机模块3，步进电机模块3上方为沙盘平面4。所述的上位机模块I包括控制面板模块、曲面拟合模块、数据采样处理模块、3D效果模块。其中，控制面板模块，是通过VisualC++开发的一套沙盘运行管理模块，完成人机信息交互，并可进行电机测试，实现对电机工作的监管，控制面板模块作为人机交互界面， 通过与嵌入式控制系统模块2中的嵌入式ARM单片机的通信，来实现对操作的监控功能；嵌入式ARM单片机发出脉冲信号，由信号分配、功率放大驱动步进电机带动负载；曲面拟合模块，是通过MATLAB (矩阵实验室)数学软件对目标地区的三维数据进行曲面拟合处理；数据采样处理模块，是通过MATLAB (矩阵实验室)数学软件相应算法对拟合出的曲面进行分割采点，并通过算法实现转换处理，将采得的高度信息转换成步进电机31的相应转数；3D效果模块，是与曲面拟合模块、数据采样处理模块并行的独立模块，是将已知的目标地区三维数据和地理特征等信息进行整合，通过OPENGL等三维处理软件，对目标地区进行三维效果呈现，进而准确地进行模拟此地区的地形地貌。所述的嵌入式控制系统模块2包括嵌入式ARM单片机、电子显示屏。将Linux系统植入ARM单片机中，并配以电子显示屏，电子显示屏可完成人与单片机的对话，嵌入式ARM 单片机采用Linux系统完成对步进电机31的合理控制。该操作系统工作流程如下嵌入式 ARM单片机通过接收上述的数据采样处理模块的数据，转化成相应脉冲信号，由信号分配、 功率放大驱动步进电机31旋转，完成对多个步进电机的管理。同时，因为对嵌入式ARM单片机植入了 Linux以及配备电子显示屏，该单片机可以独立PC机进行电机调试，实现对操作的监控功能。所述的步进电机模块3包括步进电机驱动器和步进电机阵列，如图3和图4中所示，步进电机阵列由多个步进电机31构成，将一定量的步进电机31排成矩形阵列，每一个步进电机对应于于一个采样点，由嵌入式ARM单片机统一控制管理，当单片机对步进电机逐一发出相应脉冲信号后，每个步进电机进行相应精确旋转，步进电机31上设置有步进电机轴杆32，沙盘平面4由步进电机阵列的步进电机轴杆32托起，通过控制步进电机轴杆32 的高低来实现沙盘平面4的地形起伏，以构成各种各样的沙盘地形。并且，通过嵌入式控制系统模块2可以实现一个智能沙盘的重复利用。所述嵌入式控制系统模块2与步进电机模块3之间为I/O扩展连接，因步进电机 31数目多，采用I/O扩展技术，从而实现嵌入式ARM单片机对多个步进电机进行准确命令与控制管理。实施例图I中为构建智能沙盘的体系框架及实施流程图，是对硬件、软件和执行装置的功能进行划分，选择嵌入式微处理器、各类芯片的选型，系统软件和开发工具的选择。嵌入式微处理器系统硬件设计芯片选择Linux操作系统带有MMU功能的 RAM920T芯片、时钟模块、复位电路模块、安全模块。嵌入式存储器系统设计=Flash接口电路选择NAND Flash、SDRAM电路设计、UART 串行接口设计、USB接口电路设计、JTAG电路设计。智能沙盘的结构如前所述，可以很好地模拟出不同的地形地貌，实现一个沙盘快速模拟，并可多次利用。
权利要求1.一种智能沙盘，其特征在于该智能沙盘主要由上位机模块(I)、嵌入式控制系统模块(2)、步进电机模块(3)和沙盘平面(4)组成，上位机模块(I)连接嵌入式控制系统模块(2)，嵌入式控制系统模块(2)连接步进电机模块(3)，步进电机模块(3)上方为沙盘平面 (4)。
2.根据权利要求I所述的智能沙盘，其特征在于所述的嵌入式控制系统模块(2)包括嵌入式ARM单片机、电子显示屏。
3.根据权利要求I所述的智能沙盘，其特征在于所述的步进电机模块(3)包括步进电机驱动器和步进电机阵列，步进电机阵列由多个步进电机(31)构成，步进电机(31)上设置有步进电机轴杆(32)，沙盘平面(4)由步进电机轴杆(32)托起。
4.根据权利要求I所述的智能沙盘，其特征在于所述嵌入式控制系统模块(2)与步进电机模块(3)之间为I/O扩展连接。
专利摘要本实用新型属于测绘模型技术领域，主要是涉及一种智能沙盘，主要由上位机模块、嵌入式控制系统模块、步进电机模块和沙盘平面组成，上位机模块连接嵌入式控制系统模块，嵌入式控制系统模块连接步进电机模块，步进电机模块上方为沙盘平面。本实用新型使用曲面拟合算法、曲面分割采点等算法处理目标地区的离散三维数据，利用嵌入式控制系统控制处理PC端发来的数据并让步进电机进行准确的操作，使用步进电机来精准定位地形的高度和尺度，使用I/O扩展技术实现对多个步进电机的控制管理，实现了沙盘的快速模拟，解决了沙盘不可或不易于重复利用的问题，适于推广应用。
文档编号G09B25/00GK202352217SQ201120477058
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者侯淇彬, 沙毅, 王志远, 隋金坪 申请人:东北大学