全数字水泥杆塔检测仪的制作方法

本发明涉及全数字水泥杆塔检测仪。

背景技术：

水泥杆塔在施工工过程中，施工单位为了减少成本和施工难度，经常出现杆塔的掩埋深度不达标，影响杆塔的使用寿命和使用安全。因此检查和验收杆塔的埋深是一个重要的任务，现在通常采用传统的皮尺和计算器来计算埋深，劳动强度大，话费时间长。杆塔的倾斜度也一个重要的指标，也关系到杆塔的安全使用，预防安全事故的发生。现在采用水平仪、垂线和角度板，费时费力，而且精度不高。杆塔地理位置和和坐标一般通过在杆塔标号和纸质地图标注独立信息，杆塔的信息档案的保存和查找非常不便。如果杆塔施工的位置交通不便，给施工和安监带来非常大的困难，并且还要携带多种设备和仪器，人员体能消耗非常大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供全数字水泥杆塔检测仪，能够有效解决现有杆塔测量埋深和倾斜度等数据需要携带大量设备，费时费力且精度不高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：全数字水泥杆塔检测仪，包括机架、MCU和与MCU相连的彩色触摸显示屏、语音组件、GPS定位器、激光测距仪、带光电编码器检测的皮尺、倾角检测仪、USB接口、存储器接口、照相机，所述机架包括水平底座和倾斜杆，水平底座和倾斜杆之间设有支撑装置，所述MCU、彩色触摸显示屏、语音组件、GPS定位器、带光电编码检测的皮尺、倾角检测仪、USB接口和存储器接口均固定在水平底座上，所述激光测距仪固定在倾斜杆上，所述照相机也固定在倾斜杆上并且位于彩色触摸显示屏的上方。

优选的，所述水平底座的顶端和倾斜杆的底端转动连接，所述支撑装置包括下端固定在水平底座上的圆弧形的支杆，所述支杆的圆心与水平底座和倾斜杆的转动轴线重合，所述支杆的侧壁上设有齿条，所述倾斜杆上设有与齿条相适配的齿轮，所述齿轮转动连接在倾斜杆上，所述齿轮上连有控制齿轮旋转的第一旋钮；通过第一旋钮控制齿轮在齿条上转动，来达到调节倾斜杆高度的目的。

优选的，所述倾斜杆朝向水平底座的面上设有两块固定板，所述齿轮转动连接在两块固定板之间，所述第一旋钮穿过其中一块固定板，所述倾斜杆上开有供支杆穿过的通槽；通过两块固定板将齿轮固定住，保证齿轮的相对位置固定，开有通槽方便支杆穿过。

优选的，所述水平底座的顶端设有两块弹性板，所述倾斜杆的底端设有转动块，所述转动块位于两块弹性板之间，水平底座和倾斜杆通过穿过弹性板和转动块的螺栓实现转动连接，转动块和弹性板之间的螺栓上还设有橡胶圈，螺栓上还设有控制转动阻力的第二旋钮；通过螺栓控制两块弹性板之间的间距，从而调整两块弹性板之间的间距，在倾斜杆角度确定后，通过摩擦力固定倾斜杆的相对角度，方便后期测量工作进行。

优选的，所述第一旋钮和第二旋钮分别位于倾斜杆的左右两侧；方便左右手同时操作。

与现有技术相比，本发明的优点是：机架包括水平底座和倾斜杆，利于适应不同的元器件分布，通过与MCU连接的各种元器件，可以实现埋深、倾角、定位的集成和全数字化，通过USB接口和存储器接口实现数据的导出和存储，由于连接GPS定位器在记录数据的时候连所在杆塔的坐标一起记录，方便后期的数据整理，由于所有元件都固定在机架上，携带更加方便快捷，有效降低了人员体力消耗。

附图说明

图1为本发明全数字水泥杆塔检测仪的结构示意图；

图2为图1中A处局部放大图；

图3为本发明全数字水泥杆塔检测仪中水平底板和倾斜杆连接示意图。

具体实施方式

参阅图1为本发明全数字水泥杆塔检测仪的实施例，全数字水泥杆塔检测仪，包括机架、MCU1和与MCU1相连的彩色触摸显示屏、语音组件、GPS定位器、激光测距仪2、带光电编码器检测的皮尺、倾角检测仪、USB接口、存储器接口、照相机3，所述机架包括水平底座4和倾斜杆5，水平底座4和倾斜杆5之间设有支撑装置6，所述MCU1、彩色触摸显示屏、语音组件、GPS定位器、带光电编码检测的皮尺、倾角检测仪、USB接口和存储器接口均固定在水平底座4上，所述激光测距仪2固定在倾斜杆5上，所述照相机3也固定在倾斜杆5上并且位于彩色触摸显示屏的上方

如图3所示，水平底座4的顶端和倾斜杆5的底端转动连接，水平底座4的顶端设有两块弹性板13，所述倾斜杆5的底端设有转动块14，所述转动块14位于两块弹性板13之间，水平底座4和倾斜杆5通过穿过弹性板13和转动块14的螺栓15实现转动连接，转动块14和弹性板13之间的螺栓15上还设有橡胶圈16，螺栓15上还设有控制转动阻力的第二旋钮17，通过螺栓15和第二旋钮17的作用，微调两块弹性板13之间的间距，从而控制弹性板13与转动块14之间的摩擦力，在倾斜杆5角度确定后能固定住倾斜杆5的角度。

如图1、图2所示，支撑装置6包括下端固定在水平底座4上的圆弧形的支杆7，所述支杆7的圆心与水平底座4和倾斜杆5的转动轴线重合，所述支杆7的侧壁上设有齿条8，所述倾斜杆5上开有供支杆7穿过的通槽12，所述倾斜杆5上设有与齿条8相适配的齿轮9，倾斜杆5朝向水平底座4的面上设有两块固定板11，所述齿轮9转动连接在两块固定板11之间，所述第一旋钮10穿过其中一块固定板11，所述齿轮9上连有控制齿轮9旋转的第一旋钮10，通过第一旋钮10带动齿轮9转动，齿轮9与支杆7的齿条8配合，从而可以精准控制倾斜杆5的倾斜角度，保证测量数据的准确性。

如图3所示，为了更方便人员操作，第一旋钮10和第二旋钮17分别位于倾斜杆5的左右两侧。

MCU选用32位的高性能单片机STM32F407VET6，是意法半导体公司采用先进ARM Cortex-M4架构,具有浮点运算能力、增强的DSP处理指令、高达1M字节的片上闪存、高达196K字节的内嵌SRAM、灵活的外部存储器接口、以168MHz高速运行时可达到210DMIPS的处理能力，丰富的外设接口：照相机接口、加密处理器、USB高速OTG接口、I2C、I2S、SPI等丰富接口，减少开发周期和PCB面积。

彩色触摸显示屏，选用TPS全视角、高清、高亮、电荷触摸液晶屏，在野外和强光条件下，也可以清晰分辨。

语音组件：STM32F407VET6片内有全双工I2S，外扩一片HIFI级CODEC芯片，WM8978G支持最高192K 24bit的音频播放，并且支持录音。

GPS定位器：GPS全球定位系统(Global Positioning System-GPS)，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。最少只需其中4颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度。

激光测距仪，脉冲式激光测距是通过测量激光从发射到返回之间的时间来计算距离的，因此时间精度对于脉冲式激光测距仪是非常重要的一个环节，选用德国ACAM公司的TDC－GP2，其优势为：1.直接把时间转换为数字输出，不需要DA转换的过程2.分辨率可高达65ps，换算成距离即单次测量精度为0.98cm 3.两个stop通道可同时测量4.每个测量通道可测4个脉冲5.1MHZ的连续数据输出率6.QFN32封装，小体积7.工作温度范围：-40℃-+125℃8.超低功耗，选用每秒进行一次测量加一次校准，供电电源为5V，电流消耗只有3uA的功耗。

皮尺，采用光电编码器检测皮尺运动的运动，皮尺拉伸过程中，带动光电编码器旋转，光电编码器每旋转一周的脉冲数是一定的，这样MCU的捕获器单元通过获得的脉冲数，就可以计算出皮尺运动的距离。为了减少累计误差，皮尺的整数点处打了一个圆孔，通过光电对管，每到整数点处，产生一个脉冲，校准一次读数。即觉少了累计误差，又实现了自动校准。

倾角检测仪，采用MPU-60XV，它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，一个可扩展的数字运动处理器DMP(Digital Motion Processor)，可用I2C或SPI接口输出一个9轴的信号。陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒(dps)，加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。可以实时检测检测仪运动和杆塔的倾角,片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有±1％变动的振荡器,提高了检测精度。

USB接口，STM32f407系列芯片自带了USB OTG FS和USB OTG HS,支持USB Host和USB Device。通过外部扩展高速PHY芯片和物理接口，实现数据交换。

存储器接口：STM32f4系列芯片自带了标准SD卡接口，使用STM32f407VET6自带的SDIO接口驱动4位模式，实现SD卡的读写。

照相机：STM32f4系列芯片自带了一个数字摄像头(DCMI)，该接口是一个同步并行接口，能接受外部CMOS摄像头模块发出的高速数据。摄像头选用OV2640，可以得到清晰稳定的彩色图像。

埋设检测方法：对于有三米标尺线的杆塔，打开激光测距仪和倾角检测仪，在三米线处调节仪器空中姿态，保持水平和垂直方向坐标为零，这是检测到的是三米线和地平面之间的距离，埋的深度即为三米减去激光测距的距离。对于没有三米线的杆塔，可以通过人为的划定一条虚拟的“三米线”检测埋深。其检测原理和方法是，由于杆塔的斜度是一定的，一定高度的杆塔其底部直径也是一定的，根据相似等腰梯形的原理，只要知道杆塔的任意一点直径，就可以计算出该点与杆塔底部的高度，这一点就是所谓的“三米线”，再检测该点与地平面的距离，就可以得到埋深。

倾角检测方法：由于PU-60XV集成了3轴MEMS陀螺仪和3轴MEMS加速度计，因此检测仪空中姿态就可以非常方便显示出来。点亮激光笔，使激光笔的光线和杆塔平行，调节设备空中姿态使水平方向的坐标为零，这是垂直方向的坐标便是倾角的度数。

软件接口：由于本检测仪任务较多，任务之间的切换比较频繁，因此任务的管理和调度尤为重要。在软件设计中采用实时操作系统,uC/oS-III是由Micrum公司开发的微型实时操作系统。包括了一个操作系统最基本的一些特征，是一个代码完全开放的实时操作系统。其每一个功能、每一个函数及每一行代码都经过了没够联邦航空管理局考验与测试，表明了其具有足够的安全性和可靠性。基于uC/oS-III实时操作系统下的uC/GUI图形用户界面软件，uC/GUI提供了可以扩展的2D图形库和一个视窗管理器，各个功能模块包含了大量的功能实现函数，调用这些函数，可以灵活自由的配置图形图像和触摸屏等文件，为显示单元的设计带来极大的方便。FATFS文件系统是一种面向小型嵌入式系统的一种通用的FAT文件系统。把FATFS移植到操作系统中，就可以利用文件系统的各种函数，对已经格式化的SD卡的文件进行读写。其他的功能接口，作为实时操作系统的一个线程，其优先级以激光测距和倾角最高。

机架包括水平底座和倾斜杆，利于适应不同的元器件分布，通过与MCU连接的各种元器件，可以实现埋深、倾角、定位的集成和全数字化，通过USB接口和存储器接口实现数据的导出和存储，由于连接GPS定位器在记录数据的时候连所在杆塔的坐标一起记录，方便后期的数据整理，由于所有元件都固定在机架上，携带更加方便快捷，有效降低了人员体力消耗。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。