基于超声波传感器和mems三轴加速度计的树木测量仪系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量设备，尤其涉及一种基于超声波传感器和MEMS三轴加速度计的树木测量仪系统。
【背景技术】
[0002]21世纪是以快速发展的高新科学技术产业及无限膨胀的信息为主要特征的新经济时代。新经济对以保护、恢复和改善环境以及高效率利用森林资源为主要任务的林业科技提出来更新、更高的要求。本课题根据我国林业管理及采伐作业的需要，研制一台具有测量树木胸径、树木高度、GPS定位及采伐林区面积测量、树木管理等多功能的树木测量仪。通过该仪器的开发、使用和推广将进一步保证森林采伐作业的合理性、有序性、安全性，加快森林管理及采伐作业的科学化、自动化和现代化。长期以来，我国森林资源管理自动化水平低，工具和方法是很落后，调查一次会花费大量物力、财力和人力，且数据的处理常常需要1-2年，这种落后的森林调查方法，往往赶不上森林本身的发展与变化。为了提高工作效率，我们需要对树木测量的方法进行改善。随着科技水平的不断发展，各种电子技术在森林资源调查上得到了广泛的应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种能够测量树木胸径、树木高度、标准林地的面积及标准林地多功能测量技术与数据智能管理技术进行有机的结合仪器。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
本发明设计的树木测量仪是利用超声波测距技术实现树木直径的测量、利用MEMS三轴加速度计传感器实现树木的高度的测量，通过WindoWSEmbeddedCE6.0管理系统对测量数据进行统计与管理，主要是基于超声波传感器和MEMS三轴加速度计通过由硬件和软件这两两组合在一起而形成的的仪器。测量仪的工作原理主要有两部分:一是利用MEMS加速度计传感器和数字摄像头采集的图像和距离信息，通过三角测量法测量出树木高度；二是采用超声波传感器发射和接收超声波，利用超声波测距原理测定树木的直径。
[0005]硬件电路设计部分主要包括S3C6410最小系统、超声波传感器测距电路、MEMS三轴加速度计传感器电路；软件系统主要包括了数字图像处理模块、超声波测距模块、MEMS三轴加速度计定高模块等各个模块。
[0006]树径识别模块是利用超声波测距原理建立的，主要包超声波发射接收电路、串口通信电路、LED显示电路等。由S3C6410控制完成超声波传感器的发射与接收，计算得出超声波的传播速度，根据反射的时间和声速经S3C6410开发板的运算与处理就可以确定测量树木的胸径，并将处理结果送LED显示。树高识别模块主要包括MEMS加速度传感器电路、数字图像处理电路等。
[0007]树径识别模块工作流程:首先，我们进入树木测量仪程序编写系统，将系统初始化，之后我们编写A/D转换器采集数据程序，利用超声波传感器对一个固定距离进行测量，如下图所示当数据采集不大于4000次时我们编写一个循环继续采集数据，当超声波采集的数据大于4000次时，我们将超声波传感器采集的数据求平均值，将得到的数据记录到超声波传感器内，每次测量的脉冲数要不少于10个完整40KHz的方波脉冲。计时，当超声波接收器接收到回波信号时立即停止计一时，由超声波的传输时间t，求出此时测量的高度，并将测量结果送LED显示。
[0008]树高识别模块的工作流程:首先我们将系统打开，初始化MEMS加速度模块，通过调整程序控制加速度计仪器的三个指针，进而求出树木的高度，具体操作如下:首先利用软尺测量树干到仪器测量点的距离也就是图中L的距离，接下来我们将MEMS三轴加速度计的一个指针固定不动，然后使另一个指针对准图中的1线通过调整第三个指针使其对准图中的2线。利用加速度计求出Φ的大小,则可求出树木的高度H。
[0009]本发明的优点和效果:
本发明使得林业领域在便携、自动测量仪器方面得到普及，克服目前树木测量仪器大多功能单一，造成生产力落后，工作效率低下的问题。本发明设计的测量仪携带方便、操作简单，可替代单一测量仪器节约了人力物力，可以实现数据的自动读取和记录，具有较广的市场推广价值。
【附图说明】
[0010]图1为硬件系统总体结构图；
图2为超声波测距流程图；
图3为MEMS加速度计程序流程图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
结合图1，图1为硬件系统总体结构图。基于超声波传感器和MEMS三轴加速度计的树木测量仪系统，包括硬件电路、软件系统，硬件电路设计部分主要包括S3C6410最小系统、超声波传感器测距电路、MEMS三轴加速度计传感器电路；软件系统主要包括了数字图像处理模块、超声波测距模块、MEMS三轴加速度计定高模块等各个模块。树径识别模块是利用超声波测距原理建立的，主要包超声波发射接收电路、串口通信电路、LED显示电路等。由S3C6410控制完成超声波传感器的发射与接收，计算得出超声波的传播速度，根据反射的时间和声速经S3C6410开发板的运算与处理就可以确定测量树木的胸径，并将处理结果送LED显示。树高识别模块主要包括MEMS加速度传感器电路、数字图像处理电路等。
[0012]结合图2，图2为超声波测距流程图。首先，我们进入树木测量仪程序编写系统，将系统初始化，之后我们编写A/D转换器采集数据程序，利用超声波传感器对一个固定距离进行测量，如下图所示当数据采集不大于4000次时我们编写一个循环继续采集数据，当超声波采集的数据大于4000次时，我们将超声波传感器采集的数据求平均值，将得到的数据记录到超声波传感器内，每次测量的脉冲数要不少于10个完整40KHz的方波脉冲。计时，当超声波接收器接收到回波信号时立即停止计一时，由超声波的传输时间t，求出此时测量的高度，并将测量结果送LED显示。
[0013] 结合图3，图3为MEMS加速度计程序流程图。树高识别模块的工作流程:首先我们将系统打开，初始化MEMS加速度模块，通过调整程序控制加速度计仪器的三个指针，进而求出树木的高度，具体操作如下:首先利用软尺测量树干到仪器测量点的距离也就是图中L的距离，接下来我们将MEMS三轴加速度计的一个指针固定不动，然后使另一个指针对准图中的1线通过调整第三个指针使其对准图中的2线。利用加速度计求出Φ的大小，则可求出树木的高度H。
【主权项】
1.一种基于超声波传感器和MEMS三轴加速度计的树木测量仪系统，包括硬件电路、软件系统，其特征在于:所述硬件电路包括基于超声波传感器、MEMS三轴加速度计、树径识别模块、树高识别模块；所述硬件电路设计部分主要包括S3C6410最小系统、超声波传感器测距电路、MEMS三轴加速度计传感器电路；软件系统包括了数字图像处理模块、超声波测距模块、MEMS三轴加速度计定高模块。2.根据权利要求1所述的一种基于超声波传感器和MEMS三轴加速度计的树木测量仪系统，其特征在于:所述树径识别模块包括超声波发射接收电路、串口通信电路、LED显示电路；所述树高识别模块主要包括MEMS加速度传感器电路、数字图像处理电路。3.根据权利要求1所述的一种基于超声波传感器和MEMS三轴加速度计的树木测量仪系统，其特征在于:树径识别模块工作流程:树木测量仪程序编写系统，将系统初始化，编写A/D转换器采集数据程序，利用超声波传感器对一个固定距离进行测量，当数据采集不大于4000次时，编写一个循环继续采集数据，当超声波采集的数据大于4000次时，将超声波传感器采集的数据求平均值，将得到的数据记录到超声波传感器内，每次测量的脉冲数要不少于10个完整40KHz的方波脉冲；计时，当超声波接收器接收到回波信号时立即停止计一时，由超声波的传输时间t，求出此时测量的高度，将测量结果送LED显示。4.根据权利要求1所述的一种基于超声波传感器和MEMS三轴加速度计的树木测量仪系统，其特征在于:树高识别模块的工作流程:将系统打开，初始化MEMS加速度模块，通过调整程序控制加速度计仪器的三个指针，求出树木的高度。5.根据权利要求1所述的一种基于超声波传感器和MEMS三轴加速度计的树木测量仪系统，其特征在于:工作原理有两部分:一、利用MEMS加速度计传感器和数字摄像头采集的图像和距离信息，通过三角测量法测量出树木高度；二、采用超声波传感器发射和接收超声波，利用超声波测距原理测定树木的直径。
【专利摘要】<b>本发明公开了一种能够测量树木胸径、树木高度、标准林地的面积及标准林地多功能测量技术与数据智能管理技术进行有机的结合仪器。本发明设计的树木测量仪的是利用超声波测距技术实现树木直径的测量、利用MEMS三轴加速度计传感器实现树木的高度的测量，通过WindowsEmbeddedCE6.0管理系统对测量数据进行统计与管理，主要是基于超声波传感器和MEMS三轴加速度计通过由硬件和软件这两两组合在一起而形成的仪器。测量仪的工作原理主要有两部分：一是利用MEMS加速度计传感器和数字摄像头采集的图像和距离信息，通过三角测量法测量出树木高度；二是采用超声波传感器发射和接收超声波，利用超声波测距原理测定树木的直径。</b><b />
【IPC分类】G01B17/00
【公开号】CN105486254
【申请号】CN201410469558
【发明人】李相武, 王瑛, 李忠喜
【申请人】哈尔滨恒誉名翔科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月16日