一种光学三维转台测控系统及其测控方法与流程

本发明涉及一种光学三维测量转台测控系统及其测控方法，属于结构光学精密测量技术领域。

背景技术：

在现代社会的各种与制造业相关的行业中，获得物体的模型十分重要。是建模的重中之重，获得物体的模型，采用的测量方法和技术也是十分重要的；测量的准确度，精确度，将直接影响产品的整个生命周期。于是，提出了一种光学三维转台测控统的设计方案，能够增强扫描轮廓的准确度和速率，对物体建模是一大益。目前，还未发现有相同的设计方案出现。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供了一种光学三维测量转台测控系统及其测控方法，综合运用单片机控制步进电机的技术，为了控制转台上的物体进行转动，从而接受扫描，最终得到这个物体的360度无死角的三维模型图。

本发明采用的技术方案是：一种光学三维测量转台测控系统，包括按键控制模块1、单片机控制模块2、电机控制模块3、显示模块4，所述的按键控制模块1与单片机控制模块2连接，单片机控制模块2与电机控制模块3和显示模块连接4，所述的电机控制模块3控制光学三维测量转台的转动，显示模块4显示光学三维测量转台转动的角度；

所述的按键控制模块1中的按键为单一的按钮形式，包括两部分，一部分是控制总开关部分，分为k1、k2、k3，k1按下启动自动模式，k2按下启动手动模式，k3按下为停止模式；一部分是控制转动的模式，分别为k4、k5、k6，k4按下启动每次旋转120度模式，k5按下启动每次旋转90度模式，k6按下启动每次旋转60度模式,k1、k2、k3、k4、k5、k6均与单片机控制模块2连接，在按下k1的情况下，开启自动模式,再按下k4、k5、k6中的任一个，可使光学三维测量转台每次旋转相应的角度，且自动实现多次旋转，共旋转360度；在按下k2的情况下，开启手动模式,再按下k4、k5、k6中的任一个，可使光学三维测量转台每次旋转相应的角度，然后通过手动多次按下同一个开关，实现多次旋转，共旋转360度。

具体地，所述的单片机控制模块2，包括单片机at89c51、芯片8255a、芯片74lb373和时钟、复位电路，所述的k1、k2、k3、k4、k5、k6及时钟、复位电路均与单片机at89c51连接，单片机at89c51分别与芯片8255a、芯片74lb373连接，芯片8255a与电机控制模块3连接，芯片74lb373与显示模块4连接。

具体地，所述的时钟、复位电路包括电容c1、电容c2、电容c3、晶体振动器x1、电阻r1，晶体振动器x1并联在单片机at89c51的xtal1引脚与xtal2引脚之间，电容c1、电容c2的一端与晶体振动器x1连接，另一端接地，电阻r1一端、电容c3的一端与单片机at89c51的reset引脚连接，电阻r1的另一端接地，电容c3的另一端接上拉电源5v。

具体地，所述的单片机at89c51的p0.0～p0.7引脚分别与芯片74lb373的d0～d7引脚和芯片8255a的d0d7引脚连接；芯片74lb373的q1、q2、q3引脚分别与芯片8255a的a0、a1、sc引脚连接，芯片74lb373的le引脚与单片机at89c51的ale引脚连接，芯片74lb373的oe引脚接地；芯片8255a的rd、wr引脚分别与单片机at89c51的p3.6、p3.7引脚连接，k1、k2、k3、k4、k5、k6分别与单片机at89c51的p3.0、p3.1、p3.2、p1.0、p1.1、p1.2引脚连接。

具体地，所述的电机控制模块3，包括芯片uln2003a和四相八拍的步进电机，所述的步进电机型号为28ybj-48，步进电机与芯片uln2003a连接；芯片uln2003a的1b、2b、3b、4b引脚与芯片8255a的pa1、pa2、pa3、pa4引脚连接。

具体地，所述的显示模块4，包括芯片74hc573ⅰ、芯片74hc573ⅱ和led显示器，所述的芯片74hc573ⅰ的d0～d7引脚、le和oe分别与芯片8255a的pb0～pb7引脚、at89c51u的p2.6引脚、接地引脚连接；芯片74hc573ⅱ的d0～d7引脚、le和oe分别与芯片8255a的pb0～pb7引脚、at89c51u的p2.7引脚、接地引脚连接；led显示器的七段字形和小数点字形与芯片74hc573ⅰ的q0～q7引脚连接，led显示器的输出位选信号与芯片74hc573ⅱ的q0～q3引脚连接。

一种光学三维测量转台测控系统的测控方法，包括如下步骤：

1）按键检测，单片机控制模块2判断k1是否按下，如是则进行步骤2），如否则进行步骤3）；

2）单片机控制模块2通过时钟、复位电路进行延时，消除按键抖动，然后判断判断k1是否仍按下，如是则单片机控制模块2控制电机控制模块3执行自动模式，同时控制显示模块4显示转动角度，直到光学三维测量转台旋转360度，然后k1被弹起，回到步骤1）；如否则直接回到步骤1）；

3）判断k2是否按下，如是单片机控制模块2通过时钟、复位电路进行延时，消除按键抖动，然后进行步骤4），如否则直接回到步骤1）；

4）判断k2是否仍按下，如是则单片机控制模块2控制电机控制模块3执行手动模式，同时控制显示模块4显示转动角度，直到光学三维测量转台旋转360度，然后回到步骤1）；如否则直接回到步骤1）。

所述的整个步骤中，单片机控制模块2实时判断k3是否按下，如果检测到k3按下，则电动机停止转动、数码管清零，然后回到步骤1）。

本发明工作原理：如图7所示：控制总开关处于k1（自动）或者k2（手动）中任何一种时，当按下模式开关k4（120度模式）、k5（90度模式）和k6（60度模式）中任何一种时，步进电机就开始转动，并且数码管led显示转动的度数（从0度开始），当电机转动过选定的模式时，电机停止，延时一段时间后，电机又开始转动；当电机转动到360度时，延时一段时间后总停止。控制总开关处于k3（停止），系统处于停止状态。通过上面电机的转动，扫描到测量物体的三维数据，为后期处理做好准备。

本发明的有益效果是：充分利用单片机的一切特点，利用单片机控制转台上的物体进行转动，从而接受扫描，最终得到这个物体的360度无死角的三维模型图。代替传统的测量方式，具有高效、准确、快速的特点。

附图说明

图1为发明整体步骤流程图；

图2为部分按键连接图；

图3为另一部分按键连接图；

图4为8255a接线口分配图；

图5为驱动输出电路图；

图6为时钟、复位电路图；

图7为显示模块连接电路图；

图8为整体电路连接图；

图9为整体模块的流程图；

图10为总开关模块流程图。

图中各标号为：按键控制模块-1、单片机控制模块-2、电机控制模块-3、显示模块-4。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步阐述，但本发明的保护内容不限于所述范围。

实施例1：如图1-9所示，一种光学三维测量转台测控系统，包括按键控制模块1、单片机控制模块2、电机控制模块3、显示模块4，所述的按键控制模块1与单片机控制模块2连接，单片机控制模块2与电机控制模块3和显示模块连接4，所述的电机控制模块3控制光学三维测量转台的转动，显示模块4显示光学三维测量转台转动的角度；

所述的按键控制模块1中的按键为单一的按钮形式，包括两部分，一部分是控制总开关部分，分为k1、k2、k3，k1按下启动自动模式，k2按下启动手动模式，k3按下为停止模式；一部分是控制转动的模式，分别为k4、k5、k6，k4按下启动每次旋转120度模式，k5按下启动每次旋转90度模式，k6按下启动每次旋转60度模式,k1、k2、k3、k4、k5、k6均与单片机控制模块2连接，在按下k1的情况下，开启自动模式,再按下k4、k5、k6中的任一个，可使光学三维测量转台每次旋转相应的角度，且自动实现多次旋转，共旋转360度；在按下k2的情况下，开启手动模式,再按下k4、k5、k6中的任一个，可使光学三维测量转台每次旋转相应的角度，然后通过手动多次按下同一个开关，实现多次旋转，共旋转360度。

进一步地，所述的单片机控制模块2，包括单片机at89c51、芯片8255a、芯片74lb373和时钟、复位电路，所述的k1、k2、k3、k4、k5、k6及时钟、复位电路均与单片机at89c51连接，单片机at89c51分别与芯片8255a、芯片74lb373连接，芯片8255a与电机控制模块3连接，芯片74lb373与显示模块4连接。

进一步地，所述的时钟、复位电路包括电容c1、电容c2、电容c3、晶体振动器x1、电阻r1，晶体振动器x1并联在单片机at89c51的xtal1引脚与xtal2引脚之间，电容c1、电容c2的一端与晶体振动器x1连接，另一端接地，电阻r1一端、电容c3的一端与单片机at89c51的reset引脚连接，电阻r1的另一端接地，电容c3的另一端接上拉电源5v。

进一步地，所述的单片机at89c51的p0.0～p0.7引脚分别与芯片74lb373的d0～d7引脚和芯片8255a的d0d7引脚连接；芯片74lb373的q1、q2、q3引脚分别与芯片8255a的a0、a1、sc引脚连接，芯片74lb373的le引脚与单片机at89c51的ale引脚连接，芯片74lb373的oe引脚接地；芯片8255a的rd、wr引脚分别与单片机at89c51的p3.6、p3.7引脚连接，k1、k2、k3、k4、k5、k6分别与单片机at89c51的p3.0、p3.1、p3.2、p1.0、p1.1、p1.2引脚连接。

进一步地，所述的电机控制模块3，包括芯片uln2003a和四相八拍的步进电机，所述的步进电机型号为28ybj-48，步进电机与芯片uln2003a连接；芯片uln2003a的1b、2b、3b、4b引脚与芯片8255a的pa1、pa2、pa3、pa4引脚连接。

进一步地，所述的显示模块4，包括芯片74hc573ⅰ、芯片74hc573ⅱ和led显示器，所述的芯片74hc573ⅰ的d0～d7引脚、le和oe分别与芯片8255a的pb0～pb7引脚、at89c51u的p2.6引脚、接地引脚连接；芯片74hc573ⅱ的d0～d7引脚、le和oe分别与芯片8255a的pb0～pb7引脚、at89c51u的p2.7引脚、接地引脚连接；led显示器的七段字形和小数点字形与芯片74hc573ⅰ的q0～q7引脚连接，led显示器的输出位选信号与芯片74hc573ⅱ的q0～q3引脚连接。

一种光学三维测量转台测控系统的测控方法，包括如下步骤：

1）按键检测，单片机控制模块2判断k1是否按下，如是则进行步骤2），如否则进行步骤3）；

2）单片机控制模块2通过时钟、复位电路进行延时，消除按键抖动，然后判断判断k1是否仍按下，如是则单片机控制模块2控制电机控制模块3执行自动模式，同时控制显示模块4显示转动角度，直到光学三维测量转台旋转360度，然后k1被弹起，回到步骤1）；如否则直接回到步骤1）；

3）判断k2是否按下，如是单片机控制模块2通过时钟、复位电路进行延时，消除按键抖动，然后进行步骤4），如否则直接回到步骤1）；

4）判断k2是否仍按下，如是则单片机控制模块2控制电机控制模块3执行手动模式，同时控制显示模块4显示转动角度，直到光学三维测量转台旋转360度，然后回到步骤1）；如否则直接回到步骤1）。

所述的整个步骤中，单片机控制模块2实时判断k3是否按下，如果检测到k3按下，则电动机停止转动、数码管清零，然后回到步骤1）。

如图2所示按键连接图：当总开关处于k1（自动）或者k2（手动）时，当按下模式开关k4（120度模式）、k5（90度模式）和k6（60度模式）中任何一种时，步进电机就开始转动。

如图3所示8255a接线口分配图：由于需要的i/o接线口的较多和保护主控单片机at89c51，采用芯片8255a对i/o接线口进行扩展，通过编写程序，来实现各端口的功能。

如图4所示驱动输出电路图：由于2单片机控制模块输出的电流较小，不能直接驱动步进电机，利用芯片uln2003a将2单片机控制模块输出的电流、电压放大，从而控制步进电机的转动，这样也就可以实现转动模式的选择。

如图5所示时钟、复位电路图：主控单片机at89c51为了更好地工作，需要一些特定控制电路，在这里采用了时钟、复位电路。为了得到很稳定的时钟信号，电容c1、c2和c3分别为22pf、22pf和10uf，晶体x1为12mhz，电阻r1为10k。

如图6所示显示模块连接电路图：主控单片机at89c51要想驱动led显示转动角度的显示，需要其他芯片的驱动，这里采用芯片74hc573i、芯片74hc573ii作为驱动芯片，主控单片机at89c51的p2.6、p2.7与芯片74hc573i、芯片74hc573ii的le连接。

如图7—9所示整体电路图和总开关模块流程图：先总开关按键检测，如果按下k1（自动），延时消除系统振动，延时过后，如果k1（自动）仍然按下，执行自动模式下转动模式k4（120度模式）、k5（90度模式）、k6（60度模式）中的一种；如果按下k2（手动），延时消除系统振动，延时过后，如果k2（手动）仍然按下，执行手动模式下转动模式k4（120度模式）、k5（90度模式）、k6（60度模式）中的一种；如果按下k3（停止），系统停止工作。

在k1（自动）状态下，选择为k4（120度模式）时，电机控制模块中的电机就会自动开始转动，并且显示模块4中数码管显示转动的角度（从0度开始），当电机转动到角度为120度时，电机停止转动，并且延时；延时过后，电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，只到电机转动的角度到240度时，电机停止转动，并延时；延时过后，电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，到电机转动的角度到360度时，电机停止转动，并延时；延时过后，总停止。当驱动输出模式选择为k5（90度模式）时，电机就会自动开始转动，并且数码管显示转动的角度（从0度开始），当电机转动到角度为90度时，电机停止转动，并且延时；延时过后，电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，只到电机转动的角度到180度时，电机停止转动，并延时；延时过后，电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，到电机转动的角度到270度时，电机停止转动，并延时；延时过后，电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，到电机转动的角度到360度时，电机停止转动，并延时；延时过后，总停止。当驱动输出模式选择为k6（60度模式）时。电机就会自动开始转动，并且数码管显示转动的角度（从0度开始），当电机转动到角度为60度时，电机停止转动，并且延时；延时过后，电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，只到电机转动的角度到120度时，电机停止转动，并延时；延时过后，电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，到电机转动的角度到180度时，电机停止转动，并延时；延时过后，电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，到电机转动的角度到240度时，电机停止转动，并延时；延时过后，电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，到电机转动的角度到300度时，电机停止转动，并延时；延时过后，电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，到电机转动的角度到360度时，电机停止转动，并延时；延时过后，总停止，数码管自动清零。

在k2手动状态下，整体的工作过程和上述自动状态下的工作过程类似，不同的是当按下k4（120度模式）、k5（90度模式）、k6（60度模式）中的一种时，每旋转相应角度后，需要手动再次按下同一开关，电机才开始再次旋转同一角度，直至旋转完成360度。例如：在k2（手动）状态下，按下k4（120度模式）时，电机控制模块中的电机就会自动开始转动，并且显示模块4中数码管显示转动的角度（从0度开始），当电机转动到角度为120度时，电机停止转动，并且延时；延时过后，需要重新按下按下k4（120度模式），电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，直到电机转动的角度到240度时，电机停止转动，并延时；延时过后，需要重新按下按下k4（120度模式），电机又开始转动，数码管接着显示转动的角度，到电机转动的角度到360度时，电机停止转动，并延时；延时过后，总停止。

本发明将待测物品放置在光学三维测量转台，利用专门的扫描仪器对光学三维测量转台上的物品进行扫描，利用单片机控制电机转动的方式使转台上的物体进行转动，从而接受扫描，最终得到这个物体的360度无死角的三维模型图。代替传统的测量方式，具有高效、准确、快速的特点。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。