从各个不同的方向对它进行 测量适合作为动态测量的合作目标. 3 全自动全站仪通讯及其控制方法研究 2 全自动全站仪的系统硬件简介 构成本系统的测量设备主要有多台 TCA2003合作目标棱镜PC 计算机全站仪 和计算机的通讯设备.本节介绍主要测量设备测量机器人的技术组成由这些设备构成 的系统组成情况及各部分作用 以及本系统即多测站自动变形监测系统与以往的单测站 自动监测系统的区别. 2.1 测量机器人 TCA2003 的技术组成 测量机器人 TCA2003 由坐标系统操纵器换能器计算机和控制器闭路控制 传感器决定制作目标捕获以及集成传感器等八大部分组成. 1坐标系统采用球面坐标系统即望远镜能绕仪器的纵轴和横轴旋转能在水平面 360°和在竖面 180.范围内寻找目标 2操纵器主要是控制机器人的转动 3换能器在于将电能转化为机械能驱动步进马达运动 4计算机和控制器的功能是按设计开始和终止操纵系统存储观测数据并与其它系 统接口控制方式多采用连续路径或点到点的伺服控制系统 5闭路控制传感器将反馈信号传送给操纵器和控制器以进行跟踪测量或精密定 位. 6决定制作主要用于发现目标如采用模拟人识别图像的方法称试探分析或对目 标局部特征分析的方法称句法分析进行影像匹配 7目标获取在于精确地照准目标常采用开窗法阀值法区域分割法回光信号 最强法以及螺旋式扫描法等 8集成传感器包括采用距离角度温度气压等传感器获取各种观测值.由影像 传感器构成的频成像系统通过影像生成影像获取和影像处理在计算机和控制器的操 纵下实现自动跟踪和精确照准目标从而获取物体或物体某部分的长度厚度宽度 方位二三维坐标等信息进而得到物体的形态及其随时间的变化. 2.2 系统组成介绍 首先我们先看以往的单测站系统组成情况.如图 2.1 所示即为单测站自动变形监 测系统.系统主要有四部分组成: 4 毕业设计论文 图 2.1 单测站自动化监测系统图 1测站点工作基点 合理地选择工作基点需要考虑多方面的因素.要求具有良好的通视条件而且应 选择在地基稳定处一般选在变形体区域外.因为测站点作为己知点所有测量数据都 是基于测站点而言的如果测站点不稳定那么所测数据将不能真实地反映变形体的变 形情况. 2基准点校核点 基准点位于变形区域之外的稳固不动处采用强制对中装置其上放置棱镜要求 覆盖正对测站的整个变形区域除提供方位外更重要的是为距离及高差差分计算提供 基准. 3目标点变形点 目标点一般较均匀地布设在变形体上能体现区域的变形其上放置正对工作基点 的棱镜.另外需要注意的是不要将两个以上的棱镜近距离放在一起因为当望远镜的视 场内出现两个以上的棱镜时处理起来比较麻烦所以应尽量避免之. 4计算机控制中心 计算机通过通讯电缆控制测量机器人作全自动监测可直接放在工作基点如果要 进行长期无人监测的话则应建专用机房. 安装于计算机的监测软件通过全站仪的在线控制模式直接让全站仪进行周期性监 测并实时地接收全站仪获得的测量数据.借助于软件自带的数据后处理功能软件对 5 全自动全站仪通讯及其控制方法研究 所获得的原始测量数据进行各种改正从而得到更为准确的变形数据最终可得到同一 个目标点的不同周期的变形曲线图甚至可以根据同一个点的多期观测数据进行变形 趋势分析. TCA-1 2 号监测站各自都是一套完整的单测站自动变形监测系统 通过网络数据通 讯决策者可以在终端接收所有测站的成果数据这样便可以了解变形体的整体变形情 况而且可以有效解决由于视距相差很大 且当视距太长由于各种误差会导致观测精度严 重降低的问题. 6 毕业设计论文 3 全自动全站仪系统的数据通讯及数据处理方法 3.1 数据通讯的概念 数据通讯是全站仪区别于传统光学经纬仪的重要特点. 计算机通讯以比特二进制数为单位每比特是 O 或 1以电流或电压的状态传送. 数据通讯通常有并行方式和串行方式.并行通讯是指数据在多条并行1 位宽度的传输 线上同时由源向目的地的传输方式.串行通讯是指数据在 1 位宽的单条传输线上 一 位接一位地按顺序分时传送.在测量中人们通常使用的是串行通讯方式.其优点是只 要一条传输线所需费用较低特别是当数据位数很多和远距离传送时. 串行通讯又分为同步串行通讯和异步串行通讯两种. 同步串行通讯的基本特征是发 送与接收双方的时钟保持同步硬件复杂所以在计算机与测量仪器的通讯中多采用异 步串行通讯. 异步串行通讯不需要时钟同步以及同步字符 也不必保持数据流的连续性 只需将数据格式化并用起始位和停止位来表示一个字节数据的头尾即可. 3.1.1 异步串行通讯 这种通讯把一个字符看作是一个独立的信息单元 且字符出现在数据流中的相对时 间是任意的而一个字符中的各位是以固定的时间传送的.因此该传送方式在同一字 符内部是同步的而字符间是异步的.发送器与接收器之间允许没有共同时钟采用字 符格式中设置起始位和结束位来协调发收双方.在一个有效字符正式发送前先发送一 个起始位而字符结束时再发送一个或两个停止位.接收器检测到起始位后便开 始接收有效字符检测到停止位后便结束一个字符的接收. 通常异步串行通讯的格式如图 3.1.异步串行通讯格式: 两字符是用高电平隔开起始位用逻辑 0 电平space表示数据位 5-8 位.必须紧 跟起始位之后传送顺序为先低位后高位:奇偶校验位1 位:1 位或 1. 5 位或 2 位 停止位通常用逻辑 1 表示mark.为保证仪器间数据通讯的正确进行数据格式传 输率协议方式需相互匹配为此目的而对设置进行的有关规定称为通讯参数. 7 全自动全站仪通讯及其控制方法研究 图 3.1 异步串行通讯格式 a.波特率是数据传输率的反映即每秒钟传输的位数.通常用比特率或波特来表示. 比特率bps是每秒传送二进制位数.传送时发送和接收的传输速度要设置成一致. b.奇偶校验 奇偶校验是在通讯中对数据传输正确与否的检核.通常以高电平总数为奇或为偶 来检校数据传输是否有误.奇偶校验一般有以下几种方式: None:不检验奇偶性 Even:偶校验若该字符的高电平位总数为偶数则校验位为 0.反之校验位为 1 Odd:奇校验若该字符的高电平总数为奇数则校验位为 0.反之校验位为 1 Mark:校验位恒为 1 Space:校验位恒为 0. c.数据位 数据位是指数据传输中一个字符所占用的位数如前所述字符一般用 ASC 工 I 码表示.数据位一般有 5-8 位但最常用的数据位为 7 位或 8 位. d.停止位 停止位设在数据位或校验位以后 用以表示该字符结束的标志 其宽度通常为 1 位 1.5 位或 2 位. e.协议方式 8 毕业设计论文 如果两个设备间传输多个数据块每块含有 n 个字节时接收设备根据数据缓冲区 贮存空间的状况控制发送端的数据发送被称为数据传输的协议方式.若数据缓冲区中 接收的数据已满便发送一个信号中止发送端的数据发送.待数据缓冲区中的数据被 CPU 处理完后再发出一个信号通知发送端允许发送端发送数据. 协议分为硬件协议和软件协议. 硬件协议:RTS/CTS请求发送/清除发送.若接收缓冲区己满则 RTS/CTS CPU 中的脚输出低电平发送器便中止数据发送.反之RTS/CTS 脚为高电平发送器允 许发送数据. 软件协议:XON/XOFF ACK/NAK GSI XON/XOFF:当接收端的数据缓冲区已满时接收器发出 XOFF 信号中止发送器 的数据传输 并处于等待状态. 当缓冲区中的数据被 CPU 处理后 给发送器送一个 XON 信息发送器恢复数据的传输. ACK/NAK:当发送器探测到 CR回车或 LF换行信息时便中止数据传输并进 入等待状态.当接收端发送的 ACK 信号到达后恢复数据传输.当接收端没有收到 CR 或 LF而是不明信
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