全站仪反射棱镜遥控指挥系统的研制*

2014-03-22苏清磊范乃胤

计量技术 2014年11期

苏清磊　范乃胤

(河南省计量科学研究院，郑州 450008)

0　引言

全站仪作为目前普遍应用的一种长度计量仪器，广泛应用于建筑、测绘、大型设备制造与安装等行业。全站仪测距部分的检定按照JJG 703—2003光电测距仪检定规程进行[1]，其中最主要的两项技术指标加乘常数与测距综合标准差，都需要在长度基线场内采用多段基线组合比较法同时测定，在一条基线上设立7个基线点，基线可以组合为21段，全长距离不小于1000m[2-5]。检定时在基线两端分别安置全站仪与反射棱镜，各基线段上的观测均为一次照准取5个读数求其平均值。这样就需要在基线中间位置5个桩各安排一个人手，用于反射棱镜的移动与安装对位，每测量一个测回，需要人工移动反射棱镜21次，由于读数位置与反射棱镜距离较远(不小于1000m)，需要用对讲机与操作人员来回确认，测量一台全站仪的测距部分误差值至少需要2个多小时，国内计量检定单位普遍采用这种办法，费时费工费力，目前国内外也无更有效办法或者类似装置解决此问题，针对这种情况，我们研制出一种全站仪反射棱镜遥控指挥系统，可以远程控制反射棱镜的状态，提高了定位精度和工作效率。

1　遥控指挥系统的原理与组成

1.1　遥控装置工作原理

根据现场测量特点，我们设计了一套遥控装置，原理如图1所示，控制端通过键盘输入控制指令(包括受控点位信息、棱镜状态信息以及特殊中断指令)，ATMEGA16单片机扫描到键盘输入信息后，以基于Zigbee协议的ZIC2410无线通信芯片作为无线收发端，控制远端步进电机动作，带动棱镜达到指定位置。Zigbee是一种低复杂度、低功耗、低成本的近距离无线通信技术，本装置采用基于Zigbee标准的ZIC2410芯片和ATMEGA16单片机为核心，实现基于ZigBee标准的软硬件设计，并且工作在2.4GHz的免费频段[6]。

图1　遥控装置工作原理方框图

1.2　反射棱镜机械部分设计

反射棱镜机械部分结构如图2所示，整个装置安装在一个三角水平基座1上，2为调整螺旋，反射棱镜4中心与基座中心同轴，旋转电机8通过联轴器3与反射棱镜连接，反射棱镜正对待测全站仪，电机旋转平面垂直于测量方向，根据阿贝原理，由棱镜不垂直引起的基线误差为二阶误差，可以忽略不计，这样可以最大减少测量误差。在棱镜竖直位置和水平位置处安装有限位开关9，当棱镜旋转到相应触点7位置时会触发限位开关，电机停止运动。为了避免前面棱镜卧倒后对后面棱镜测距的反射光干扰，在基座水平位置加了一定颜色的遮光挡板，作用有二，一是遮挡反射棱镜的光；二是其自身不能对测距产生干扰光，为此我们选用灰色。

1.底座；2.调角螺旋；3.联轴器；4.反射棱镜；5.砧板；6.调整旋钮；7.触点；8.电机；9.限位开关

1.3　遥控发射接受模块

遥控反射接收模块的硬件原理图如图3所示，ATMEGA16单片机对键盘输入指令进行一定预处理后，通过基于Zigbee标准的ZIC2410无线通讯模块进行传输，接收端芯片接收到相应指令后，将动作指令通过ATMEGA16单片机转换成电机所接受的命令序列，驱动步进电机完成设计动作，限位开关给出反馈信号。运行时，首先选择控制末端(基线点)，在面板处设置了若干个控制末端，根据控制需要选择相应的按键，然后选择水平、垂直、急停按钮，就可以遥控对应点位的反射棱镜达到相应的状态。