便携式无线多功能测距系统

段旭鑫 谨凯 杨义涛 于淼

摘 要 随着社会的飞速发展，在越来越多的场合需要进行大范围、高精度、快速的距离和速度测量。目前家居装修中需要大量的测量待装修房屋数据，但目前市场上依然采用较为落后的手动测量的绘图手段。文章采用激光测距，并将数据通过无线传输至手机，将所采集到的数据手动输入或自动填充至预先设定好的图纸中，极大地减少了测量人员的工作量。

关键词 房屋测量；激光测距；无线

中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）213-0100-02

随着我国经济社会的不断发展，基础建设工程在房地产行业占据了越来越重要的位置[1]，基础工程建设的质量也直接影响着消费者的利益，随着人民消费水平的不断提高，对工程项目产品的质量也提出更高的要求，因此对工程项目建设的质量监管就显得尤为重要。

数字化的测绘技术随着科技的不断发展逐渐诞生，因其高精度和高科技含量等特点，在建筑工程测量方面正在慢慢取代传统的测量方法。尤其是在现代建筑企业的管理中，如何提高测量质量是改善企业质量管理的关键问题。但是在房屋测量中存在误差是常见的问题之一，主要的原因在于设备测量误差和测量人员的失误[2]。

数字化的测绘技术与传统的技术相比较而言，具有很明显的优势和发展前景，也是今后的一个发展的方向和目标。因为大大提高了测量的精确度，所以已经适应了现在的科学技术的发展需要和管理的需要。在工程测量、房屋测量、管网测量以及地籍测量等方面得到了广泛的应用，不仅确保了高的精确度，而且还提供了数字化信息，从而满足了现在各行各业信息技术的需要。

2011年，借助单片机和超声波传感器实现了数据的实时测量，而且通过更换测量终端的传感器，搭建的系统可用于数据采集、环境监测和无线抄表等领域[3]。

2012年，同样借助无线测距，解决了农业机器人在恶劣和未知作业环境中的导航定位问题[4]。激光测距是一种具有极高精度的测量方法。

2017年，通过结合单片机和激光测距仪，实现了对目标距离的精准、动态的测量。

由于激光测距仪具有体积小、重量轻、操作简便、测距速度快、精度高等优点[5]，而且其误差非常小，所以文中将采用激光测距仪进行距离的测量。

1 系统设计

设计的无线测距系统由激光测距仪、系统控制芯片和手机App三部分构成。其系统结构框图如图1所示。

1.1 激光测距仪

采用德国进口激光模组，测量快，精度高，性能稳，采用自由曲面光学技术增强反射光学接收，近距离测量精准，对系统状态进行评估的算法，过滤噪声和干扰，使得数据更精准，利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离，距离累加，连接GPS，远距离测试等功能。

1.1.1 特点

在设计时，考虑到外部环境条件的恶劣，所以即便是在极其恶劣的环境下使用，也会有出色的性能表现。使用时，可以手持或安装到三角架上以增加稳定性。该测距仪技术特点有如下：

1）照明LCD的显示。这款显示屏含中文字库和数字字符等，满足了测距仪所需要的显示要求，而且，自带的背光可以在夜晚使用，满足了随时使用的要求。

2）可视、蜂鸣测量指示器。可视化的指示器，蜂鸣器指示器，很好的在测量过程中满足了指示提示的工作要求。

3）红外线传感器。研制原理是红外线反射，属于一种智能节水、节能设备。在最近几十年才发展兴起的技术。已经广泛应用在科技和国防等领域，红外测距系统在实现物体间距离的测量达到了很好的技术水平。

1.1.2 测量原理

1）相位测距原理。由主控振荡器（即主振）产生的调制信号频率f ，经过放大后加到发光管，经过电流调制出射红外调制光，从发射光学系统出射射向镜站的反光镜；经反射后，回光被接收光学系统所接收，到达硅光敏二极管；经过转换，得到最终高频的测距信号。

2）PSD测距原理。利用三角测距原理，用一种位置敏感器件的PSD組件来获得二路输出信号，根据这二路信号来测得物体的距离量值。

1.2 系统控制芯片

1.2.1 控制芯片

芯片采用Intel Curie加载32位Intel Quark处理器，有384kB闪存、80kB SRAM，还分别包含一个低功耗蓝牙芯片，一个用于手势识别的加速度传感器和一个六轴加速度陀螺仪。如图2所示为控制芯片。

该芯片可以实现数据的处理，并将数据无线传输到手机端的App内。

1.2.2 BLE技术

低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy， BLE）设备无法向下兼容（无法与蓝牙2.0＼2.1＼3.0通信），仅能与BLE设备通信。在BLE协议中，有两个角色，中心设备和外围设备。中心设备可以扫描附近的外围设备，而外围设备可以发出广播让中心设备扫描；BLE连接中必须同时存在这两种角色的设备，同角色设备间不能相连。当BLE连接建立后，两个设备间通信将使用GATT协议进行。GATT协议中也有两种角色，分别是GATT服务端和GATT客户端。但是不管是外围设备还是中心设备都是可以实现GATT服务端和GATT客户端进行数据的传输，但是无法同时都是。这两种角色取决于BLE连接成功后，两个设备间通信的方式。

系统芯片就是采用BLE技术，将数据发送到手机App。

1.3 手机App

采用XCode 9.3软件开发平台进行App的开发，所用语言为swift语言。swift语言提供ios应用编程的新编程语言，基于C和Objective-C，而却没有C的一些兼容约束。采用了安全的编程模式，同时添加了现代的功能来使得编程更加简单、灵活和有趣，展示了软件开发的新方向。在App内，可以显示采集到的各项数据，同时将测量数据填充到预先已经导入App内的建筑图纸中。

2 结论

针对目前房屋测量数据不理想，操作繁琐的情况，文中设计的房屋测绘系统采用较为新颖的测量手段，应用激光测距仪采集数据，并将结果无线传输到手机App，在App内，可以将数据自动填充到对应的建筑图纸中，在保证数据准确的同时，极大简化了测量过程，具有良好的实用价值。

参考文献

[1]张旭.基于建筑工程测量的房屋测量技术[J].建筑知识，2016，36（14）：72-73.

[2]许捷，刘云，申娟娟.房屋测量常见问题及解决方式探讨[J].现代测绘，2014，37（4）：35-37.

[3]胡慧，张彪.基于51单片机的无线测距系统[J].传感器世界，2011，17（11）：33-36.

[4]侯忠坤.基于无线测距的农业机器人导航定位方法[J].农机化研究，2012，34（4）：72-74，78.

[5]孙卿，杨凌辉.基于测距传感器的WMPS非接触测量方法[J].激光技术，2016，40（5）：670-675.

[6]郭智源，韩建，等.基于STM32的PID和PWM温度控制系统研究[J].科学技术与工程，2011（6）：3805-3807.

[7]彭刚，春志强.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用[M].北京：电子工业出版社，2011.