智能多功能电子标尺仪的设计研究

金立忠

简介

本课题研究设计了一款新型的智能多功能电子标尺仪，该标尺仪能广泛应用于建筑、装潢、教学等各个领域。该标尺仪使用“中鸣”RCU控制器，集智能水平校正、水平标线、垂直标线、地面直标线、超声测距、智能寻中等多种功能于一体。该标尺仪的智能水平校正系统安装有2个高灵敏度水银传感器，根据传感器状态，控制2个伺服马达旋转校正水平。测距寻中系统安装有1个超声波测距仪，能精确测距。在寻中模式下，超声波测距仪能旋转180度，测出前后总距离，然后计算分中，提示移动方向找到中心线。标线系统在两个方向装有2个激光标线器，能在地面和墙壁标出直线、垂直线和水平线。

研究目的

在建筑、装潢等许多行业中，都要涉及长度测量、水平线和垂直线的标示。以前工人们使用连通水管进行水平测定，用挂线锤测定垂直线，用卷尺测定长度。现在用专用的标线仪进行水平、垂直测定，长度用激光测距仪测定，但工人使用起来还是不够简便，特别是在需要寻中线的时候。本课题就是要研究制作一款新型的、智能多功能电子标尺仪，集多种功能于一体，让人使用起来更方便。

研究方法和过程

硬件的准备

控制盒：中鸣X—RCU机器人控制盒

传感器：开关式水银传感器

水平校正馬达：大扭力伺服马达

超声波测距仪：中鸣JMP-BE-6301

距仪旋转马达：数字伺服马达

标线器：十字线激光器

功能按钮开关：6×6不带锁按钮开关

功能指示灯：普通发光二极管

设计、制作与安装

设计

结构原理见图1。

硬件的加工、组装

第1步：按功能选择、水平校正、标线、超声测距4个部分制作。面板采用透明有机玻璃进行激光切割加工。

第2步：电线的连接。根据RCU控制器的端口数，把功能选择按钮和LED指示灯分别连接到相应的插口上。

第3步：完成硬件的安装。标尺仪全貌见图2，功能选择区见图3。

编程

电子标尺的功能共有3项：①测距；②标线；③水平校正。其中测距功能又包括长度L、宽度W和中线M，标线功能又包括垂线与地线及水平线。根据标尺各功能的要求，使用中鸣机器人快车V3.8进行编程设计。

调试与校正

水平校正调试测试水银传感器的灵敏度，配合程序及水平仪校正水平，水平度误差小干0.5度。

超声测距的校正

测试超声测距仪，把测得的数据与实际数据进行比对，修改程序数据，校正测试数据与实际数据之间的误差，使误差值小于1mm。

然后将超声测距仪旋转180度校正。为了保证寻中线数据的准确度，必须保证测距仪精确旋转180度，才能保证测距结果的准确性。

激光标线的校正

分别校正地线、垂线与水平线。垂线可以用挂线锤的方法进行，水平线可以用水平仪进行校正（见图4）。

测试与修正

进行实践检测，并且不断修正细微误差。

研究结果

经过多次测试，本装置实现了多种功能集于一体，且操作简单、数据精确，达到了设计要求。以下是实验测得的本装置各项参数：超声测距范围>2500mm

测距误差<1mm

分中误差<1mm

水平度误差<0.5度

垂直度误差<0.5度

该项目获得第31届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科技发明类一等奖。

专家评语

项目研究了一种智能多功能电子标尺仪，具有水平校正、水平标线、垂直标线、地面直标线、超声测距、智能寻中等多种实用功能，技术方案合理，有较好的创新性，有很好的实用性和推广价值。endprint