CN103699140B - 可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的嵌入式系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的嵌入式系统及方法，系统包括移动装置和设置在移动装置上用于定位的光电编码器，该系统还包括嵌入式微处理器母板和分别与嵌入式微处理器母板连接的激光扫描仪、信号调理电路、相机及SD卡，所述的光电编码器、工业相机及激光扫描仪分别通过信号调理电路与嵌入式微处理器母板连接。与现有技术相比，本发明使用基于ARM体系的微处理器母板作为系统主板，配合适当外围的信号调理电路组成的嵌入式系统，其体积缩小到工控机系统的十分之一以下，且系统直接由5V？USB接口供电，耗电降低到原来工控机系统的十分之一以下，具有低成本、高可靠性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及隧道建筑空间信息检测领域，尤其是涉及一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的嵌入式系统及方法。
背景技术
随着城市轨道交通运营管理工作的发展，需要对地下部分隧道线路沿线的建筑空间形状进行数字记录，用于维护保障管理信息系统的空间数据库，或者用于对线路场景数字地图的制作。一种有前景的方法是将3D激光扫描仪设置成2D扫描模式与相机一起安装在可在轨道上行走的移动平台上，来完成对长距离隧道建筑空间形状数据的采集。
为实现将移动方式采集的2D截面数据转换为3D空间数据，需要将激光扫描仪与定位部件在物理信号层达到同步，将移动平台的瞬时位置信息与激光扫描仪的扫描进程绑定。一般，同步的实现采用紧凑型工业控制计算机作为信号处理平台，采用NILabView作为计算语言。但是，这种方法存在以下问题：1、成本高，需要购买高级工业计算机；2、占用物理空间大，需要专门安装机架；3、耗能，需要维持工控机中控制器和接口板的供电；4、可靠性低，接插件之间连接多，增加了实际使用过程中的维护难度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的嵌入式系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的嵌入式系统，包括移动装置和设置在移动装置上用于定位的光电编码器，其特征在于，该系统还包括嵌入式微处理器母板和分别与嵌入式微处理器母板连接的激光扫描仪、信号调理电路、相机及SD卡，所述的光电编码器、工业相机及激光扫描仪分别通过信号调理电路与嵌入式微处理器母板连接。
所述的嵌入式微处理器母板采用基于ARM体系的STM32F103系列芯片。
所述的嵌入式微处理器母板设有I/O接口、USB接口、CAN总线通信接口以及以太网接口。
一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1)初始化：定义同步脉冲序号P＝0，上一次位置值T＝0，预设相机拍照距离间隔R；
(2)激光扫描仪通过接受一个TTL脉冲信号Trigger-in，来启动数据采集，嵌入式微处理器母板等待和检测激光扫描仪的输出脉冲；
(3)判断嵌入式微处理器母板是否检测到激光扫描仪的输出脉冲信号Trigger-out，是则更新同步脉冲序号，否则返回步骤(2)；
(4)嵌入式微处理器母板读取光电编码器检测到的当前位移值X；
(5)判断当前同步脉冲对应的位移X与上一次位置值T之差是否满足事先设定的拍照间隔R，即，是则触发拍照指令进行拍照，转向步骤(6)；否则转向步骤(7)；
(6)存储当前位置值，即令T＝X；
(7)建立同步脉冲序号、位移数值和是否拍照的标志一一对应关系，将该对应关系以文本形式写入SD卡，用于3D空间数据的恢复与重建，转向步骤(2)。
所述的激光扫描仪在垂直扫描时，扫描镜头旋转至+90度位置时输出一个TTL脉冲信号Trigger-out，该脉冲信号触发所述的嵌入式微处理器母板对激光扫描仪进行脉冲检测和序列计数，所述的激光扫描仪的最大旋转速度是每秒100转，最短TTL脉冲间隔是10毫秒。
所述的光电编码器每旋转一圈输出1024个TTL脉冲，该脉冲触发所述的嵌入式微处理器母板对光电编码器输出的实时脉冲个数进行检测，从而获知当前移动距离。
所述的嵌入式系统还包括传感部件，该传感部件与光电编码器的自动中断检测时间的总和小于激光扫描仪TTL脉冲间隔。
步骤(7)所述的同步脉冲序号、位移数值和是否拍照的标志对应关系的文本数据的写入时间小于激光扫描仪TTL脉冲间隔。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、使用基于ARM体系的微处理器母板作为系统主板，配合适当外围的信号调理电路组成的嵌入式系统，其体积缩小到工控机系统的十分之一以下。
2、嵌入式系统直接由5VUSB接口供电，耗电降低到原来工控机系统的十分之一以下。
3、嵌入式系统的成本降低到工控机系统的百分之一以下。
4、工控机系统是由多块板卡和接口电缆通过物理总线连接而成，而嵌入式系统是高度集成系统，其外部接口是直接与母板相连，器件之间连接减少，可靠性提高。
5、嵌入式系统更加适于小型工业移动激光扫描系统的集成和制作。
附图说明
图1为本发明嵌入式系统的框架示意图；
图2为本发明方法的流程图；
图3为本发明光电编码器脉冲输出检测流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种可实现车载激光扫描仪定位功能的嵌入式系统，包括移动装置和设置在移动装置上用于定位的光电编码器1，其特征在于，该系统还包括嵌入式微处理器母板2和分别与嵌入式微处理器母板2连接的激光扫描仪3、信号调理电路、相机4及SD卡5，所述的嵌入式微处理器母板2设有I/O接口、USB接口、CAN总线通信接口以及以太网接口，所述的光电编码器1及激光扫描仪3分别通过信号调理电路与嵌入式微处理器母板2的I/O接口连接，所述的SD卡通过SPI接口总线与嵌入式微处理器母板2连接，所述的相机4通过USB与嵌入式微处理器母板2连接。所述的激光扫描仪3在垂直扫描时，扫描镜头旋转至+90度位置时输出一个TTL脉冲信号Trigger-out，该脉冲信号触发所述的嵌入式微处理器母板2对激光扫描仪3进行脉冲检测和序列计数，所述的激光扫描仪的最大旋转速度是每秒100转，最短TTL脉冲间隔是10毫秒。所述的光电编码器1每旋转一圈输出1024个TTL脉冲，该脉冲触发所述的嵌入式微处理器母板2对光电编码器1输出的实时脉冲个数进行检测，从而获知当前移动距离。所述的嵌入式系统还包括传感部件，该传感部件与光电编码器1的自动中断检测时间的总和小于激光扫描仪TTL脉冲间隔。本实施例所述的嵌入式微处理器母板为基于ARM体系的STM32F103系列芯片。
如图2所示，一种可实现车载激光扫描仪定位功能的方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1)初始化：定义同步脉冲序号P＝0，上一次位置值T＝0，相机拍照标志Q＝0，预设相机拍照距离间隔R；
(2)激光扫描仪通过接受一个TTL脉冲信号Trigger-in，来启动数据采集，嵌入式微处理器母板等待和检测激光扫描仪的输出脉冲；
(3)判断嵌入式微处理器母板是否检测到激光扫描仪的输出脉冲信号Trigger-out，是则更新同步脉冲序号，否则返回步骤(2)；
(4)嵌入式微处理器母板读取光电编码器检测到的当前位移值X；
(5)判断当前同步脉冲对应的位移X与上一次位置值T之差是否满足事先设定的拍照间隔R，即，是则令Q＝1，触发拍照指令进行拍照，否则Q＝0，执行步骤(7)；
(6)存储当前位置值，即令T＝X；
(7)建立同步脉冲序号P、位移数值X和是否拍照的标志Q一一对应关系，将该对应关系以文本形式写入SD卡，用于3D空间数据的恢复与重建，转向步骤(2)。
步骤(7)中，同步脉冲序号P、位移数值X和是否拍照的标志Q的对应关系的文本数据的写入时间小于激光扫描仪TTL脉冲间隔。而且，在检测过程中，激光扫描仪可通过接受一个TTL脉冲信号Trigger-in，来结束数据采集。
如图3所示为光电编码器脉冲输出检测流程即位置值X的更新过程，其功能是将实时检测到的位置值X传输到嵌入式微处理器母板，更新步骤如下：
1)初始化X＝0；
2)等待光电编码器脉冲输出；
3)接收到光电编码器脉冲后，判断轮子是否移动，是则执行步骤4)，否则返回步骤2)；
4)判断轮子是前进还是后退，前进则令K＝1，后退则令K＝-1；5)更新X＝X+K；返回步骤2)。
Claims (7)
1.一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的方法，基于可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的嵌入式系统实现，该嵌入式系统包括移动装置、设置在移动装置上用于定位的光电编码器、嵌入式微处理器母板和分别与嵌入式微处理器母板连接的激光扫描仪、信号调理电路、相机及SD卡，所述的光电编码器、工业相机及激光扫描仪分别通过信号调理电路与嵌入式微处理器母板连接，其特征在于，该方法包括以下步骤，
(1)初始化：定义同步脉冲序号P＝0，上一次位置值T＝0，预设相机拍照距离间隔R；
(2)激光扫描仪通过接受一个TTL脉冲信号Trigger-in，来启动数据采集，嵌入式微处理器母板等待和检测激光扫描仪的输出脉冲；
(3)判断嵌入式微处理器母板是否检测到激光扫描仪的输出脉冲信号Trigger-out，是则更新同步脉冲序号，否则返回步骤(2)；
(4)嵌入式微处理器母板读取光电编码器检测到的当前位移值X；
(5)判断当前同步脉冲对应的位移X与上一次位置值T之差是否满足事先设定的拍照间隔R，即，是则触发拍照指令进行拍照，转向步骤(6)；否则转向步骤(7)；
(6)存储当前位置值，即令T＝X；
(7)建立同步脉冲序号、位移数值和是否拍照的标志一一对应关系，将该对应关系以文本形式写入SD卡，用于3D空间数据的恢复与重建，转向步骤(2)。
2.根据权利要求1所述的一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的方法，其特征在于，所述的嵌入式微处理器母板采用基于ARM体系的STM32F103系列芯片。
3.根据权利要求1所述的一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的方法，其特征在于，所述的嵌入式微处理器母板设有I/O接口、USB接口、CAN总线通信接口以及以太网接口。
4.根据权利要求1所述的一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的方法，其特征在于，所述的激光扫描仪在垂直扫描时，扫描镜头旋转至+90度位置时输出一个TTL脉冲信号Trigger-out，该脉冲信号触发所述的嵌入式微处理器母板对激光扫描仪进行脉冲检测和序列计数，所述的激光扫描仪的最大旋转速度是每秒100转，最短TTL脉冲间隔是10毫秒。
5.根据权利要求1所述的一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的方法，其特征在于，所述的光电编码器每旋转一圈输出1024个TTL脉冲，该脉冲触发所述的嵌入式微处理器母板对光电编码器输出的实时脉冲个数进行检测，从而获知当前移动距离。
6.根据权利要求4所述的一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的方法，其特征在于，所述的嵌入式系统还包括传感部件，该传感部件与光电编码器的自动中断检测时间的总和小于激光扫描仪TTL脉冲间隔。
7.根据权利要求4所述的一种可实现轨道车载激光扫描仪定位控制的方法，其特征在于，步骤(7)所述的同步脉冲序号、位移数值和是否拍照的标志对应关系的文本数据的写入时间小于激光扫描仪TTL脉冲间隔。
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