CN208223499U - 一种智能化电子罗盘仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种智能化电子罗盘仪，包括外壳、基座、指南针、目镜，还包括操控面板、显示屏、主控电路板、wifi传输模块、激光测距模块、红外测距模块、倾角传感模块、光电编码器；操控面板上设置有开关机/翻页按键、激光/红外切换按键、树高/树冠/样地测量切换按键、传感器归零按键、测量按键、数据发送按键；所述操控面板、显示屏、wifi传输模块、激光测距模块、红外测距模块、倾角传感模块、光电编码器都和主控电路板电连接。光电编码器采用机械计数方式记录脉冲。本实用新型集成了多种测量器件，能够实现多种功能测量，体现了智能化。另外可操作功能增多。

Description

一种智能化电子罗盘仪

技术领域

本实用新型涉及一种罗盘仪，尤其涉及一种智能化电子罗盘仪。

背景技术

随着森林计测学的发展和精准林业、数字林业等概念理论的提出和不断完善，人们对森林资源调查和监测的要求也由手工、粗放进入精准化、数字化、信息化时代，尤其在全球森林资源日益减少的今天，对单木和林分实现精准无损自动量测显得尤其重要和迫切。

森林调查设计和森林资源清查的工作量也急剧增加，在完成这些任务中，测树仪器发挥了至关重要的作用。然而，无论是五年一次的森林资源连续清查，还是十年一次的森林资源规划设计调查，调查手段还停留在以围尺、森林罗盘等测量仪器为主、运用手工记录的阶段，皮尺、罗盘仪、测高器和围尺等的缺点突显出来。

其中，罗盘仪是利用磁针确定方位的仪器，用于测定地面上直线的磁方位角或磁象限角。罗盘仪一般由罗盘盒、照准装置、磁针组成，构造简单，使用方便，但精度较低，常用于测定独立测区的近似起始方向，以及路线勘测、地质普查、森林普查中的测量工作。

目前常用的罗盘仪有地质罗盘仪、森林罗盘仪，地质罗盘仪的优点是：携带方便，功能齐全，但是缺点是：1、测量参数需要人工辅助计算；2、智能化程度低；森林罗盘仪的优点是：测量精度较高；但是缺点是：1、测量过程中，调查员的眼睛需要看目镜很小的瞄准镜，不容易瞄准，效率低，而且长时间测量调查员非常容易疲劳；2、近距离(<4米)测量树高，误差较大；3、每次测量树高的时候，需要测量配合钢尺(或皮尺)测量仪器高和水平距；4、测量结果无法电子化，需要纸质版表格记录。

所以在罗盘仪方面，需要研制一种方便携带和测量的，且精度较高的智能化罗盘仪。

实用新型内容

本实用新型提供一种智能化电子罗盘仪，该罗盘仪可以实现多功能测量，且可无线传输，可屏显，可目测，远近距离都可测。

本实用新型采取的技术方案如下：一种智能化电子罗盘仪，包括外壳、基座、指南针、目镜，还包括操控面板、显示屏、主控电路板、wifi传输模块、激光测距模块、红外测距模块、倾角传感模块、光电编码器；

所述操控面板上设置有开关机/翻页按键、激光/红外切换按键、树高/树冠/样地测量切换按键、传感器归零按键、测量按键、数据发送按键；

所述主控电路板上设置有wifi传输模块；

所述激光测距模块中设置有激光测距电路板、激光测距MCU、激光测距接收器、激光测距发射器；

所述红外测距模块中设置有红外测距电路板、红外测距MCU、红外测距发射器、红外测距接收器；

所述操控面板、显示屏、wifi传输模块、激光测距模块、红外测距模块、倾角传感模块、光电编码器都和主控电路板电连接，所述主控电路板上装有主控MCU。

进一步地，所述罗盘仪上还设置有电池和USB接口。

进一步地，所述基座上固定安装一大齿轮，所述光电编码器上安装一小齿轮，所述光电编码器带动小齿轮啮合大齿轮转动，所述光电编码器通过识别小齿轮转过的齿数记录脉冲。

进一步地，所述激光测距模块可选用型号为LRB6048。

所述红外测距模块可选用脉冲式和相位式。

所述倾角传感模块可选用JY901惯性导航模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：1、它集成了多种测量器件，能够实现多种功能测量，测距、测高、打样地都能操作，体现了智能化。2、应用了电子化测量和机械化测量的结合。3、操作面板功能增加，可操作功能增多。3、远、近距离的测量都可实现，解决了单一激光测量和红外测量的缺陷。4、具有无线传输功能。 5、可屏显。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为罗盘仪整体外观正向视图；

图2为罗盘仪整体外观背向视图；

图3为罗盘仪正向左侧观内剖视图；

图4为罗盘仪正向右侧观内剖视图；

图5为罗盘仪背向左侧观炸裂视图；

图6为罗盘仪基座与光电编码器齿轮连接部位示意图。

图中标号：

1-外壳、2-基座、3-指南针、4-目镜、5-操控面板、6-显示屏、7-主控电路板、8-wifi传输模块、9-激光测距模块、10-红外测距模块、11-倾角传感模块、12-光电编码器、 13-电池、14-USB接口；

51-开关机/翻页按键、52-激光/红外切换按键、53-树高/树冠/样地测量切换按键、 54-传感器归零按键、55-测量按键、56-数据发送按键；

71-主控MCU；

91-激光测距电路板、92-激光测距MCU、93-激光测距接收器、94-激光测距发射器；

101-红外测距电路板、102-红外测距MCU、103-红外测距发射器、104-红外测距接收器；

21-大齿轮、121-小齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述，本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本实用新型技术方案作的唯一限定，凡是在本实用新型技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本实用新型的保护范围。

如图1-6所示，本实用新型提供的罗盘仪，主要包括外壳1、基座2、指南针3、目镜4、操控面板5、显示屏6、主控电路板7、wifi传输模块8、激光测距模块9、红外测距模块10、倾角传感模块11、光电编码器12等。此外，仪器还自带电池13和 USB接口14，用于充电或者数据传输。

如图2、3所示，外壳1和基座2是罗盘仪的支撑基础，指南针3、目镜4、操控面板5、显示屏6、主控电路板7、wifi传输模块8、激光测距模块9、红外测距模块 10、倾角传感模块11、光电编码器12等都适当的安装在外壳表面或者里面。

指南针3是依靠磁感应辨别磁北，罗盘仪按照指南针调整正北方向并清零，然后可以通过光电编码器12实现方位角的测量，见后述。

目镜4用于瞄准目标，并且可以显示测距距离。

操控面板5上设置有开关机/翻页按键51、激光/红外切换按键52、树高/树冠/样地测量切换按键53、传感器归零按键54、测量按键55、数据发送按键56。

开关机/翻页按键51的作用是：开关机；激光/红外切换按键52的作用是：根据工作环境需要切换激光/红外模式；树高/树冠/样地切换按键53的作用是：根据测量项目需要切换树高/树冠/样地3个测量项目；传感器归零按键54的作用是：按照指南针正磁北调整正北方向并清零；测量按键55的作用是：对准测量物体，按键可以实现测量；数据发送按键56的作用是：将测量结果发送到存储终端。

显示屏6用于显示数据。操控面板5上的所有按键以及显示屏6都与壳体内部的主控电路板7以及相应的测量模块电连接。主控电路板7上设置有主控MCU71和wifi 传输模块8。

如图4所示，激光测距模块9中设置有激光测距电路板91、激光测距MCU92、激光测距接收器93、激光测距发射器94。

如图3所示，红外测距模块10中设置有红外测距电路板101、红外测距MCU102、红外测距发射器103、红外测距接收器104。

激光测距模块9和红外测距模块10都用于测量物体的距离。为了解决强阳光下红外测距无法正常工作和激光测距5米内精度太低的问题，本实用新型采取了红外测距和激光测距2个模块实现测量，2个测距模块共用主控电路板的wifi传输模块，但都有各自的MCU。

仪器所采用的wifi传输模块可以是由深圳瑞科慧联有限公司开发的RAK475。RAK475是一款完全符合802.11b/g/n无线协议的Wi-Fi模块，内部集成完整的 TCP/IP协议栈，内部包含了一个ARM-CM3MCU、WLAN MAC和一个单流的WLAN 基带。模块上包含了板载天线，外置天线接口和射频输出引脚。RAK475集成了TCP /IP协议栈，支持ARP、IP、ICMP、TCP、UDP、DHCP CLIENT、DHCP SERVER、 DNS等多种协议。支持AP，Station，AP+Station三种模式。RAK475为各种应用提供了丰富的AT命令，用户可以方便、快速地使用模块实现组网及数据收发。RAK475 模块也支持透明传输，通过使用PC工具、web浏览器、手机APP等工具就可以单独或者批量的配置参数，然后模块连接串口和网络就可以正常使用。RAK475模块的串口波特率最高支持921600bps，完全满足低速率的应用。在网络部分，RAK475支持参数保存，可由客户命令启动是否自动联网，实现一步联网，减少系统组网时间。内置WEB服务器，支持无线配置模块网络参数，支持无线升级模块固件。支持WPS 和EasyConfig一键入网方式。在部分应用中，模块也支持MDNS和SSL协议。另外， RAK475提供了许多可以配置的GPIO，可以将这些GPIO配置成SPI、UART、I2C、 I2S和PWM，在不同的应用和控制中使用。RAK475内部还包含了2M SRAM，512KB DRAM和2MB flash用于实现丰富的wifi功能。

激光测距模块9，优选地，本实用新型选用支持二次开发且尺寸较小的激光测距模块，选用型号为LRB6048，其参数如下：测量范围0.05-100m、测量精度为±2mm、考虑使用安全因素等将激光波长和功率控制为620-690nm，小于1mw，为可见红外光。其模块包括了红外发射和接收管，MCU通过USART串口协议直接获取到测量的距离值，方便使用。

红外测距模块10根据其技术途径可以分为脉冲式和相位式。

倾角传感模块11用于获取俯仰角参数，也是通过主控电路板的wifi传输模块传输数据。倾角传感模块可选用JY901高精度惯性导航模块，模块主要由两部分组成，一部分是主控MCU，另一部分是MPU9250集成芯片。MCU主要采用STM32F10X 系列单片机，用于对MPU9250的数据处理，包括去抖、滤波，将处理后的值直接以三轴角度方式输出，便于直接使用。

MPU9250是一个QFN封装的复合芯片(MCM)，它由2部分组成。一组是3轴加速度和3轴陀螺仪，另一组则是AKM公司的AK8963磁力计。融合了3轴加速度、 3轴陀螺仪以及数字运动处理器(DMP)，可直接输出9轴的全部数据。有3个16位加速度AD输出，3个16位陀螺仪AD输出，3个14位磁力计AD输出。精密的慢速和快速运动跟踪，可编程陀螺仪参数选择±250，±500，±1000，±2000°/秒(dps)，可编程的加速度参数选择±2g，±4g，±8g，±16g，以及最大磁力计可达到±4800uT。该装置提供I2C和SPI的接口，2.4-3.6V的供电电压，还有单独的数字IO口，支持1.71V 到VDD。通信采用400KHz的I2C和1MHz的SPI，若需要更快的速度，可以用SPI 在20MHz的模式下直接读取传感器和中断寄存器。采用CMOS-MEMS的制作平台，让传感器以低成本的高性能集成在一个3x3x1mm的芯片内，并且能承受住10000g 的震动冲击。

光电编码器12用于测量方位角。本实用新型采用机械式码盘测量，如图6所示，是在基座2上安装一大齿轮21，光电编码器12上安装一小齿轮121，两齿轮啮合，由于大齿轮21固定在基座上不动，所以当罗盘仪云台转动时，光电编码器12一起跟着转动，光电编码器12可以识别小齿轮121转过的齿数，形成脉冲传输到主控电路板上 MCU，flash存储器可以实现数据存储。

综上所述，本实用新型提供的罗盘仪是一种集成化多功能罗盘仪，指南针定北后，通过目镜找到测量点，操控面板按键，就可以进行测量了，用激光测距模块和红外测距模块进行距离的测量，用倾角传感模块进行俯仰角的测量，用光电编码器进行方位角的测量，一个仪器完全能够满足树高、树冠、样地的测量，通过wifi传输模块，可以向外无线传输数据。

Claims (6)

1.一种智能化电子罗盘仪，包括外壳(1)、基座(2)、指南针(3)、目镜(4)，其特征在于：还包括操控面板(5)、显示屏(6)、主控电路板(7)、wifi传输模块(8)、激光测距模块(9)、红外测距模块(10)、倾角传感模块(11)、光电编码器(12)；

所述操控面板(5)上设置有开关机/翻页按键(51)、激光/红外切换按键(52)、树高/树冠/样地测量切换按键(53)、传感器归零按键(54)、测量按键(55)、数据发送按键(56)；

所述主控电路板(7)上设置有wifi传输模块(8)；

所述激光测距模块(9)中设置有激光测距电路板(91)、激光测距MCU(92)、激光测距接收器(93)、激光测距发射器(94)；

所述红外测距模块(10)中设置有红外测距电路板(101)、红外测距MCU(102)、红外测距发射器(103)、红外测距接收器(104)；

所述操控面板(5)、显示屏(6)、wifi传输模块(8)、激光测距模块(9)、红外测距模块(10)、倾角传感模块(11)、光电编码器(12)都和主控电路板(7)电连接，所述主控电路板(7)上装有主控MCU(71)。

2.根据权利要求1所述的智能化电子罗盘仪，其特征在于：所述罗盘仪上还设置有电池(13)和USB接口(14)。

3.根据权利要求1所述的智能化电子罗盘仪，其特征在于：所述基座(2)上固定安装一大齿轮(21)，所述光电编码器(12)上安装一小齿轮(121)，所述光电编码器(12)带动小齿轮(121)啮合大齿轮(21)转动，所述光电编码器(12)通过识别小齿轮(121)转过的齿数记录脉冲。

4.根据权利要求1所述的智能化电子罗盘仪，其特征在于：所述激光测距模块(9)型号为LRB6048。

5.根据权利要求1所述的智能化电子罗盘仪，其特征在于：所述红外测距模块(10)选用脉冲式和相位式。

6.根据权利要求1所述的智能化电子罗盘仪，其特征在于：所述倾角传感模块(11)采用JY901惯性导航模块。