[發明專利]可實現軌道車載激光掃描儀定位控制的嵌入式系統及方法

有效

• 申請號: 201310653275.0
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103699140A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 張劍;周民立
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 王小榮

技術領域

本發明涉及隧道建筑空間信息檢測領域，尤其是涉及一種可實現軌道車載激光掃描儀定位控制的嵌入式系統及方法。

背景技術

隨著城市軌道交通運營管理工作的發展，需要對地下部分隧道線路沿線的建筑空間形狀進行數字記錄，用于維護保障管理信息系統的空間數據庫，或者用于對線路場景數字地圖的制作。一種有前景的方法是將3D激光掃描儀設置成2D掃描模式與相機一起安裝在可在軌道上行走的移動平臺上，來完成對長距離隧道建筑空間形狀數據的采集。

為實現將移動方式采集的2D截面數據轉換為3D空間數據，需要將激光掃描儀與定位部件在物理信號層達到同步，將移動平臺的瞬時位置信息與激光掃描儀的掃描進程綁定。一般，同步的實現采用緊湊型工業控制計算機作為信號處理平臺，采用NI?LabView作為計算語言。但是，這種方法存在以下問題：1、成本高，需要購買高級工業計算機；2、占用物理空間大，需要專門安裝機架；3、耗能，需要維持工控機中控制器和接口板的供電；4、可靠性低，接插件之間連接多，增加了實際使用過程中的維護難度。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可實現軌道車載激光掃描儀定位控制的嵌入式系統及方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種可實現軌道車載激光掃描儀定位控制的嵌入式系統，包括移動裝置和設置在移動裝置上用于定位的光電編碼器，其特征在于，該系統還包括嵌入式微處理器母板和分別與嵌入式微處理器母板連接的激光掃描儀、信號調理電路、相機及SD卡，所述的光電編碼器、工業相機及激光掃描儀分別通過信號調理電路與嵌入式微處理器母板連接。

所述的嵌入式微處理器母板采用基于ARM體系的STM32F103系列芯片。

所述的嵌入式微處理器母板設有I/O接口、USB接口、CAN總線通信接口以及以太網接口。

一種可實現軌道車載激光掃描儀定位控制的方法，其特征在于，包括以下步驟，

(1)初始化：定義同步脈沖序號P＝0，上一次位置值T＝0，預設相機拍照距離間隔R；

(2)激光掃描儀通過接受一個TTL脈沖信號Trigger-in，來啟動數據采集，嵌入式微處理器母板等待和檢測激光掃描儀的輸出脈沖；

(3)判斷嵌入式微處理器母板是否檢測到激光掃描儀的輸出脈沖信號Trigger-out，是則更新同步脈沖序號，否則返回步驟(2)；

(4)嵌入式微處理器母板讀取光電編碼器檢測到的當前位移值X；

(5)判斷當前同步脈沖對應的位移X與上一次位置值T之差是否滿足事先設定的拍照間隔R，即，是則觸發拍照指令進行拍照，轉向步驟(6)；否則轉向步驟(7)；

(6)存儲當前位置值，即令T＝X；

(7)建立同步脈沖序號、位移數值和是否拍照的標志一一對應關系，將該對應關系以文本形式寫入SD卡，用于3D空間數據的恢復與重建，轉向步驟(2)。

所述的激光掃描儀在垂直掃描時，掃描鏡頭旋轉至+90度位置時輸出一個TTL脈沖信號Trigger-out，該脈沖信號觸發所述的嵌入式微處理器母板對激光掃描儀進行脈沖檢測和序列計數，所述的激光掃描儀的最大旋轉速度是每秒100轉，最短TTL脈沖間隔是10毫秒。

所述的光電編碼器每旋轉一圈輸出1024個TTL脈沖，該脈沖觸發所述的嵌入式微處理器母板對光電編碼器輸出的實時脈沖個數進行檢測，從而獲知當前移動距離。

所述的嵌入式系統還包括傳感部件，該傳感部件與光電編碼器的自動中斷檢測時間的總和小于激光掃描儀TTL脈沖間隔。

步驟(7)所述的同步脈沖序號、位移數值和是否拍照的標志對應關系的文本數據的寫入時間小于激光掃描儀TTL脈沖間隔。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、使用基于ARM體系的微處理器母板作為系統主板，配合適當外圍的信號調理電路組成的嵌入式系統，其體積縮小到工控機系統的十分之一以下。

2、嵌入式系統直接由5V?USB接口供電，耗電降低到原來工控機系統的十分之一以下。

3、嵌入式系統的成本降低到工控機系統的百分之一以下。

4、工控機系統是由多塊板卡和接口電纜通過物理總線連接而成，而嵌入式系統是高度集成系統，其外部接口是直接與母板相連，器件之間連接減少，可靠性提高。

5、嵌入式系統更加適于小型工業移動激光掃描系統的集成和制作。

附圖說明

圖1為本發明嵌入式系統的框架示意圖；

圖2為本發明方法的流程圖；