电子自动安平激光扫平仪

摘要

扫平仪是一种提供水平面或水平直线基准的仪器。新型的自动安平激光扫平仪，利用半导体激光器发出的激光束轨迹作为测量基准，具有小巧、廉价、操作简单、适用面宽等特点。在大型推平、挖掘工程作业如修建机场、高速公路、隧道和盐池推平中有广泛的应用。但是，目前国内工程建筑中使用的自动安平激光扫平仪精度能达到10”以上的多为进口，成本过高。本课题旨在设计一种具有高精度、低成本优势的电子自动安平扫平仪。 本论文分析了电子自动安平激光扫平仪的硬件电路设计，包括水平检测电路、调平电路、激光扫描电路和充电电路等，并对器件选择和参数确定做了具体说明；系统的软件包括水平判断、电机控制以及激光扫描控制等；最后对给出了自动安平扫平仪水平误差的检测。该系统的主要特点如下： (1)选用高精度的电容式倾角传感器作为水平检测传感器，通过低功耗、高精度、完全集成的电容数字转换器(CDC)的使用大大降低了设计难度和外部元件成本，从而根除了传统电容传感器测量电路的限制，保证了水平检测电路的高精度和稳定性，并且具有低成本的优势。通过实验验证了系统可以进行高精度的水平度监测。 (2)通过I2C总线进行数据传输，简化系统设计；采用PID算法对直流电机进行速度控制，使调平更加稳定，提高仪器性能。 (3)采用可充电电池为系统供电，达到便携仪器要求。并且采用低功耗单片机综合管理系统的电源模块、水平调节模块和激光扫描模块，大大降低了系统的功耗，提高了系统的可靠性，延长了系统的使用寿命。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1激光扫平仪发展状况

1.2补偿安平方式的分类与比较

1.3本课题研究的目的和内容

第二章电子自动安平激光扫平仪系统硬件设计

2.1系统功能设计和总体结构

2.2水平检测电路的设计

2.2.1倾角传感器的选择

2.2.2传感器调理电路的设计

2.2.3单片机的选择

2.2.4硬件电路实现

2.3调平机构设计

2.3.1调平电动机的选择

2.3.2调平电机的驱动与控制电路

2.4激光扫描机构设计

2.4.1激光扫描机构总体结构

2.4.2扫描电机

2.4.3激光扫描驱动电路

2.5可充电电源设计

2.5.1供电电源的选择

2.5.2使用镍氢电池的注意事项

2.5.3充电电路的设计

2.6本章小结

第三章 电子自动安平激光扫平仪系统软件设计

3.1系统软件总体功能设计

3.2系统初始化程序

3.3水平调节程序

3.3.1倾斜度数据读取

3.3.2水平判断和调平电机控制

3.4激光扫描程序

3.4.1功能按键判断

3.4.2扫描步进电机控制

3.5本章小结

第四章 自动安平激光扫平仪水平误差及检测方法

4.1激光扫平仪的水平误差

4.2激光扫平仪水平误差监测方法

4.2.1检测步骤

4.2.2激光扫平仪水平误差最大值Δφmax及其方位角αm计算

4.3本章小结

第五章总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

在校期间参加科研项目

致谢

附录