專利名稱：一種測距和測面積的測量輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于測量輪技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測距和測面積的測量輪。
背景技術(shù)：
測量輪又名測距輪或測距車，其基本功能實測距離。在實際使用中，經(jīng)常要用現(xiàn)有測量輪測量地塊面積。在現(xiàn)有測量輪中，尚不能直接測量不規(guī)則地塊的面積，其原因之一是現(xiàn)有測量輪在有些不要求面積測量的領(lǐng)域內(nèi)，運行良好，如電線布線作業(yè)領(lǐng)域等。電線布線作業(yè)領(lǐng)域只要求獲得距離參數(shù)，即可以預(yù)知需要多少的電線用于此項工程。然而在測量輪另一重要應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，如土地面積測量、房地產(chǎn)開發(fā)面積估算、園林規(guī)劃、農(nóng)村土地平整等，獲取面積值是使用測量輪的最終目的之一。但是使用現(xiàn)有測量輪， 只能獲取距離值，無法直接獲取面積值。如果需要獲取面積值，只能手動計算；如果所測地塊是正方形或者長方形或者圓形等有限的理想規(guī)則形狀，現(xiàn)有測量輪尚存在改進(jìn)的機(jī)會以達(dá)到這個要求。比如測量標(biāo)準(zhǔn)矩形狀的地塊，現(xiàn)有測量輪可以先要求使用者測出長度，將此值存儲起來；然后再測量寬度，再跟根矩形的面積公式計算出來。但是，實際的農(nóng)田大多是不規(guī)則的多邊形，如三角形、平行四邊形、普通的四邊形，還有少數(shù)靠近邊緣的極不規(guī)則形狀?，F(xiàn)有的測量輪產(chǎn)品，無法大規(guī)模進(jìn)入這些領(lǐng)域，是一個遺憾。對于測量面積的產(chǎn)品，常用的為GPS面積測量儀。該類產(chǎn)品是近年來興起的面積測量儀器，選用高精度的GPS接收模塊用來接收和處理信號，信號處理完成后，輸出當(dāng)前位置的經(jīng)緯度及海拔數(shù)據(jù)。該類測量儀器的優(yōu)點是測量方便，只需要圍繞被測地塊一周即可測出面積值。其缺陷是(1)民用GPS衛(wèi)星信號精度有限，一般認(rèn)為民用GPS衛(wèi)星的單點定位精度是50米，適用范圍受到限制；( 由于高精度GPS接收模塊在某一較短時間內(nèi)，相對定位精度還能滿足一些應(yīng)用的要求，但是其存在如下缺點GPS信號受大氣環(huán)境等的影響， 定位精度受到影響，會出現(xiàn)較大的漂移現(xiàn)象。GPS面積測量儀，本身小巧，便于攜帶。但它的一個不足之處是耗電量較大。使用時經(jīng)常需要更換電池。GPS面積測量儀整體上價格較高；特別是高精度的GPS接收模塊都需要進(jìn)口，價格不菲。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種測距和測面積的測量輪， 該測量輪不僅能距離測量，同時也能直接、快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)面積測量，該測量方法簡單方便，測量精度高。本實用新型通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)一種測距和測面積的測量輪，包括測量輪、 設(shè)置在測量輪上的輪架和連接在輪架上的手柄，在手柄上設(shè)有操作顯示界面，其特征在于， 在輪架上設(shè)有檢測測量輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)的傳感器，在手柄內(nèi)還設(shè)有中央處理器，上述的傳感器和操作顯示界面均與中央處理器連接，在手柄內(nèi)還設(shè)有與中央處理器連接的存儲器和地磁傳感器，所述的中央處理器用于接收傳感器輸送來的圈數(shù)信號和接收地磁傳感器輸送來的角度信號，同時根據(jù)測量輪的周長、測量輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)和測量輪轉(zhuǎn)向角度計算出測量輪繞地滾動一周所圍成的面積，并輸送結(jié)果給操作顯示界面顯示。本測量輪能用于測量面積和測量直線距離。在測量直線距離時，將測量輪沿著直線滾動，通過傳感器檢測到測量輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，然后根據(jù)圈數(shù)和測量輪的周長即可計算直線距離。在測量面積時，將起始點為平面坐標(biāo)系的原點，測量輪從起始點開始滾動，在測量輪轉(zhuǎn)向時通過地磁傳感器得出測量輪的轉(zhuǎn)向角，并記錄該轉(zhuǎn)向點的坐標(biāo)值，依次按照這種方法分別記錄各轉(zhuǎn)向點的坐標(biāo)和轉(zhuǎn)向角并存儲于存儲器中，在測量輪回到起始點時即可確定測量輪滾動一周所圍成的面積。在平面坐標(biāo)系內(nèi)相鄰兩點之間構(gòu)成直線，通過轉(zhuǎn)向角和平面坐標(biāo)系內(nèi)的各個坐標(biāo)點可計算出三角形的面積，并將這些三角形面積相加即可計算出所求的面積，計算出面積后通過中央處理器將面積值顯示到操作顯示界面上。操作顯示界面可以為帶控制按鈕的顯示屏或者是單純的顯示屏和按鍵。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的地磁傳感器為三軸地磁傳感器，其中地磁傳感器的X軸方向與測量輪滾動的方向一致。將地磁傳感器的X軸方向設(shè)置成與測量輪前進(jìn)或者后退的方向一致，能夠提高檢測精度，簡化面積計算的公式。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的中央處理器上還連接有加速度傳感器，所述的加速度傳感器用于校正測量輪轉(zhuǎn)向時的角度誤差。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的加速度傳感器為三軸加速器傳感器， 其中加速度傳感器的X軸方向與地磁傳感器的X軸方向平行或者垂直。在測量輪前進(jìn)的過程中會出現(xiàn)左右傾斜或者手柄上下擺動傾斜，通過加速度傳感器測出在X軸、Y軸或Z軸方向上的傾斜角度，然后通過中央處理器對地磁傳感器進(jìn)行傾斜角補(bǔ)償，因此可以得到較為精確的角度值，特別是在轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生的傾斜情況。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的傳感器為兩個并排設(shè)置的霍爾元件， 在測量輪上按圓周方向均布有若干永磁體，且所述的每個永磁體均能與上述的兩個霍爾元件相對，兩個霍爾元件處于不同的開關(guān)狀態(tài)。兩個霍爾元件處于不同的狀態(tài)可判斷出測量輪的前進(jìn)或者后退。在一個永磁體先后經(jīng)過兩個霍爾元件的信號分別為開關(guān)，則判定為前進(jìn)方向，那么永磁體先后經(jīng)過兩個霍爾元件的信號分別為關(guān)開，則判定為后退方向。通過前進(jìn)后退方向的判斷，使得兩個相反的路程疊加后相互抵消，因此在測量輪沿直線滾動時如偏離方向可進(jìn)行重新滾動，提高了實用性。通過每個永磁體經(jīng)過霍爾元件均記錄為轉(zhuǎn)動圈數(shù)。若為5個永磁體，則每個信號記為五分之一的圈數(shù)。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的車架上設(shè)有用于指向測量輪行進(jìn)方向的指向裝置。通過指向裝置能增加測量輪沿著直線滾動的準(zhǔn)確性，提高滾動方向的精度。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的指向裝置包括若干節(jié)依次連接成直線并水平設(shè)置的指向桿，每節(jié)指向桿活動連接，第一節(jié)指向桿連接在輪架上，其余指向桿能收縮在相鄰的下一節(jié)指向桿內(nèi)。在使用時將指向干拉出連接成直線，不使用時將指向干收縮在相鄰的下一節(jié)指向桿內(nèi)，如伸縮天線的結(jié)構(gòu)。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的指向裝置為激光瞄準(zhǔn)器?，F(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1、本測量輪通過使用地磁傳感器和中央處理器將只能測量直線的測量輪改進(jìn)成能夠測量面積的測量輪，使得該測量輪的實用性增加，且方便了面積測量，相較于GPS等測量裝置及測量方法更加方便。[0018]2、本測量輪還增加了加速度傳感器，用于校正測量的偏差，并采用平面坐標(biāo)系內(nèi)三角形面積計算法計算面積，計算精度得到提高。3、本測量輪采用雙霍爾元件的結(jié)構(gòu)不僅用于計數(shù)測量輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，還用于抵消測量輪的前進(jìn)后退的直線路程，在直線路線走彎時能夠重走。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的電路原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型的傳感器和永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、測量輪；2、輪架；3、手柄；4、操作顯示界面；5、傳感器；6、中央處理器；7、 存儲器；8、永磁體；9、指向裝置；91、指向桿；92、S型固定結(jié)構(gòu)；10、地磁傳感器；11、加速度傳感器。
具體實施方式
以下是本實用新型的具體實施例，并結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本實用新型并不限于這些實施例。如圖1、圖2和圖3所示，本測距和測面積的測量輪，包括測量輪1、設(shè)置在測量輪1 上的輪架2和連接在輪架2上的手柄3，在手柄3上設(shè)有操作顯示界面4，該測量輪1能夠?qū)崿F(xiàn)面積測量。具體來說，在輪架2上設(shè)有檢測測量輪1轉(zhuǎn)動圈數(shù)的傳感器5，在手柄3內(nèi)還設(shè)有中央處理器6，中央處理器6采用STM8L152C6，傳感器5和操作顯示界面4均與中央處理器 6連接，操作顯示界面4可以為帶控制按鈕的顯示屏或者是單純的顯示屏和按鍵。在手柄3 內(nèi)還設(shè)有與中央處理器6連接的存儲器7和地磁傳感器10，地磁傳感器10采用HMC5883， 該地磁傳感器10為三軸地磁傳感器，其中地磁傳感器10的X軸方向與測量輪1滾動的方向一致。地磁傳感器10布置在線路板上，在布局時，應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離對磁性敏感的物料，如鐵質(zhì)的螺絲等，同時布線時也應(yīng)遠(yuǎn)離大電流的導(dǎo)線。方位角的計算公式是Hy = YmX cos ( θ ) +XmX sin ( θ ) sin (Ψ)-ZmX cos (Ψ) sin ( θ )---計算地磁水平
y分量Hx = XmX cos (Ψ)+ZmX sin (Ψ) —計算地磁水平 χ 分量Heading = actan (Hy/Hx)。一_ 計算轉(zhuǎn)向角中央處理器6上還連接有加速度傳感器11，加速度傳感器11為ADXU45，為三軸加速器傳感器，其中加速度傳感器11的X軸方向與地磁傳感器10的X軸方向平行或者垂直，用于校正測量輪1轉(zhuǎn)向時的角度誤差。中央處理器6與地磁傳感器10和加速度傳感器 11之間是通過I2C或SPI接口連接的。上述的中央處理器6等均有蓄電池進(jìn)行供電。中央處理器6用于接收傳感器5輸送來的圈數(shù)信號和接收地磁傳感器10輸送來的角度信號，同時根據(jù)測量輪1的周長、測量輪1的轉(zhuǎn)動圈數(shù)和測量輪1轉(zhuǎn)向角度計算出測量輪1繞地滾動一周所圍成的面積，并輸送結(jié)果給操作顯示界面4顯示。中央處理器6、地磁傳感器10和加速度傳感器11均設(shè)置在同一塊線路板上，該線路板設(shè)置在手柄3內(nèi)。靜止時，加速度傳感器11與地磁傳感器10以及整個線路板都有同樣的傾斜角。加速度傳感器11與地磁傳感器10—樣，具備三個軸的檢測能力。通過x，y， ζ軸三個方向的靜態(tài)加速度值，通過反三角函數(shù)公式即可計算出加速度傳感器11傾斜時與 X軸的夾角及與y軸的夾角。傳感器5為兩個并排設(shè)置的霍爾元件，在測量輪1上按圓周方向均布有若干永磁體8，且所述的每個永磁體8均能與兩個霍爾元件相對，兩個霍爾元件處于不同的開關(guān)狀態(tài)。車架上設(shè)有用于指向測量輪1行進(jìn)方向的指向裝置9。指向裝置9包括若干節(jié)依次連接成直線并水平設(shè)置的指向桿91，每節(jié)指向桿91活動連接，第一節(jié)指向桿91連接在輪架2上，其余指向桿91能收縮在相鄰的下一節(jié)指向桿91內(nèi)，第一節(jié)指向桿91轉(zhuǎn)動連接， 在輪架2上設(shè)置有S型的指向桿固定結(jié)構(gòu)92，當(dāng)不使用方向指向裝置時，可將其端部置入S 型固定結(jié)構(gòu)92中。指向裝置還可以為激光瞄準(zhǔn)器，以適用更高精度的方向描準(zhǔn)。在激光瞄準(zhǔn)器中，使用一只激光發(fā)射二極管。本測量輪1能用于測量面積和測量直線距離。在測量直線距離時，將測量輪1沿著直線滾動，通過傳感器5檢測到測量輪1的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，然后根據(jù)圈數(shù)和測量輪1的周長即可計算直線距離。在測量面積時，將起始點設(shè)為平面坐標(biāo)系的原點，測量輪1從起始點開始滾動，在測量輪1轉(zhuǎn)向時通過地磁傳感器10得出測量輪1的轉(zhuǎn)向角，并記錄該轉(zhuǎn)向點的坐標(biāo)值，依次按照這種方法分別記錄各轉(zhuǎn)向點的坐標(biāo)和轉(zhuǎn)向角并存儲于存儲器7中，在測量輪1 回到起始點時即可確定測量輪1繞地滾動一周所圍成的面積。在平面坐標(biāo)系內(nèi)相鄰兩點之間構(gòu)成直線，通過轉(zhuǎn)向角和平面坐標(biāo)系內(nèi)的各個坐標(biāo)點可計算出三角形的面積，并將這些三角形面積相加即可計算出所求的面積，計算出面積后通過中央處理器6將面積值顯示到操作顯示界面4上。按照上述的操作過程，每一個拐點都能在顯示屏建立的坐標(biāo)系上準(zhǔn)確地繪制出來，也就具備了實時計算地塊面積的條件。計算公式為S = 1/2*( Σ [(Xn+I-Xn)*(Yn+1+Yn)]-Χη+1*Υη+1)(Xn, Yn)為將每一個拐點坐標(biāo)化后的坐標(biāo)值。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了測量輪1、輪架2、手柄3、操作顯示界面4、傳感器5、中央處理器6、存儲器7、永磁體8、指向裝置9、指向桿91、S型固定結(jié)構(gòu)92等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質(zhì)； 把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
權(quán)利要求1.一種測距和測面積的測量輪，包括測量輪(1)、設(shè)置在測量輪(1)上的輪架( 和連接在輪架( 上的手柄(3)，在手柄C3)上設(shè)有操作顯示界面G)，其特征在于，在輪架(2) 上設(shè)有檢測測量輪(1)轉(zhuǎn)動圈數(shù)的傳感器(5)，在手柄(3)內(nèi)還設(shè)有中央處理器(6)，上述的傳感器( 和操作顯示界面(4)均與中央處理器(6)連接，在手柄(3)內(nèi)還設(shè)有與中央處理器(6)連接的存儲器(7)和地磁傳感器(10)，所述的中央處理器(6)用于接收傳感器(5)輸送來的圈數(shù)信號和接收地磁傳感器(10)輸送來的角度信號，同時根據(jù)測量輪(1)的周長、測量輪(1)的轉(zhuǎn)動圈數(shù)和測量輪(1)轉(zhuǎn)向角度計算出測量輪(1)繞地滾動一周所圍成的面積，并輸送結(jié)果給操作顯示界面(4)顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的地磁傳感器(10)為三軸地磁傳感器(10)，其中地磁傳感器(10)的X軸方向與測量輪(1)滾動的方向一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的中央處理器(6)上還連接有加速度傳感器(11)，所述的加速度傳感器(11)用于校正測量輪(1)轉(zhuǎn)向時的角度誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的加速度傳感器(11)為三軸加速器傳感器(5)，其中加速度傳感器(11)的X軸方向與地磁傳感器(10)的 X軸方向平行或者垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的傳感器(5)為兩個并排設(shè)置的霍爾元件，在測量輪(1)上按圓周方向均布有若干永磁體(8)，且所述的每個永磁體(8)均能與上述的兩個霍爾元件相對，兩個霍爾元件處于不同的開關(guān)狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的車架上設(shè)有用于指向測量輪⑴行進(jìn)方向的指向裝置(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的指向裝置(9)包括若干節(jié)依次連接成直線并水平設(shè)置的指向桿(91)，每節(jié)指向桿(91)活動連接，第一節(jié)指向桿(91)連接在輪架(2上，其余指向桿(91)能收縮在相鄰的下一節(jié)指向桿(91)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的指向裝置(9)為激光瞄準(zhǔn)器。
專利摘要本實用新型提供了一種測距和測面積的測量輪，屬于測量輪技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有測量輪不能直接測量面積的問題。該測距和測面積的測量輪包括測量輪、設(shè)置在測量輪上的輪架和連接在輪架上的手柄，在手柄上設(shè)有操作顯示界面，在輪架上設(shè)有檢測測量輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)的傳感器，在手柄內(nèi)還設(shè)有中央處理器，傳感器和操作顯示界面均與中央處理器連接，在手柄內(nèi)還設(shè)有與中央處理器連接的存儲器和地磁傳感器，中央處理器用于接收圈數(shù)信號和角度信號，同時根據(jù)測量輪的周長、測量輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)和測量輪轉(zhuǎn)向角度計算出測量輪繞地滾動一周所圍成的面積并輸送結(jié)果給操作顯示界面顯示。本測量輪不僅能距離測量也能直接、快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)面積測量。
文檔編號G01B7/32GK202304739SQ20112036952
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者李文, 林忠仁, 連加軍 申請人:林忠仁