数字摄影测量工作站三维采集装置测试系统设计

冯淑萍 窦利军



数字摄影测量工作站三维采集装置测试系统设计

冯淑萍 窦利军

（西安测绘总站 陕西西安 710054）

运用三维采集装置工作原理，利用80C51与计算机的通信，通过串口数据交换将数字摄影测量工作站三维采集装置采集到的数据送到上位机，经过本测试系统的分析处理，将一些关键参数显示在测试界面上，进而得到三维采集装置的故障原因，实现本测试系统对其好坏优劣及其精度的评估。

80C51 C++ 串口通信 握手协议

1 引言

数字摄影测量工作站是航测作业的主装备，其硬件构成主要有计算机工作站、立体观测装置和三维采集装置等。作为人机交互的重要设备，三维采集装置的性能好坏和精度优劣，直接影响着整个数字摄影测量的全过程。三维采集装置广泛使用的是三维鼠标和手轮脚盘脚开关组合，二者都是以旋转编码器为基本采集单元，旋转编码器的性能直接影响作业效率和成图质量，当前缺乏有效的检测手段和设备。为解决这一问题，急需一套通用的数字摄影测量工作站三维采集装置测试系统，能方便地对采集装置进行全面评估，检测其好坏及精度量级。

本文详细介绍了基于80C51单片机的数字摄影测量工作站三维采集装置测试系统的设计思路及测试流程。

2 系统硬件设计

2.1 硬件采集控制原理

数字摄影测量工作站三维采集装置测试仪的控制系统采用80C51单片机系统设计，主要功能单元包括采集传感器、检相电路、脉冲计数电路、功能键盘、CPU系统和通信接口。系统硬件设计连接如图1所示。

测试仪对数据采集装置（三维鼠标等）的三个码盘脉冲鉴相结果进行控制锁存、清零和输出，确定读取计数值。

计数器74HC193将正反方向的脉冲数以十六进制记录，通过74HC573将这个8位计数值锁存和输出。由单片机对74HC193的复位和74HC573的输出等动作进行程序控制，从而完成从旋转编码器的原始脉冲输出到数字信号的转化。

2.2 单片机软件设计

数字摄影测量工作站三维采集装置测试仪采用轮询方式，在整个测试系统初始化后，周期性地查看X、Y、Z三个通道的数据，比较各个通道的计数值和上一周期的数据清零复位后的计数值是否有改变，有则将所获得的计数值进行保存并以规定的数据帧格式发送出去，等待系统软件进行分析。

3 系统软件设计

3.1 软件设计思路

由于目前正在使用的数字摄影测量工作站三维采集装置大都利用旋转编码器，以脉冲的形式计算X、Y、Z三个方向的位移量，最终都是通过串口将数据发送给上位机进行处理，因而系统软件设计以读取串口数据为手段,通过与单片机预留接口的对接,实现上位机下位机通信。通过上层软件对所读取到的数据进行分析处理，直观地对数字摄影测量工作站三维采集装置的接收数据分别以二进制、十六进制、十进制显示，同时软件内部分析处理获得当前各个通道位移量、精度、转速并显示在测试软件界面上。

3.2 软件设计

系统软件设计基于VC6.0平台，用C++语言开发，界面用MFC设计，使用CSerial类对串口进行初始化和控制。系统使用多线程技术大幅提高了系统工作效率。

由于数字摄影测量工作站三维采集装置的种类比较多，本系统目前只对Leica三维鼠标、top mouse三维鼠标和手轮脚盘这三种采集装置进行测量。

点击“选择采集装置”下拉菜单选项选择相对应的采集装置，弹出测试界面。在测试界面点击“测试选项”的下拉菜单选择测试选项，分别选择按键测试、精度数据测试，弹出相应的测试界面。按键测试界面如图2所示。测试原理为对键值进行判断，系统测试软件将接收到的键值数据与标准值进行比较，正确则显示为红色，其他都为不动作。

精度数据测试界面如图3所示。精度数据测试界面可对串口参数进行设置，可自由地选择所需串口、波特率、校验位、数据位和停止位。可手动打开关闭串口。在接收设置区域可对接收到的数据选择以十六进制、二进制、十进制进行显示。软件可同时对三个通道进行测试，并迅速显示出测量结果，其中位移量有正负，表示距离测试原点旋转编码器发送的脉冲数；精度表示旋转编码器平均每圈与标准脉冲值相差的数目；转速显示的是旋转编码器在一秒内转的圈数，单位为转/秒。这些数据都由测试软件内部计算实现，继而显示在界面上。

4 测试流程介绍

测试流程以上位机也就是计算机与单片机之间通信为主，采用握手协议，上位机与下位机之间以约定好的数据帧格式进行数据交换。流程如图4所示，系统上电开始测试，对计算机串口和硬件部分进行复位初始化，检测串口存在与否，存在则检查与串口通信是否正常，给串口发送测试码，测试码为0xaa 0x55，等待100ms如果收到单片机发送过来的ACK码“ok”则表示串口通信正常，否则返回继续发送测试码等待串口。若上位机收到ACK码，即上位机与下位机之间通信正常，可进行测试工作。由单片机周期性经串口将脉冲数以数据帧的格式发送给上位机，上位机软件系统对接收到的数据进行分析处理，将所要检测数据显示在上位机界面上，即完成一个测试周期。

5 结束语

本测试系统成功的对目前流行的数字摄影测量工作站三维采集装置进行了测试，成功地解决了检修难、没有测试设备的问题。通过本测试系统，可对采集装置的好坏、精度优劣进行全面判断，对一些工作期间出问题的设备进行检修，不用麻烦地拆开即可通过计算机将设备有可能发生的故障原因进行判断，然后有针对性地予以保障即可。

[1] 李晓斌，高延民，李延海.三维鼠标的控制原理及其在数字摄影测量中的应用[J].测绘技术装备，2007(3)：47.