一种测量用标杆自动竖直保持装置

　　1　引　　言

　　在土木建筑、水利工程建设中进行测量的时候,常常需要手工操作将测量用标杆竖直立于固定的地面测绘点上,从而利用标杆上标有的刻度或者安装在其上的测绘仪器(如反射镜、GPS天线等)进行测绘工作。在如国土测量等的现代测绘工作中,随着GPS技术的广泛应用,需要对大面积土地进行较高精度的测绘。对标杆竖直的工作量和精度的要求都有了进一步的提高。如还用手动调整标杆的方法,就不能保证测绘要求了。

　　针对以上的使用要求,本文设计开发一种标杆自动竖直机构,以实现标杆的自动竖直调整定位。对于立于地面固定测绘点上的标杆,标杆竖直保持装置的可调范围为2.5°。在使用测绘用12V直流蓄电池,标杆及其上负载小于5公斤的情况下,自动竖直装置可调整达到的竖直精度优于1/1000,折算角度为0.06°。

　　2　标杆自动竖直保持装置的机构设计

　　标杆自动竖直保持装置的系统构成如图1所示,研制的标杆自动竖直保持装置置于测量用三脚架上,标杆(其上置有测量用光学棱镜或GPS天线)由标杆自动竖直保持装置的夹持机构夹持并立于地面固定点上,标杆自动竖直保持装置的水平面二维角度传感器沿标杆轴线安装。

　　所设计的执行机构是极坐标结构,其主要质量集中于极坐标的中心附近,运动部分的惯量很小,这样一方面使机构易于控制,另一方面也使整个装置结构紧凑、易携带。两个方向的运动是这样实现的:周向的运动由电机经减速器减速,再经蜗轮蜗杆结构实现;径向的运动由电机经皮带轮传动并减速,再由固定螺母带动丝杠和导轨作径向移动实现。通过周向和径向两个运动互相配合工作实现标杆的自动竖直。蜗轮蜗杆机构和丝杠螺母机构均具有位置自锁特点,从而可保持标杆的竖直状态。

　　3　检测与控制电路设计

　　自动竖直装置的控制系统如图2所示,包含一个80C552单片机控制核心芯片(CPU)和相应的外围扩展电路及接口电路。

　　信号检测单元包含一个水平面二维角度传感器和传感器输出电平调理电路。角度传感器采集标杆偏斜角度信息,其输出经电平调理电路输出给CPU的A/D转换单元。在此,考虑到尽量少的引入干扰,使输入A/D转换的信号能真实的反映标杆的偏斜角度,采用两个A/D口读取一路信号的方法:使传感器信号分别经过一个电压跟随器和一个反相器,然后分别输入A/D转换的两个输入口,根据这两路信号的值就可以判断此时标杆的偏斜角度和方向。

　　功率放大单元由内部集成了两个桥式功率放大器的芯片L289N和其外围电路组成,以实现两个方向电机的驱动。