周紅霞,梁 娟,楊文菊

(1.新疆工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 能源與電氣工程系，烏魯木齊 830022;2.新疆職業(yè)大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，烏魯木齊 830013)

精密工程測量儀器及數(shù)據(jù)處理

周紅霞1,梁 娟1,楊文菊2

(1.新疆工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 能源與電氣工程系，烏魯木齊 830022;2.新疆職業(yè)大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，烏魯木齊 830013)

針對某精密工程測量儀器中的測控系統(tǒng)采集外設(shè)信息、分析處理測量的數(shù)據(jù)，并集中控制各設(shè)備的需求，從系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)考慮，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)控制器的硬件電路設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。系統(tǒng)硬件采用ARM9處理器AT91RM9200芯片作為控制器的核心，對控制器進(jìn)行了各部分電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)基于實(shí)際需求完成應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)并對系統(tǒng)的測角誤差進(jìn)行分析，推導(dǎo)其形成機(jī)理。為了提高測量精度和方便操作，分析了系統(tǒng)橫軸傾斜、豎軸傾斜、視準(zhǔn)軸傾斜等引起的測量誤差，通過建立數(shù)學(xué)模型、同時(shí)采用電子補(bǔ)償器對系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償和校正。

ARM；CAN總線；Linux；測角誤差；電子補(bǔ)償器

0 引言

目前，工程測量儀器的外圍設(shè)備較多，而已有產(chǎn)品采用星型拓?fù)?，致使接線關(guān)系復(fù)雜，通信協(xié)議繁多，系統(tǒng)的生產(chǎn)和維護(hù)十分不便。此外，大量的連線也會(huì)導(dǎo)致故障急劇增加，因此需要考慮采用更為合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將眾多的設(shè)備簡潔的連接起來?，F(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制層和現(xiàn)場總線設(shè)備層之間的數(shù)據(jù)傳輸，在保證傳輸實(shí)時(shí)性的情況下實(shí)現(xiàn)信息的可靠性和開放性。本文將研究現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于測控系統(tǒng)的可行性。設(shè)計(jì)的測控系統(tǒng)主要用于某測地儀器中，采用尋北儀獲取方向角，以北斗用戶機(jī)等方式獲取地理坐標(biāo)，并利用測距組件獲取距離信息和數(shù)字測角裝置測量角度，實(shí)時(shí)地向控制終端提供信息。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)要求

系統(tǒng)主要用于某測地儀器中，其基本工作原理為：采用尋北儀獲取方向角，以北斗等定位方式獲取所在位置地理坐標(biāo)，并利用數(shù)字測角測距裝置得到角度距離，最后經(jīng)解算向終端提供目標(biāo)信息。系統(tǒng)的整體框如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體功能框圖

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行硬件系統(tǒng)選型和軟件系統(tǒng)選型。系統(tǒng)的具體功能有：

(1)與北斗用戶機(jī)通信，確定系統(tǒng)所在位置地理坐標(biāo)；

(2)與尋北儀通信，獲取初始北向；

(3)采集測角部件信號，獲取對瞄光軸的角度；

(4)與測距組件通信，獲取系統(tǒng)至目標(biāo)的距離；

(5)將角度和距離信息發(fā)送至紅外熱像儀，便于紅外熱像儀在夜間測量；

(6)結(jié)合上述信息完成坐標(biāo)解算、目標(biāo)位置參數(shù)等的計(jì)算，計(jì)算完成后將上述信息發(fā)送給控制終端；

(7)通過鍵盤和顯示屏進(jìn)行人機(jī)交互；

(8)系統(tǒng)完成操控和數(shù)據(jù)記錄；

(9)完成系統(tǒng)故障與狀態(tài)的檢測。

1.2 系統(tǒng)控制器硬件方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)組成框圖即如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制器的組成

1.2.1 AT91RM9200最小系統(tǒng)

處理器最小系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的核心電路模塊，這部分電路是AT91RM9200芯片能夠正常運(yùn)行的最小電路系統(tǒng)，包括中央處理AT91RM9200、處理器啟動(dòng)模式選擇電路、存儲運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)的存儲器SDRAM、可掉電保存數(shù)據(jù)的NANDFlash和NorFlash。

1.2.2 電源模塊

通過24 V直流電源或電源適配器接入系統(tǒng)?？紤]到體積和成本等方面的原因，因此，系統(tǒng)選擇低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO型)電源產(chǎn)生I/O電壓3.3 V、利用開關(guān)電源產(chǎn)生串口的5 V以及光電編碼器的12 V。

1.2.3 復(fù)位模塊

AT91RM9200中穩(wěn)定的Reset信號由該系統(tǒng)中的復(fù)位電路所提供。設(shè)計(jì)采用的是常見RC復(fù)位電路，該電路完全滿足系統(tǒng)高可靠的復(fù)位要求。

1.2.4 串口擴(kuò)展模塊

系統(tǒng)需要5個(gè)串口分別與測距通信組件、定位裝置、定向裝置、紅外熱像儀和控制終端通信，但是AT91RM9200除了一個(gè)調(diào)試用串口Debug UART，最多只能提供4個(gè)獨(dú)立的串口控制器。因此，本系統(tǒng)采用串口擴(kuò)展芯片來擴(kuò)展串口。

本系統(tǒng)利用16C554芯片進(jìn)行串口擴(kuò)展，1片16C554可方便的擴(kuò)展成四個(gè)串行口，并利用三八譯碼器實(shí)現(xiàn)四個(gè)串口的地址譯碼選通。在PC主機(jī)端，設(shè)計(jì)開發(fā)了Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，,從而使得應(yīng)用程序能以訪問處理器自帶串口的方式訪問擴(kuò)展串口。

1.2.5 CAN總線模塊

系統(tǒng)考慮選擇CAN總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來提高其可靠性。利用AT91RM9200的外部總線擴(kuò)展CAN總線接口芯片，并通過CAN總線收發(fā)器與物理總線相連，實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的通信。

CAN控制器必須通過CAN總線收發(fā)器與物理總線相連，本文選用PCA82C250為CAN控制器與物理總線之間的接口。它主要為CAN總線高速通訊(高達(dá)1Mbps)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，與CAN網(wǎng)絡(luò)的CANH和CANL實(shí)現(xiàn)物理相連，使得各節(jié)點(diǎn)能夠與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行良好的交互。用差分接收，降低射頻干擾(RFI)，能夠抗寬范圍的共模干擾，抗電磁干擾(EMI)，未上電的節(jié)點(diǎn)對總線無影響。

為了進(jìn)一步提高抗干擾的能力，采用6N137高速光偶對總線信號進(jìn)行隔離。由于光耦部分的電路所采用的兩個(gè)電源必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義，所以采用5-5V的電源隔離模塊(B0505S)將CAN總線部分的電源和地線與其它數(shù)字電路的電源和地線隔離，分別給6N137兩端供電。

1.2.6 并口擴(kuò)展模塊

由于AT91RM9200本身的I/O口有限，在與光編通信上，采用通用的82C55配合CPLD進(jìn)行并口的擴(kuò)充，使得AT91RM9200的I/O資源得到合理充分的利用。擴(kuò)展出來的并口用來連接光電編碼器，以實(shí)現(xiàn)方位信息采集。

系統(tǒng)需要外接兩個(gè)15位并行數(shù)據(jù)輸入的設(shè)備，系統(tǒng)中采用2片82C55實(shí)現(xiàn)兩個(gè)并行輸入設(shè)備信號的分時(shí)讀入。而在AT91RM9200一側(cè)，則分配8位數(shù)據(jù)線DB[7:0]分時(shí)讀入2片82C55的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到了分時(shí)讀入高低向和水平向2個(gè)并行輸入設(shè)備信息的目的。因?yàn)樘幚砥髋c并行輸入設(shè)備數(shù)據(jù)傳遞的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于并行輸入設(shè)備的機(jī)械角速度，所以，這樣分時(shí)讀取數(shù)據(jù)的方法完全滿足并行輸入設(shè)備測量的實(shí)時(shí)性。

1.2.7 鍵盤接口模塊

鍵盤是系統(tǒng)在測量時(shí)輸入操作指令或數(shù)據(jù)的硬件，系統(tǒng)采用矩陣式接口設(shè)計(jì)，既能節(jié)約系統(tǒng)資源，同時(shí)降低系統(tǒng)成本。即使用AT91RM9200的通用GPIO口作為矩陣鍵盤的硬件接口，編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序以實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入功能。

AT91RM9200的PB0到PB12作為與矩陣鍵盤的接口。其中PB[2:0]成為一組，作為3*10矩陣鍵盤的行電路RK[3:1]；PB[12:3]成為一組，作為3*10矩陣鍵盤的列電路SK[10:1]，與鍵盤的列電路和行電路相連接。按鍵的識別通常采用中斷或輪詢的方式獲取，本設(shè)計(jì)中使用輪詢的方式識別按鍵，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，鍵盤驅(qū)動(dòng)程序定時(shí)查詢鍵盤。當(dāng)有鍵按下時(shí)，根據(jù)電平值判斷按下鍵位所在的行和列，據(jù)此生成鍵盤掃描值送給應(yīng)用程序處理，從而實(shí)現(xiàn)按鍵輸入的功能。

1.2.8 顯示器接口模塊

在業(yè)界被公認(rèn)的能夠代替液晶的顯示技術(shù)是OLED技術(shù)，該技術(shù)顯示屏的視角特性、發(fā)光亮度、色彩度等許多方面都優(yōu)于液晶顯示器。因此選用OLED顯示屏作為系統(tǒng)的顯示終端，相應(yīng)的接口電路使用AT91RM9200的通用GPIO口。接口電路如圖3所示。

圖3 顯示屏與AT91RM9200接口電路

圖3中3.3 V接顯示屏的邏輯電源VDD管腳，PA[4:0]接顯示屏的控制引腳，PB[29:22]接顯示屏的八位數(shù)據(jù)線D[7:0]。

1.3 系統(tǒng)控制器驅(qū)動(dòng)程序方案設(shè)計(jì)

Linux對外圍設(shè)備的管理繼承了UNIX的風(fēng)格，即將外設(shè)對象化、文件化，像操作文件一樣來操作外圍設(shè)備，在Linux系統(tǒng)的/dev目錄下的每一個(gè)文件都代表連接在外圍的一個(gè)設(shè)備。在Linux下對外設(shè)進(jìn)行訪問非常簡單，直接對/dev目錄下相應(yīng)的設(shè)備文件進(jìn)行讀寫就可以達(dá)到與讀寫設(shè)備端口相同的效果。Linux主要是通過設(shè)備文件的設(shè)備號來將設(shè)備文件與其對應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序關(guān)聯(lián)起來。Linux操作系統(tǒng)源碼中有相當(dāng)大的部分就是各種通用設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，比如本系統(tǒng)控制器用到的以太網(wǎng)Linux系統(tǒng)就有很好的支持，但一些為特定系統(tǒng)定制的設(shè)備接口的驅(qū)動(dòng)則需要單獨(dú)編寫，本系統(tǒng)中這類設(shè)備包括串口擴(kuò)展接口、鍵盤接口、顯示屏接口、并行輸入設(shè)備接口和CAN總線接口。

1.4 系統(tǒng)應(yīng)用程序方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)應(yīng)用程序的主要功能是控制和協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備，完成系統(tǒng)全部工作流程。應(yīng)用程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心和靈魂，因此程序的性能和研制質(zhì)量是保證系統(tǒng)性能的前提條件。

控制器從北斗或其他方式獲取控制器所在位置信息、從尋北儀獲取初始北向信息、從測角裝置獲取對瞄光軸的角度信息、從測距組件獲取控制器至目標(biāo)的距離信息；結(jié)合這些信息需要完成目標(biāo)位置參數(shù)、光軸角度等的計(jì)算，并將上述信息發(fā)送到終端；另外控制器能貯存相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行相關(guān)外設(shè)的故障診斷。

根據(jù)控制器功能和開發(fā)原則，應(yīng)用層軟件包括以下幾個(gè)功能模塊。

1.4.1 主模塊

該模塊是系統(tǒng)應(yīng)用程序的核心模塊，主要完成對用戶命令的接收，實(shí)現(xiàn)對軟件各模塊的監(jiān)控、調(diào)用，最終計(jì)算結(jié)果發(fā)送給控制終端。

1.4.2 定位模塊

通過各種方式獲取當(dāng)前控制器坐標(biāo)。

1.4.3 定向模塊

通過方向測量裝置獲取控制器與目標(biāo)間對瞄軸線的當(dāng)前方位。

1.4.4 測距模塊

和目標(biāo)進(jìn)行對瞄，獲取對瞄軸線的高低方位角和水平方位角，以及控制器和目標(biāo)的距離，為目標(biāo)位置坐標(biāo)解算做準(zhǔn)備，同時(shí)將這些信息發(fā)送至紅外裝置，便于夜間測量。

1.4.5 發(fā)送模塊

通過采集信息解算目標(biāo)的位置信息，并按照一定的協(xié)議通過串口將位置、角度和方位信息發(fā)送給控制終端。

1.4.6 鍵盤和顯示模塊

鍵盤模塊向下獲取驅(qū)動(dòng)程序得到的鍵值，根據(jù)集成控制系統(tǒng)軟件的需要傳遞給頂層程序。顯示屏模塊是應(yīng)用程序和OLED屏驅(qū)動(dòng)程序的接口，為應(yīng)用程序提供16*8和16*16象素的漢字和符號顯示服務(wù)。

1.5 系統(tǒng)誤差分析及其校正方案

系統(tǒng)能夠正確測得水平方向值和垂直方向值的重要條件是視準(zhǔn)軸、橫軸、豎軸之間在測量時(shí)，應(yīng)滿足一定的幾何關(guān)系，即視準(zhǔn)軸與橫軸正交、橫軸水平、豎軸與鉛垂線一致。當(dāng)這些關(guān)系不能滿足時(shí)，將分別引起視準(zhǔn)軸誤差、橫軸傾斜誤差和豎軸傾斜誤差。

基于系統(tǒng)軸系誤差對角度測量的影響規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，分析研究系統(tǒng)的補(bǔ)償與修正方法。根據(jù)電子補(bǔ)償器的工作原理，結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)進(jìn)行水平度盤和垂直度盤讀數(shù)補(bǔ)償、改正。

2 系統(tǒng)誤差分析及其校正

2.1 電子改正

2.2 電子校正

由于系統(tǒng)對橫軸傾斜也需要電子補(bǔ)償技術(shù)，其補(bǔ)償原理就是Hz=Hz0+acotZ，這樣經(jīng)電子補(bǔ)償后儀器示值就直接是Hz和Z，而不再是Hz0和Z0了。由于電子補(bǔ)償?shù)挠?jì)算公式是Hz=Hz0+acotZ，在系統(tǒng)的內(nèi)存單元中存入準(zhǔn)確的橫軸傾斜誤差值a是十分有必要的。

在系統(tǒng)中，也有相應(yīng)的程序?qū)M軸傾斜誤差值a的獲取以及存入完成實(shí)現(xiàn)。根據(jù)橫軸傾斜的誤差對水平正倒鏡差Cr的影響公式Ch=-acotZ，水平正倒鏡差值與天頂距有關(guān)。因此電子校正的步驟為：將校正橫軸誤差值的相關(guān)程序打開，對不同高低的兩個(gè)目標(biāo)按照相應(yīng)步驟各做一次正倒鏡觀測，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)兩個(gè)不同的Cr近似計(jì)算出橫軸誤差值a并自動(dòng)存入內(nèi)存。之所以需要兩個(gè)不同高低的目標(biāo)點(diǎn)是因?yàn)檫€要把視準(zhǔn)軸誤差對水平正倒鏡差的影響Cs區(qū)分出來。

2.3 電子補(bǔ)償

通過對儀器整平精度的提高能夠?qū)⒇Q軸傾斜誤差的影響降低。不過較高的要求不能通過傳統(tǒng)的水泡整平技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，人眼的分辨力和人手的調(diào)整也都難以實(shí)現(xiàn)。

隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，將電子補(bǔ)償器應(yīng)用到儀器制造上，其意義在于可以減輕測量人員的工作量并提高測量精度，豎軸的傾斜狀態(tài)αx、αy也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量。不過儀器中使用電子補(bǔ)償器的目的并不是為了實(shí)現(xiàn)生硬的整平，而是為了實(shí)現(xiàn)儀器豎軸在傾斜狀態(tài)下的誤差補(bǔ)償，以保證現(xiàn)測值并不因儀器豎軸傾斜而降低。

豎軸電子補(bǔ)償計(jì)算程序是根據(jù)電子補(bǔ)償器測得的αx、αy值和公式ΔHz=ay·cotZ、ΔZ=αx來實(shí)現(xiàn)的，這樣經(jīng)過電子補(bǔ)償后儀器示值就直接是Hz和Z，而不再是Hz0和Z0了。

3 實(shí)驗(yàn)及分析

3.1 控制器硬件調(diào)試

首先將PCB板的電源模塊部分焊接好，采用+24 V外接方式供電，無誤后連接到板子上，用示波器測試系統(tǒng)的電源芯片輸出。各輸出電壓正常、波形平穩(wěn)則證明電源電路供電正常。

將最小系統(tǒng)連接到控制器單板上，檢查無誤后將時(shí)鐘電路模塊、復(fù)位電路模塊焊接到單板上。用示波器觀察振蕩器的振蕩頻率32 kHz左右，由此證明時(shí)鐘電路正常。

在查看復(fù)位電路的過程中，未按復(fù)位按鈕時(shí)RESET端輸出3.3 V高電平，不過在復(fù)位按鈕按下之后變?yōu)榈碗娖?，想要恢?fù)到高電平只需松開按鈕，即復(fù)位電路正常。

3.2 控制器驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試

此部分主要是通過編寫相應(yīng)設(shè)備的測試程序來對設(shè)備操作，觀察設(shè)備對用戶操作的響應(yīng)來判斷對應(yīng)外設(shè)接口是否工作正常。需要調(diào)試的外設(shè)接口主要是串口、CAN總線、并口、顯示屏和鍵盤。

3.2.1 串口擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試

此部分串口包括除調(diào)試串口之外的五個(gè)RS232串口，調(diào)試方法是通過PC上的串口助手軟件模擬外設(shè)與本系統(tǒng)通信。

調(diào)試時(shí)串口底層相應(yīng)程序出現(xiàn)異常：在/dev目錄下儲存著Linux中的串口設(shè)備文件，在開始運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序的過程中，在/dev目錄下設(shè)備名無法建立，經(jīng)分析調(diào)試排除了異常，最終實(shí)現(xiàn)了外設(shè)與系統(tǒng)之間的可靠通信。

3.2.2 CAN總線驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試

因?yàn)镃AN總線設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口是自己定義的，包括了一些非標(biāo)準(zhǔn)的ioctl，所以為了測試上述的驅(qū)動(dòng)程序編寫了一個(gè)專用的測試程序。經(jīng)測試，CAN總線能夠?qū)崿F(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀，數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀等不同幀的通信功能。

3.2.3 并口驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試

系統(tǒng)并口驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)試方式是通過水平向光編和垂直向光編與本系統(tǒng)通信，在調(diào)試過程中，出現(xiàn)了無法響應(yīng)光編的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化的異?，F(xiàn)象，經(jīng)進(jìn)一步完善驅(qū)動(dòng)程序后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與光編的正常通信，并能實(shí)時(shí)地顯示角度信息。

3.2.4 鍵盤驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試

鍵盤驅(qū)動(dòng)程序是與應(yīng)用程序的聯(lián)調(diào)，通過運(yùn)行應(yīng)用程序，獲取按鍵值的功能都在硬件平臺上實(shí)現(xiàn)。

3.2.5 OLED顯示屏驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試

OLED顯示屏驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)試是結(jié)合字庫函數(shù)編寫測試程序，其中使用OLED_ioctl()函數(shù)進(jìn)行顯示中文或是英文字母的選擇，并且設(shè)定當(dāng)前的輸出地址，接著使用OLED_write()函數(shù)將目標(biāo)漢字或英文字母在字庫中對應(yīng)的數(shù)組結(jié)構(gòu)寫入OLED屏顯示RAM，測試結(jié)果說明OLED屏能夠正常顯示。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用程序調(diào)試

為了驗(yàn)證應(yīng)用程序的可行性，編寫的應(yīng)用程序先在PC104嵌入式控制器上調(diào)試，今后近一步完善后可以直接在ARM嵌入式控制器上運(yùn)行。定位模塊中主要調(diào)試北斗通信，首先通過串口助手根據(jù)特定協(xié)議編寫的應(yīng)用程序來模擬實(shí)現(xiàn)，之后與實(shí)際北斗設(shè)備進(jìn)行通信，與北斗設(shè)備通信界面如圖4所示。

圖4 與北斗設(shè)備通信界面

同樣，定向模塊、測距模塊和發(fā)送模塊也都是先用相應(yīng)的串口模擬軟件來模擬實(shí)現(xiàn)，再與實(shí)際的設(shè)備進(jìn)行通信。通過對各個(gè)模塊的調(diào)試及其整個(gè)應(yīng)用程序在PC104上聯(lián)調(diào)表明，整個(gè)軟件系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的功能目標(biāo)。

3.4 系統(tǒng)測角誤差測試

分別對系統(tǒng)未作電子校正和已作電子校正兩種情況進(jìn)行測試，具體方法是系統(tǒng)在盤左位自上而下獲得幾組垂直讀數(shù)和水平讀數(shù)，接著盤右位自上而下對應(yīng)位置獲得幾組垂直讀數(shù)和水平讀數(shù)，測試數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 系統(tǒng)未作電子補(bǔ)償水平誤差測試表

表2 系統(tǒng)已作電子補(bǔ)償水平誤差測試表

根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以看出當(dāng)望遠(yuǎn)鏡從垂直方向向水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度越大即Z值越大，水平角的誤差就越小。對系統(tǒng)進(jìn)行電子校正后，系統(tǒng)雖然還存在一定的誤差，但精度得到了很大的提高。

4 結(jié)論

本文針對某測地儀器中的測控系統(tǒng)采集外設(shè)信息，分析處理測量的數(shù)據(jù)，并集中控制各設(shè)備的需求，從系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)考慮，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)控制器的硬件電路設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。通過對嵌入式ARM平臺的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)，在功耗、成本控制、易用性、可靠性上優(yōu)于原PC104平臺的系統(tǒng)控制器，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)控制器的小型化、集成化、智能化。同時(shí)嵌入式系統(tǒng)本身的可移植特點(diǎn)，使得只要根據(jù)系統(tǒng)的特殊要求，做較少的硬件改動(dòng)即可應(yīng)用到新的系統(tǒng)中。

針對現(xiàn)有系統(tǒng)外圍設(shè)備較多，接線關(guān)系復(fù)雜，通信協(xié)議繁多，系統(tǒng)的生產(chǎn)和維護(hù)都十分不便的缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用更為合理的CAN總線結(jié)構(gòu)，簡便的鏈接各設(shè)備。該結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到控制層和現(xiàn)場總線設(shè)備層間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康模环矫姹ＷC了信息的開放性以及可靠性，另一方面保證了傳輸信息的實(shí)時(shí)性。為了使系統(tǒng)的測角精度得到有效保證，采用電子補(bǔ)償裝置和專門的方法對系統(tǒng)的誤差進(jìn)行校正和補(bǔ)償，在控制器中潛入了數(shù)據(jù)處理和信息融合技術(shù)，使得系統(tǒng)的測量誤差相對減少，而系統(tǒng)的可靠性得以增加。

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Precision Engineering Measurement Instrument and Data Processing

Zhou Hongxia1, Liang Juan1, Yang Wenju2

(1.Department of energy and electrical engineering&XinJiang Industrial Vocational and Technical College,Urumqi 830022,China; 2.School of Mechatronics Engineering,Xinjiang Vocational University, Urumqi 830013,China)

According to the measurement and control system of collecting peripheral information in a measuring instrument, measuring data analysis and processing, and centralized control of the equipment needs to consider from the overall design of the system, the hardware circuit design of the system controller and driver development. At the same time, the application program of the system is designed according to the actual demand, and the angle error of the system is analyzed. In order to facilitate the operation and improve the measurement accuracy, the system of collimation axis tilt angle error, horizontal axis tilt and vertical axis tilt caused are analyzed, a mathematical model is set up and solved, while the use of electronic compensator and compensate the system.

ARM; CAN Bus; Linux; Angular error; Electronic compensator

2017-03-10；

2017-03-31。

周紅霞(1972-)女，甘肅武威人，講師，主要從事測量工程方向的研究。

1671-4598(2017)07-0320-05

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.07.080

TM417

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