5、效率高,易于实现测量内外一体化。测量数据能自动采集、检验、处理。数字水准仪将数据直接记录在存储器上,及时检核,按规定格式输出,便于在计算机上处理。作业人员只需调焦和按键就可以实现自动读数,大大减轻了劳动强度,顺利实现内外业一体化。
    6、功能多样化。当采用普通标尺时,数字水准仪又可像传统自动安平水准仪一样使用。
但是,数字水准仪也存在一些缺点,主要表现为:
1、数字水准仪对标尺进行读数不如传统光学水准仪灵活,数字水准仪只能对其配套标尺进行照准读数。对于传统光学水准仪,可以使用自制的标尺,甚至是普通的钢板尺,只要有刻度线,就能读数,而数字水准仪则无法工作。同时,数字水准仪要求有一定的视场范围,但有些情况下,只能通过一个较窄的狭缝进行照准读数,这时就只能使用光学水准仪。
2、数字水准仪受外界条件影响大。由于数字水准仪是由CMOS传感器来分辨标尺条形码,将图像转换为能被测量的有效电信号,然后系统进行读数。但是,光照强度、大气折射、热抖动、调焦质量的好坏,都会影响条形码标尺在CMOS上的成像质量,从而影响测量精度。此外,周围环境的磁场强度、空气能见度等因素都会影响数字水准仪测量。因此,数字水准仪测量对环境的要求要比传统水准仪来得高,不但要求标尺亮度均匀、适中,还要有足够的可见范围,用于测量的条码不能遮挡等[1]。
 3  硬件电路改型设计
在了解了数字水准仪的基本组成及工作原理之后,我们又对原有数字水准仪的硬件模块进行了系统性的分析和研究,在此基础上,制定了数字水准仪的改型设计方案。
根据该方案,在本章中我们将进行关键元器件的选择,然后根据所选择的器件用Protel99完成相应的硬件电路设计,最后与其他电路模块整合后完成数字水准仪改型电路设计。
3.1  数字水准仪硬件电路及工作流程
根据我们所设计的改型设计方案,数字水准仪硬件电路系统主要包含以下模块:数据采集单元(CMOS传感器模块),数据处理单元(主机板模块),人机界面(键盘板和液晶显示屏模块)和电源[6]。其硬件电路框图如图3.1.1所示。
 
图3.1.1数字水准仪硬件电路框图

    它的工作流程是:安装电池后,按下Power键(开机),系统首先给键盘板上的电源管理芯片供电,键盘板上的处理器(ATMega48)开始初始化,然后给主机板供电,主机板上的处理器(ARM 2136)、存储器、温度传感器进入工作状态,同时经电源引线给显示屏供电,显示屏也进入工作状态。ARM 2136初始化后,控制电源管理器使传感器电源打开,准备进行测量。这时,整个系统进入测量状态。
如果一定时间内(具体时间根据用户要求由软件设置)未有测量动作,ARM2136处理器就控制主机板上的电源管理器使传感器电源关闭,然后在键盘板上处理器(ATMega48)的控制下,主机板停止供电,之后系统电源断开数字水准仪自动停机。
在等待测量过程中,所有具有关断功能的电路芯片进入关断睡眠模式,微功耗等待。一旦测量键被按下时,就进行一次测量工作。测量时,条码标尺的图像成像在线阵CMOS图像传感器上,按下测量键,在ARM 2136处理器的控制下,对CMOS图像传感器输出的模拟信号进行A/D采样,把采集到的数字信号存入到指定的内存块中,先对内存中的数据进行预处理(数字滤波)来降低噪声,然后根据标尺图像的解码算法,即可以算出标尺所在的高度和标尺离水准仪的距离,最后显示在液晶显示屏上,根据需要可以存储在主机板上的存储器中,也可以通过串口直接传送到计算机上进行分析处理。
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