【正文】 PQ為 Q和 P之間的相關函數(shù)； Q(y)為測量 信號； P(d,yh)為參考信號；自變量 d， h分別為視距和視線高。由于水準儀到標尺的距離不同，條碼在 CCD 上所成像的寬窄也將不同，隨之電信號的 ―寬窄 ‖也將改變。由于測量算法的不同，給觀測成果的精度也帶來不同的影響。由于儀器實現(xiàn)了讀數(shù)和記錄的自動化，并預存了大量的測量和檢測 程序，在操作時還有實時提示，因此測量人員可以很快掌握測量方法，減少了培訓時間，即使不熟練的作 業(yè)人員也能進行高精度的測量。視距還能自動記錄、檢核、處理并能輸入電子計算機進行后處理，可實現(xiàn)內外業(yè)一體化。 (4)效率高。 (3)速度快。多數(shù)儀器均有進行多次讀數(shù)取平均的功能，可以削弱外界條件如振動 、大氣擾動等的影響。 (2)精度高。它與傳統(tǒng)光學水準儀相比有以下優(yōu)點： (1)讀數(shù)客觀。再將編碼標尺的測量信 息與已存貯的參考信息按一定的方式進行比較，即可獲得編碼標尺的讀數(shù)。目前照準標尺和調焦仍需目視進行。 圖 21 數(shù)字水準儀主機結構原理 數(shù)字水準儀的工作原理：數(shù)字水準儀是在自動安平水準儀的基礎上發(fā)展起來的。其中條碼尺是由寬度相等或不等的黑白條碼按某種編碼規(guī)則進行有序排列而成的；主機則是在自動安平水準儀的基礎上發(fā)展起來的．由望遠鏡系統(tǒng)、補償器、分光棱鏡、目鏡系統(tǒng)、 CCD 傳感器 (或其他傳感器 )、微處理器、鍵盤、數(shù)據(jù)處理軟件等組成。該系統(tǒng)具有硬件結構簡單、設計成本低、軟件算法簡單、運算速度快、界面友好等特點。因此數(shù)字水準儀測量系統(tǒng)是水準測量儀器發(fā)展的趨勢。除了像水準測量一樣采集垂直位移之外，還可以利用數(shù)字水準儀，通過光學附件，如五角棱角或迥旋系統(tǒng)采集在其它平面上的相對位移。加速器工程測量是非常典型的精密工程測量工作，隨著用戶對加速器性能要求的不斷提高，加速器工程測量的精度要求也隨之提高。目前瑞士蘇黎世聯(lián)邦技術大學大地航測研究所開發(fā)了裝有電機的數(shù)字水準儀，用它可以持久地采集包括參考點在內的多個目標，其優(yōu)點是可以分析 測站點的穩(wěn)定性，并建立測量設備鄰近地區(qū)的折光影響模型。 數(shù)字水準儀除了用于一般的路線水準測量和面水準測量之外，在建筑業(yè)中也逐漸用來進行持久觀測。因此數(shù)字水準儀定位在 中精度和高精度水準測天津 職業(yè)技術師范大學 2021 屆 本科生 畢業(yè) 設計 3 量范圍。 低精度的高程測量可以用三角高程、 GPS 高程來代替水準測量，方便快捷，在一般工程測量中，光學水準儀使用起來也比較方便。隨后蔡司、拓普康、索佳也先后推出了各自的數(shù)字水準儀。他們在 NA2021 上首次采用數(shù)字圖像技術處理標尺影像，并以行陣傳 感器取代測量員的肉眼獲得成功。隨著數(shù)字電子學的發(fā)展，直到發(fā)明了 CCD工藝，人們才看到了機遇，可以將測量望遠鏡像平面上的標尺圖像轉換成數(shù)字信息。但是求值和顯示己經數(shù)字化了。因為當時還沒有合適的光學傳感器或傳感行陣 ，所以標尺上特殊標志的照準還要觀測員進行。他在 1966 年己經論述了電子水準方法的全部基本特征。 試驗樣機的測量精度 較高，但 上述系統(tǒng)的致命弱點是標尺結構復雜而嬌嫩，極易損壞，故未能實現(xiàn)商品化生產。六十年代末前民主德國德累斯頓大學的大地測量學者曾研制過窄束水平無線電波加主動水準標尺的測量系統(tǒng)，由于當時科學技術水平的限制而未獲成功。六十年代初由前民 主德國大地測量學者開創(chuàng)了摩托化水準測量方法，經二十余年的發(fā)展， 到 1987 年，蔡司廠向市場投放了可用作摩托化水準測量主機的水準儀RENIOOZA，該儀器己 使測微器讀數(shù)能自動完成，但粗讀數(shù)還需人工讀出并按鍵輸入，與精讀數(shù)一起存入存儲器，該儀器在很多國家得到了應用，但是它的體積和重量仍然較大，測量效率也不高，這些都使得它不能達到預期效果。目前還沒有其他方法可以完全取代幾何水準測量。 我國是在 90 年代中后期開始 引進數(shù)字水準儀的，雖然數(shù)字水準儀在國內使用時間較短，但是使用的范圍和數(shù)量正在逐年擴大。數(shù)字水準儀的出現(xiàn)，是幾何水準測量儀器的重大創(chuàng)新，它具有測量速度快、精度高、操作簡單和容易實現(xiàn)內外業(yè)一體化的特點，大大減輕了幾何水準測量的工作量，國外有統(tǒng)計資料表明，有水準測量經驗的工程師使用 NA3000 數(shù)字水準儀的測量速度是使用 Ni002 的 16 倍，而精度上沒有差別。到 1994 年，蔡司、拓普康也相繼研制成功自己的數(shù)字水準儀產品，最近幾年，索佳的數(shù)字水準儀也推向了市場。 數(shù)字水準儀的出現(xiàn)，是傳統(tǒng)幾何水準測量技術的突破，代表了現(xiàn)代水準測量技術的發(fā)展方向。隨著圖像處理技術的進步，計算機處理能力的增強，特別是光電探測器件CCD 的出現(xiàn)，大大促進了水準測量自動化、數(shù)字化的研究。 20 世紀中葉，隨著光學、電子學、計算機等技術的迅猛發(fā)展，為測量科學開拓了廣闊的道路，創(chuàng)造了發(fā)展的條件，推動了測量技術和儀器的變革和進步。在《史記》中記載了四千年以前大禹治水 ―左準繩，右規(guī)矩，載四時，以開九州 ‖，說明了公元前 21 世紀我國就己經開始使用測量工具。 module of CCD detection。 關鍵詞 ：數(shù)字水準儀； AT89S52 單片機； CCD 檢測模塊； 邊緣檢測 ABSTRACT Level as an important tool for leveling works has been widely used in the actual project. The traditional level’s measurement process requires manual reading and recording constantly, which is not only increasing the labor intensity, but also getting a low accuracy readings. With the advent of the digital age, digital level came into being. It is a hightech product that integrates kinds of technologies, such as modern electronic technology, puter software and hardware technology, material and precision machining technology as well as image processing technology. As a leveling surveying instrument, digital level has many advantages in high surveying speed, objective result reading with high precision, easy interface with puter and unifor m with in and outdoor operation. The main idea of this paper is about the design of measurement system for digital level which is based on AT89S52 single chip. This system is make up by staff gauge and main control. This system sample and record the data regularly from the CCD Sensors which is controlled by Intel8253 and pass the data to puter through serial ports. The data in the puter will be processed with digital image processing just as filter and edge detection, then get the number of the sight and the sight of high which is according to the geometric proportion. Key Words： digital level。此系統(tǒng)主要由條碼標尺和主機兩部分組成。作為水準測量的儀器，數(shù)字水準儀具有測量速度快、讀數(shù)客觀、精度高、能減輕作業(yè)勞動強度、測量數(shù)據(jù) 便于輸入計算機和容易實現(xiàn)水準測量內外業(yè)一體化的優(yōu)點。 天津職業(yè)技術師范大學 Tianjin University of Technology and Education 畢 業(yè) 設 計 專 業(yè)： 測控技術與儀器 班級學號： 測控 0701 – 05 學生姓名： 指導教師： 教授 二〇一一年六月 天津職業(yè)技術師范大學本科生畢業(yè)設計 數(shù)字水準儀測量系統(tǒng)設計 Design of Measurement System for Digital Level 專業(yè)班 級：測控 0701班 學生姓名： 指導教師： 學 院：自動化與電氣工程學院 2021年 6月 摘 要 水準儀作為水準測量的重要工具在實際工程測量中有著廣泛的應用，傳統(tǒng)的水準儀在測量過程中需要人工不斷的讀數(shù)和記錄，不僅增加了工人的勞動強度，人工讀數(shù)的精度也不高。隨著數(shù)字時代的到來，數(shù)字水準儀應運而生，它是一種集現(xiàn)代電子技術、計算機軟硬件技術、材料技術、精密機械加工技術和圖像處理技術等于一體的高科技產品。 本文主要論述一種基于 AT89S52單片機的數(shù)字水準儀測量系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)硬件以 AT89S52單片機為核心， Intel8253計數(shù)器作為同步控制器，控制 A/D轉換器對 CCD的輸出信號定時采樣 ,并將采集結果通過串口傳給微機，在微機系統(tǒng)采用數(shù)字濾波、邊緣檢測等數(shù)字圖像處理技術對采集數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，提取條碼邊緣，再根據(jù)幾何光學物象比的關系，求出視距和視線高讀數(shù)。 AT89S52 single chip。 edge detection I 目 錄 1緒論 ................................................................................................................................ 1 引言 ...................................................................................................................... 1 數(shù)字水準儀的研究歷程和現(xiàn)狀 .......................................................................... 1 數(shù)字水準儀的應用領域 ...................................................................................... 2 本文研究的主要內容 .......................................................................................... 3 2數(shù)字水準儀的基本原理和特點 .................................................................................... 4 數(shù)字水準儀的基本組成及原理 .......................................................................... 4 數(shù)字水準儀的特點 .............................................................................................. 4 數(shù)字水準儀的測量算法 ...................................................................................... 5 相關法 ........................................................................................................ 5 幾何法 ........................................................................................................ 6 相位法 ........................................................................................................ 6 3數(shù)字水準儀的總體設計方案 .....................