專利名稱：智能沙盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及一種測(cè)繪模型裝置，特別是涉及一種智能沙盤，屬于測(cè)繪環(huán)境模型技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
沙盤自古以來便是兵家作戰(zhàn)之良器，有著悠久的歷史。早在秦朝，秦朝在部署滅六國(guó)之戰(zhàn)時(shí)，秦始皇親自堆制沙盤研究各國(guó)地理形勢(shì)，在李斯的輔佐下，派大將王翦進(jìn)行統(tǒng)一戰(zhàn)爭(zhēng)。中國(guó)南朝宋范曄撰《后漢書 馬援傳》也曾有記載漢建武八年(公元32年)光武帝征伐天水、武都一帶地方豪強(qiáng)隗囂時(shí)，大將馬援“聚米為山谷，指畫形勢(shì)”，使光武帝頓有“虜在吾目中矣”的感覺。第一次世界大戰(zhàn)以后，沙盤得到廣泛應(yīng)用。隨著電子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，沙盤制造技術(shù)也得到了工藝化、電子化發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)沙盤可利用最先進(jìn)的激光機(jī)、電腦雕刻機(jī)，引進(jìn)全球先進(jìn)的制作工藝，配備國(guó)內(nèi)外最新型模型材料，運(yùn)用電腦輔助設(shè)計(jì)，鐳射切割法及其它數(shù)控裝置，憑借多年行業(yè)先進(jìn)的運(yùn)作流程和管理模式，成功設(shè)計(jì)制作出國(guó)內(nèi)外上千個(gè)大中型各個(gè)流派的模型作品。沙盤在當(dāng)今社會(huì)尤其是戰(zhàn)爭(zhēng)方面仍然扮演舉足輕重的角色。在各個(gè)作戰(zhàn)部隊(duì)，尤其是野戰(zhàn)部隊(duì)，沙盤對(duì)他們來說是一個(gè)非常重要的作戰(zhàn)工具。沙盤能夠形象表達(dá)出當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛玻M出雙方的作戰(zhàn)地形，對(duì)軍事指揮員分析敵我陣地組成、兵力部署和兵器配置、掌握更多有力的作戰(zhàn)信息、協(xié)同組織合作、完成作戰(zhàn)計(jì)劃、減少作戰(zhàn)損失等起著重要的作用。然而，目前普通沙盤只能對(duì)一塊地形或一個(gè)建筑群進(jìn)行模擬，要想再獲取其他地形地貌的信息，就必須另制沙盤。為了解決沙盤不可重復(fù)或難以重復(fù)制作等問題，我們制作一個(gè)基于嵌入式操作系統(tǒng)的智能沙盤，通過曲面擬合算法以及嵌入式技術(shù)控制步進(jìn)電機(jī)模擬出不同的地形地貌， 來實(shí)現(xiàn)一個(gè)沙盤多次利用。從制作工本上講，智能沙盤可以節(jié)約大量材料，從指揮操作上講，智能沙盤可使部隊(duì)在極短的時(shí)間內(nèi)得到目標(biāo)地區(qū)的地形地貌信息。這樣，部隊(duì)在每次作戰(zhàn)中都可以基于智能沙盤模擬出不同的地形地貌。中國(guó)作為一個(gè)軍事強(qiáng)國(guó)，在各種軍事演習(xí)中，沙盤是必不可少的重要工具,此次召開的兩會(huì)上，胡錦濤總書記在解放軍代表團(tuán)全體會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要加快軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)，狹義來說，智能沙盤對(duì)部隊(duì)信息化建設(shè)起到了非常重要的作用，廣義來說，對(duì)我國(guó)打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)起著不可估量的作用。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本實(shí)用新型提供一種新型的智能沙盤，其目的是解決沙盤不可或不易于重復(fù)利用這一問題，利用嵌入式操作系統(tǒng)控制處理PC端發(fā)來的數(shù)據(jù)并讓步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的操作，來模擬出不同的地形地貌，實(shí)現(xiàn)一個(gè)沙盤快速模擬，并可多次利用。技術(shù)方案一種智能沙盤，主要由上位機(jī)模塊、嵌入式控制系統(tǒng)模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊和沙盤平面組成，上位機(jī)模塊連接嵌入式控制系統(tǒng)模塊，嵌入式控制系統(tǒng)模塊連接步進(jìn)電機(jī)模塊，步進(jìn)電機(jī)模塊上方為沙盤平面。上位機(jī)模塊包括控制面板模塊、曲面擬合模塊、數(shù)據(jù)采樣處理模塊、3D效果模塊。 嵌入式控制系統(tǒng)模塊包括嵌入式ARM單片機(jī)、電子顯示屏。步進(jìn)電機(jī)模塊包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)陣列，步進(jìn)電機(jī)陣列由多個(gè)步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)上設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)軸桿，沙盤平面由步進(jìn)電機(jī)軸桿托起。嵌入式控制系統(tǒng)模塊與步進(jìn)電機(jī)模塊之間為I/O擴(kuò)展連接。智能沙盤的原理是利用步進(jìn)電機(jī)陣列的步進(jìn)電機(jī)軸桿托起沙盤平面，通過控制步進(jìn)電機(jī)軸桿的高低實(shí)現(xiàn)沙盤平面的地形起伏，以構(gòu)成各種各樣的沙盤地形。通過嵌入式控制系統(tǒng)模塊可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能沙盤的重復(fù)利用。通過曲面擬合算法、曲面分割采點(diǎn)等算法對(duì)目標(biāo)地區(qū)相應(yīng)地理三維數(shù)據(jù)、地理信息進(jìn)行處理、整合，再結(jié)合嵌入式技術(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)從而模擬出目標(biāo)地區(qū)地形地貌。并同時(shí)顯示3D技術(shù)呈現(xiàn)效果圖進(jìn)行輔助。優(yōu)點(diǎn)及效果本實(shí)用新型提出了一種智能沙盤，具有如下優(yōu)點(diǎn)( I )、該智能沙盤主要由上位機(jī)模塊、嵌入式控制系統(tǒng)模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊組成，具有靈活多變的特點(diǎn)；(2)、該智能沙盤結(jié)構(gòu)具有創(chuàng)新性，沙盤平面由步進(jìn)電機(jī)陣列(軸桿)托起，通過控制電機(jī)軸桿的高低來實(shí)現(xiàn)沙盤平面的地形起伏，以構(gòu)成各種各樣的沙盤地形。并且，通過嵌入式操作系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能沙盤的重復(fù)利用；( 3 )、對(duì)目標(biāo)地區(qū)的模擬精確首先，本實(shí)用新型采用曲面擬合，曲面分割、采點(diǎn)等合理技術(shù)處理手段對(duì)目標(biāo)地區(qū)的離散的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，使數(shù)據(jù)更為合理；其次，本實(shí)用新型利用嵌入式操作系統(tǒng)控制處理PC端發(fā)來的數(shù)據(jù)并讓步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的操作；再次，本實(shí)用新型采用步進(jìn)電機(jī)完成模擬任務(wù)，步進(jìn)電機(jī)可嚴(yán)格執(zhí)行上升高度，使最終的模擬達(dá)到精準(zhǔn)；(4)、該智能沙盤靈活，并可重復(fù)使用，采用的技術(shù)手段具有面向性，并不針對(duì)某一特定地區(qū)，原則上只要我們可以獲取目標(biāo)地區(qū)三維數(shù)據(jù)信息，即可應(yīng)用本實(shí)用新型進(jìn)行模擬，方便快捷；(5)、該智能沙盤管理靈活，本實(shí)用新型將PC機(jī)(上位機(jī))管理操作界面與單片機(jī) Linux管理操作界面結(jié)合，二者均可完成電機(jī)的調(diào)試工作，單片機(jī)可獨(dú)立與PC實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制；(6)、該智能沙盤對(duì)目標(biāo)地區(qū)的模擬形象采用3D電子模擬與電機(jī)模擬相結(jié)合，二者相輔相成，給人以生動(dòng)形象的視覺效果；(7)、節(jié)約了材料和資金成本，有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。


[0028]圖I為本實(shí)用新型實(shí)施流程圖；圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為步進(jìn)電機(jī)陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明I、上位機(jī)模塊；2、嵌入式控制系統(tǒng)模塊；3、步進(jìn)電機(jī)模塊；31、步進(jìn)電機(jī)；32、步進(jìn)電機(jī)軸桿；4、沙盤平面。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明目前普通沙盤只能對(duì)一塊地形或一個(gè)建筑群進(jìn)行模擬，要想再獲取其他地形、地貌的信息，就必須另制沙盤。為了解決這一難題，我們研制了智能沙盤，使沙盤更接近于真實(shí)地形。使用沙盤來反映某個(gè)地區(qū)的地形地貌。智能沙盤可以靈活多變，不拘泥于一種地形的限制，從環(huán)保角度考慮，節(jié)約了大量的原材料以及資金，從時(shí)間角度考慮，通過傳來的三維數(shù)據(jù)，可以快速的模擬出不同地區(qū)的地形地貌，從而達(dá)到快速指揮作戰(zhàn)的目的。本實(shí)用新型提供了一種智能沙盤，其特征在于如圖2、圖3和圖4中所示，該智能沙盤主要由上位機(jī)模塊I、嵌入式控制系統(tǒng)模塊2、步進(jìn)電機(jī)模塊3和沙盤平面4組成，上位機(jī)模塊I連接嵌入式控制系統(tǒng)模塊2，嵌入式控制系統(tǒng)模塊2連接步進(jìn)電機(jī)模塊3，步進(jìn)電機(jī)模塊3上方為沙盤平面4。所述的上位機(jī)模塊I包括控制面板模塊、曲面擬合模塊、數(shù)據(jù)采樣處理模塊、3D效果模塊。其中，控制面板模塊，是通過VisualC++開發(fā)的一套沙盤運(yùn)行管理模塊，完成人機(jī)信息交互，并可進(jìn)行電機(jī)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)工作的監(jiān)管，控制面板模塊作為人機(jī)交互界面， 通過與嵌入式控制系統(tǒng)模塊2中的嵌入式ARM單片機(jī)的通信，來實(shí)現(xiàn)對(duì)操作的監(jiān)控功能；嵌入式ARM單片機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，由信號(hào)分配、功率放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載；曲面擬合模塊，是通過MATLAB (矩陣實(shí)驗(yàn)室)數(shù)學(xué)軟件對(duì)目標(biāo)地區(qū)的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合處理；數(shù)據(jù)采樣處理模塊，是通過MATLAB (矩陣實(shí)驗(yàn)室)數(shù)學(xué)軟件相應(yīng)算法對(duì)擬合出的曲面進(jìn)行分割采點(diǎn)，并通過算法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換處理，將采得的高度信息轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)31的相應(yīng)轉(zhuǎn)數(shù)；3D效果模塊，是與曲面擬合模塊、數(shù)據(jù)采樣處理模塊并行的獨(dú)立模塊，是將已知的目標(biāo)地區(qū)三維數(shù)據(jù)和地理特征等信息進(jìn)行整合，通過OPENGL等三維處理軟件，對(duì)目標(biāo)地區(qū)進(jìn)行三維效果呈現(xiàn)，進(jìn)而準(zhǔn)確地進(jìn)行模擬此地區(qū)的地形地貌。所述的嵌入式控制系統(tǒng)模塊2包括嵌入式ARM單片機(jī)、電子顯示屏。將Linux系統(tǒng)植入ARM單片機(jī)中，并配以電子顯示屏，電子顯示屏可完成人與單片機(jī)的對(duì)話，嵌入式ARM 單片機(jī)采用Linux系統(tǒng)完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)31的合理控制。該操作系統(tǒng)工作流程如下嵌入式 ARM單片機(jī)通過接收上述的數(shù)據(jù)采樣處理模塊的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)脈沖信號(hào)，由信號(hào)分配、 功率放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)31旋轉(zhuǎn)，完成對(duì)多個(gè)步進(jìn)電機(jī)的管理。同時(shí)，因?yàn)閷?duì)嵌入式ARM單片機(jī)植入了 Linux以及配備電子顯示屏，該單片機(jī)可以獨(dú)立PC機(jī)進(jìn)行電機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作的監(jiān)控功能。所述的步進(jìn)電機(jī)模塊3包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)陣列，如圖3和圖4中所示，步進(jìn)電機(jī)陣列由多個(gè)步進(jìn)電機(jī)31構(gòu)成，將一定量的步進(jìn)電機(jī)31排成矩形陣列，每一個(gè)步進(jìn)電機(jī)對(duì)應(yīng)于于一個(gè)采樣點(diǎn)，由嵌入式ARM單片機(jī)統(tǒng)一控制管理，當(dāng)單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)逐一發(fā)出相應(yīng)脈沖信號(hào)后，每個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)精確旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)31上設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)軸桿32，沙盤平面4由步進(jìn)電機(jī)陣列的步進(jìn)電機(jī)軸桿32托起，通過控制步進(jìn)電機(jī)軸桿32 的高低來實(shí)現(xiàn)沙盤平面4的地形起伏，以構(gòu)成各種各樣的沙盤地形。并且，通過嵌入式控制系統(tǒng)模塊2可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能沙盤的重復(fù)利用。所述嵌入式控制系統(tǒng)模塊2與步進(jìn)電機(jī)模塊3之間為I/O擴(kuò)展連接，因步進(jìn)電機(jī) 31數(shù)目多，采用I/O擴(kuò)展技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)嵌入式ARM單片機(jī)對(duì)多個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確命令與控制管理。實(shí)施例圖I中為構(gòu)建智能沙盤的體系框架及實(shí)施流程圖，是對(duì)硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能進(jìn)行劃分，選擇嵌入式微處理器、各類芯片的選型，系統(tǒng)軟件和開發(fā)工具的選擇。嵌入式微處理器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)芯片選擇Linux操作系統(tǒng)帶有MMU功能的 RAM920T芯片、時(shí)鐘模塊、復(fù)位電路模塊、安全模塊。嵌入式存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)=Flash接口電路選擇NAND Flash、SDRAM電路設(shè)計(jì)、UART 串行接口設(shè)計(jì)、USB接口電路設(shè)計(jì)、JTAG電路設(shè)計(jì)。智能沙盤的結(jié)構(gòu)如前所述，可以很好地模擬出不同的地形地貌，實(shí)現(xiàn)一個(gè)沙盤快速模擬，并可多次利用。
權(quán)利要求1.一種智能沙盤，其特征在于該智能沙盤主要由上位機(jī)模塊(I)、嵌入式控制系統(tǒng)模塊(2)、步進(jìn)電機(jī)模塊(3)和沙盤平面(4)組成，上位機(jī)模塊(I)連接嵌入式控制系統(tǒng)模塊(2)，嵌入式控制系統(tǒng)模塊(2)連接步進(jìn)電機(jī)模塊(3)，步進(jìn)電機(jī)模塊(3)上方為沙盤平面 (4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能沙盤，其特征在于所述的嵌入式控制系統(tǒng)模塊(2)包括嵌入式ARM單片機(jī)、電子顯示屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能沙盤，其特征在于所述的步進(jìn)電機(jī)模塊(3)包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)陣列，步進(jìn)電機(jī)陣列由多個(gè)步進(jìn)電機(jī)(31)構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)(31)上設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)軸桿(32)，沙盤平面(4)由步進(jìn)電機(jī)軸桿(32)托起。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能沙盤，其特征在于所述嵌入式控制系統(tǒng)模塊(2)與步進(jìn)電機(jī)模塊(3)之間為I/O擴(kuò)展連接。
專利摘要本實(shí)用新型屬于測(cè)繪模型技術(shù)領(lǐng)域，主要是涉及一種智能沙盤，主要由上位機(jī)模塊、嵌入式控制系統(tǒng)模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊和沙盤平面組成，上位機(jī)模塊連接嵌入式控制系統(tǒng)模塊，嵌入式控制系統(tǒng)模塊連接步進(jìn)電機(jī)模塊，步進(jìn)電機(jī)模塊上方為沙盤平面。本實(shí)用新型使用曲面擬合算法、曲面分割采點(diǎn)等算法處理目標(biāo)地區(qū)的離散三維數(shù)據(jù)，利用嵌入式控制系統(tǒng)控制處理PC端發(fā)來的數(shù)據(jù)并讓步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的操作，使用步進(jìn)電機(jī)來精準(zhǔn)定位地形的高度和尺度，使用I/O擴(kuò)展技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制管理，實(shí)現(xiàn)了沙盤的快速模擬，解決了沙盤不可或不易于重復(fù)利用的問題，適于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G09B25/00GK202352217SQ201120477058
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者侯淇彬, 沙毅, 王志遠(yuǎn), 隋金坪 申請(qǐng)人:東北大學(xué)