一種三維數(shù)字沙盤標準模塊的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維信息顯示領域，尤其涉及一種三維數(shù)字沙盤標準模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟水平的發(fā)展，人們對于視覺感官的要求越來越高，如何以更直觀、更 生動的方式展現(xiàn)圖像，已成為當下重要的研究課題。目前國內(nèi)外中，對于地理信息顯示這一 方面，通常的顯示手段僅是將圖像、影視等作品通過顯示器屏幕、投影儀投影等呈現(xiàn)出來， 觀眾只能在屏幕或者電視機中觀看到圖像。這種平面展示方式天然存在著以下不足：
[0003] 1)與三維立體信息相比，平面信息缺乏直觀、形象的視覺感受，無法凸顯地形或者 圖像的直觀立體感。
[0004] 2)平面信息無法做到全方位、多角度地描述地形或者圖像的三維特性，不能詳細 地展示圖像特征。
[0005] 相比而言，沙盤具有立體感強、形象直觀、制作簡便、經(jīng)濟實用等特點。目前，實物 沙盤已經(jīng)廣泛應用于軍事、教學、旅游、房地產(chǎn)等許多領域。在沙盤的分類中，既有軍事中用 的軍事沙盤，也有模擬地形的地形沙盤，并且在建筑樓房中也有建筑沙盤。另外，在結(jié)合了 現(xiàn)代化，多媒體技術(shù)以后，有了更直觀形象的現(xiàn)代化沙盤，即電子沙盤。電子沙盤將聲光與 靜態(tài)實體沙盤有機結(jié)合在一起，完成多媒體展示。但電子沙盤屬于靜態(tài)實體沙盤，不能多角 度、全方位的展示想要的地理信息，充分體現(xiàn)區(qū)位特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了 一種三維數(shù)字沙盤標準模塊，本發(fā)明旨在設計三維數(shù)字沙盤標準模 塊的機械裝置，此機械裝置能夠展示三維信息，并設計一套基于51單片機的嵌入式控制 板，設計開發(fā)使機械裝置運動的驅(qū)動程序，實現(xiàn)對三維數(shù)字沙盤標準模塊的控制，詳見下文 描述：
[0007] -種三維數(shù)字沙盤標準模塊，所述三維數(shù)字沙盤標準模塊根據(jù)三維空間坐標信 息，呈現(xiàn)地形或者圖像的3D樣貌、實現(xiàn)三維展示；
[0008] 所述三維數(shù)字沙盤標準模塊包括：機械裝置、嵌入式控制板、以及驅(qū)動程序；
[0009] 根據(jù)三維坐標，所述嵌入式控制板驅(qū)動所述機械裝置，動態(tài)調(diào)整數(shù)字沙盤陣列對 三維圖形的顯示。
[0010] 其中，所述數(shù)字沙盤陣列可由若干個三維數(shù)字沙盤標準模塊拼湊而成。
[0011] 所述機械裝置包括：三個步進電機、主控立柱、16個長方立柱以及4*4矩陣基架，
[0012] 所述4*4矩陣基架用于設置長方立柱；所述三個步進電機完成對所述主控立柱在 XYZ三個方向上的控制，所述主控立柱的上方設置有鉤形結(jié)構(gòu)、所述長方立柱的下方設置有 鉤形結(jié)構(gòu)；
[0013] 所述主控立柱和所述長方立柱互相配合完成托舉與下拉動作。
[0014] 所述長方立柱的表面層材質(zhì)由實木構(gòu)成，所述長方立柱的卡槽內(nèi)設置有磁鐵，所 述矩陣基架的表面層材質(zhì)由鐵構(gòu)成。
[0015] 其中，所述嵌入式控制板包括：51系列單片機、行程保護模塊、485通信接口電路 和步進電機驅(qū)動電路，
[0016] 所述單片機的P0 口外置上拉電阻，并且與PSX、PSY、PSZ三個行程開關接口相連；
[0017] 所述行程保護模塊采用SN74HC21D型邏輯與門；
[0018] 所述485通信接口電路采用增強型的Max3085,傳輸信號隔離選用的是6N137型高 速光親；
[0019] 所述步進電機驅(qū)動電路采用TB6600_HG型號電機。
[0020] 所述嵌入式控制板用于移動方式、行程保護、出錯修正及恢復、防斷電數(shù)據(jù)保護。
[0021] 所述嵌入式控制板采用基于目標高度與當前高度比較的移動方式；或，
[0022] 所述嵌入式控制板采用頂下拉方式移動，即先將長方立柱頂至上頂點，然后下拉 相對高度差即可。
[0023] 所述嵌入式控制板分別讀取連接著三個方向行程開關的三根導線的信號，低電平 則表示該方向發(fā)生行程溢出；
[0024] 然后，根據(jù)移動方向標記位判斷該位置是起點還是終點：
[0025] 若是起點，則進行合理性判定，目標位置是0及初始化操作視為合理，合理則將標 記位置0,否則置1;
[0026] 若是終點，直接將標記位置0。
[0027] 所述嵌入式控制板當檢測到位于Z軸兩端的行程開關觸點被觸發(fā)，表明該方向的 移動已到達行程的端點；
[0028] 若位于起點，則對前一步的移動進行合理性判斷；如果合理，則將標記位置為0， 并跳出中斷程序；
[0029] 反之，則將標記位置1，并跳出；
[0030] 若位于終點，則進行合理性判斷，如果合理，則將標記位置為0,并跳出中斷程序； 反之，則將標記位置1，并跳出。
[0031] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：三維數(shù)字沙盤標準模塊是構(gòu)成實體數(shù)字沙 盤陣列的基本單元，本發(fā)明結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的思想，通過控制數(shù)字沙盤模塊，顯示想要的地 形或圖像。相比平面顯示，三維顯示可以多角度、全方位的展示想要的地理信息，充分體現(xiàn) 區(qū)位特點。其次，三維數(shù)字沙盤充分發(fā)揮了實體沙盤形象直觀的特點，使其展示的內(nèi)容更加 直觀生動。
[0032] 三維數(shù)字沙盤模型所具有的3D特性能夠更形象、更逼真、更直觀的展示地理環(huán)境 的形狀、高度、相對落差等特點。故，三維數(shù)字沙盤的三維特性在地形和圖像展示方面具有 獨特的優(yōu)勢。當發(fā)生重大災情時，三維數(shù)字沙盤能夠以實物模型的方式呈現(xiàn)路況、山體特 點，為災情的救援工作提供有效的幫助；同時，三維數(shù)字沙盤能夠根據(jù)三維坐標，展現(xiàn)平原、 高地、行軍路線等實物模型，為國家的國防軍事作出貢獻；其次，在城市建設方面，三維數(shù)字 沙盤能夠直觀的展示城市的街道、居民區(qū)、中心商業(yè)街等，為城市的規(guī)劃與建設提供極大幫 助；在旅游景點展示與安全方面，三維數(shù)字沙盤能夠很好的展示出景區(qū)的全貌，讓游客直觀 的感受到景區(qū)的整體的同時也意識到危險地帶，既避免了古人"不識廬山真面目，只緣身在 此山中"的無可奈何，也提高了游客的安全意識。
【附圖說明】
[0033]圖1示出數(shù)字沙盤標準模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0034] 圖2示出標準模塊的機械裝置俯視圖；
[0035] 圖3示出長方立柱的結(jié)構(gòu)設計圖；
[0036] 圖4示出主控立柱的結(jié)構(gòu)設計圖；
[0037] 圖5示出存放長方立柱的裝置設計圖；
[0038] 圖6示出數(shù)字沙盤標準模塊主控電路；
[0039] 圖7示出485接口電路；
[0040] 圖8示出步進電機驅(qū)動電路；
[0041] 圖9示出數(shù)字沙盤標準模塊驅(qū)動功能圖；
[0042] 圖10不出行程保護策略流程圖；
[0043] 圖11示出EEPR0M中目標數(shù)據(jù)存儲格式；
[0044] 圖12示出EEPR0M中數(shù)據(jù)狀態(tài)存儲格式；
[0045] 圖13示出預防斷電的數(shù)據(jù)保護策略示意圖。
【具體實施方式】
[0046] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步 地詳細描述。
[0047] 本發(fā)明實施例在基于實物沙盤的基礎上，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的思想，通過對控制電 路的設計以及計算機編程的方法來構(gòu)造實物沙盤的控制模塊，并使其與PC機聯(lián)動結(jié)合，能 夠人為的控制沙盤顯示出想要的地形或者圖像，稱之為數(shù)字沙盤。
[0048] 本發(fā)明實施例設計了三維數(shù)字沙盤標準模塊的機械裝置，提出并設計了一套使用 MCS-51單片機為CPU的嵌入式控制板，實現(xiàn)對于步進電機的驅(qū)動，完成對數(shù)字沙盤標準模 塊的控制。
[0049]由三維數(shù)字沙盤標準模塊組成的數(shù)字沙盤模塊陣列，可以根據(jù)三維空間坐標信 息，呈現(xiàn)地形或者圖像的3D樣貌、實現(xiàn)三維展示；并且可以根據(jù)三維坐標，由嵌入式控制板 驅(qū)動機械裝置，動態(tài)調(diào)整數(shù)字沙盤陣列對三維圖形的顯示。
[0050] 針對上述目的，本發(fā)明主要包括三個方面：三維數(shù)字沙盤標準模塊的機械裝置設 計；標準模塊的嵌入式控制系統(tǒng)硬件設計；以及驅(qū)使機械裝置移動的驅(qū)動軟件設計。
[0051] 驅(qū)動設計環(huán)節(jié)又包括以下幾點：（1)移動方式制定；（2)行程保護策略；（3)行程 出錯修正及恢復策略；(4)預防斷電的數(shù)據(jù)保護策略。
[0052] 一、標準模塊的機械裝置設計：
[0053] 數(shù)字沙盤裝置整體結(jié)構(gòu)：數(shù)字沙盤機械裝置是一種信息