一種基于gps與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置，包括微處理器、顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、電源模塊、GPS模塊及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；所述顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)均與微處理器相連；所述顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及微處理器均與電源模塊相連，由電源模塊供電；所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括加速度計(jì)和陀螺儀，加速度計(jì)和陀螺儀均與微處理器相連。本實(shí)用新型提供的INS/GPS（Inertial?Navigation?System，INS）組合導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合了兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并提供了精確的導(dǎo)航信息，電路設(shè)計(jì)簡單，性能穩(wěn)定，定位誤差小，測量精度高。
【專利說明】一種基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及面積測量裝置，特別涉及一種基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前公知的距離測量與面積測量裝置一部分為手動(dòng)測量，使用傳統(tǒng)的皮尺測量或者專業(yè)測量人員操作專業(yè)的土地測量裝置進(jìn)行測量，此種方式只適合于短距離小面積測量，對于長距離大面積的測量則費(fèi)時(shí)費(fèi)力，容易出錯(cuò)。另一部分使用單純基于GPS的測量裝置進(jìn)行測量，但是在使用過程中由于建筑物遮擋等問題導(dǎo)致GPS定位失常，定位精度降低，從而使得測量誤差較大。
[0003]因此目前需要技術(shù)人員解決的問題是:如何提高導(dǎo)航定位精度，減小測量誤差。實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型提供了一種基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置，其目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中面積測量裝置測量誤差大的問題。
[0005]一種基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置，包括微處理器、顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、電源模塊、GPS模塊及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；
[0006]所述顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)均與微處理器相連；
[0007]所述顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及微處理器均與電源模塊相連，由電源模塊供電；
[0008]所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括加速度計(jì)和陀螺儀，加速度計(jì)和陀螺儀均與微處理器相連。
[0009]所述微處理器采用STM32F103R8微處理器。
[0010]所述GPS模塊采用NE0-6MGPS模塊。
[0011 ] 所述加速度計(jì)采用ADXL345加速度計(jì)。
[0012]所述陀螺儀采用IGT3025陀螺儀。
[0013]所述電源模塊中集成有充電單元。
[0014]有益效果
[0015]本實(shí)用新型提供了一種基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置，包括微處理器、顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、電源模塊、GPS模塊及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；所述顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)均與微處理器相連；所述顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及微處理器均與電源模塊相連，由電源模塊供電；所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括加速度計(jì)和陀螺儀，加速度計(jì)和陀螺儀均與微處理器相連。本實(shí)用新型提供的INS/GPS (Inertial Navigation System, INS)組合導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合了兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并提供了精確的導(dǎo)航信息，這是兩種導(dǎo)航系統(tǒng)無法獨(dú)立完成的?？梢詮浹a(bǔ)普通基于GPS的測量裝置由于定位失常引起的測量誤差過大的問題。電路設(shè)計(jì)簡單，性能穩(wěn)定，定位誤差小，測量精度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2為微處理器與GPS模塊接收機(jī)的連接框圖；
[0018]圖3為微處理器與加速度計(jì)、陀螺儀的連接示意圖；
[0019]圖4為微處理器與顯示單元的連接是示意圖；
[0020]圖5為本實(shí)用新型的電源模塊電路示意圖；
[0021]圖6為本實(shí)用新型的工作流程圖；
[0022]圖7為無遮擋的測量場地示意圖；
[0023]圖8為有建筑物遮擋的測量場地示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。
[0025]如圖1所示，為本實(shí)用新型一種基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖，包括微處理器、顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、電源模塊、GPS模塊及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；
[0026]所述顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)均與微處理器相連；
[0027]所述顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及微處理器均與電源模塊相連，由電源模塊供電；
[0028]所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括加速度計(jì)和陀螺儀，加速度計(jì)和陀螺儀均與微處理器相連。
[0029]還設(shè)有與微處理器相連的JTAG調(diào)試接口和UART調(diào)試接口，用于調(diào)試加載于微處理器中的程序。
[0030]本實(shí)例中采用STM32F103R8微處理器，GPS模塊采用UBLOX公司的NE0-6M模塊接收衛(wèi)星信號(hào)，通過RS-232串行口輸出定位信息至微處理器STM32F103R8 ;采用ADXL345加速度計(jì)，選用IGT3025陀螺儀；采用EEPROM AT24C64作為存儲(chǔ)模塊，EEPROM AT24C64與微處理器STM32F103R8相連，用于保存測量結(jié)果。
[0031]加速度計(jì)采集移動(dòng)過程中的加速度信息，陀螺儀采集方向信息，數(shù)據(jù)送入微處理器STM32F103R8后，結(jié)合GPS模塊輸出的定位信息數(shù)據(jù)，統(tǒng)一進(jìn)行卡爾曼濾波濾波去噪，獲取到精確的地理位置信息。在微處理器對位置信息進(jìn)行面積計(jì)算，得到的數(shù)據(jù)即為最終的測量結(jié)果。
[0032]如圖2所示為微處理器STM32F103R8與GPS模塊NE0-6M的連接框圖。GPS模塊包括天線單元和接收單元兩部分，通過$GPRMC和$GPGGA獲取GPS數(shù)據(jù)，包括緯度、經(jīng)度位置，速度，運(yùn)動(dòng)方向角，年，月，時(shí)，分，秒，毫秒，定位數(shù)據(jù)是有效的或無效的，和其他重要信息。
[0033]如圖3所示為微處理器STM32F103R8與加速度計(jì)ADXL345、陀螺儀IGT3025的連接示意圖。微處理器通過SPI接口分別設(shè)置加速度計(jì)和陀螺儀工作狀態(tài)，然后通過該接口接收加速度數(shù)據(jù)和陀螺儀方向數(shù)據(jù)。
[0034]如圖4所示為微處理器STM32F103R8與顯示模塊的連接示意圖。顯示模塊包括驅(qū)動(dòng)芯片ST7565R與液晶顯示屏兩部分，微處理器通過串行數(shù)據(jù)線輸出數(shù)據(jù)至液晶驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏進(jìn)行顯示。
[0035]如圖5為本實(shí)用新型的電源模塊電路示意圖，本實(shí)用新型可選擇使用充電電池，也可以選擇使用普通干電池。充電單元為5V直流充電器，使用充電電池時(shí)可外接5V直流充電器對電池進(jìn)行充電。戶外作業(yè)時(shí)，如果充電電池電量已用完，可更換普通干電池繼續(xù)工作，設(shè)計(jì)靈活方便。
[0036]如圖6所示，本實(shí)例的工作流程為:系統(tǒng)初始化，分別讀取加速度和陀螺儀數(shù)據(jù)，檢測GPS是否定位，如果此時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)較弱，GPS不能成功定位則利用加速度和陀螺儀數(shù)據(jù)根據(jù)航跡推算得到局部地圖的位置坐標(biāo)，如果此時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)良好GPS已經(jīng)定位，則獲取GPS位置信息，并結(jié)合卡爾曼濾波獲得精確局部地圖坐標(biāo)，利用局部地圖中位置信息計(jì)算所測量面積，如果測量結(jié)束，輸出測量面積，否則繼續(xù)測量。
[0037]如圖7為無遮擋的測量場地示意圖，如圖8為有建筑物遮擋的測量場地示意圖，在場地的北邊和東邊有建筑物遮擋，東南角有樹木遮擋。其中無遮擋的測量場地為70m*90m(面積6300m2);有遮擋的測量場地為66m*90m (面積5940m2)。
[0038]表1是在圖7和圖8測量環(huán)境下進(jìn)行的面積測量結(jié)果對比表，從表中可以看出，在無遮擋情況下，普通GPS測量和GPS+慣性導(dǎo)航組合測量的結(jié)果基本相近，但是在有遮擋情況下，GPS結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測量結(jié)果精度要高。
[0039]表1兩種測量精度對比表(測量面積/實(shí)際面積(精度))
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置，其特征在于，包括微處理器、顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、電源模塊、GPS模塊及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)； 所述顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)均與微處理器相連； 所述顯示模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊、GPS模塊、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及微處理器均與電源模塊相連，由電源模塊供電； 所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括加速度計(jì)和陀螺儀，加速度計(jì)和陀螺儀均與微處理器相連； 所述微處理器采用STM32F103R8微處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置，其特征在于，所述GPS模塊采用NE0-6MGPS模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置，其特征在于，所述加速度計(jì)采用ADXL345加速度計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置，其特征在于，所述陀螺儀采用IGT3025陀螺儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合的面積測量裝置，其特征在于，所述電源模塊中集成有充電單元。
【文檔編號(hào)】G01B21/28GK203479293SQ201320562223
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】譚平 申請人:中南大學(xué)