專利名稱：自記錄卡尺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量工具。
目前，進(jìn)行森林調(diào)查要對(duì)立木的胸徑進(jìn)行測(cè)量、檢尺、計(jì)帳、查表、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等工作，多年來這些工作一直是由森調(diào)人員手工來完成，繁瑣且枯燥，速度慢，需要的人員也多。為了解決這一問題，人們做了多種努力，如中國(guó)專利92234699號(hào)公開了一項(xiàng)名稱為“樹干直徑速測(cè)器—開合角尺”技術(shù)，介紹了一種由刻度尺和尺槽板通過轉(zhuǎn)軸連接在一起，可以自由開合并用雙位銷釘與定角孔連接以確定角尺夾角，提高其穩(wěn)定度、刻度尺上可以安裝微電腦，自動(dòng)顯示干徑的數(shù)值，并作存儲(chǔ)和處理所測(cè)干徑數(shù)據(jù)，使用該裝置在一定程度上可以使測(cè)量簡(jiǎn)易方便，但測(cè)得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高，自動(dòng)化程度也不高。
本實(shí)用新型的任務(wù)是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種能把長(zhǎng)度量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)采集、處理、輸出、存貯或轉(zhuǎn)存的自記錄卡尺。
本實(shí)用新型的任務(wù)是以如下方式實(shí)現(xiàn)的自記錄卡尺它有一個(gè)卡尺主體，一端帶有手柄，卡尺主體上固定有IC卡讀寫器、光電采集裝置、活動(dòng)規(guī)的一端，卡尺主體上鉸接有折疊式固定規(guī)。
本實(shí)用新型由于實(shí)現(xiàn)了光電采集、IC卡存貯、數(shù)據(jù)傳輸、統(tǒng)計(jì)匯總一體化，徹底改革了森林調(diào)查每木檢尺工作的傳統(tǒng)的測(cè)樹方法，可提高工作效率40％以上，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，測(cè)量速度快，準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型正面視圖；圖2為直徑測(cè)量幾何圖；圖3為自記錄卡尺活動(dòng)規(guī)視圖；圖4為自記錄卡尺光電部分示意圖5為自記錄卡尺記錄部分示意圖；圖6為電子電路原理圖。
本實(shí)用新型的一個(gè)最佳實(shí)施例，如圖，自記錄卡尺它有一個(gè)卡尺主體6，其上固定有手柄，卡尺主體上固定有IC卡讀寫器2、光電采集裝置3、活動(dòng)規(guī)4的一端，卡尺主體上鉸接有固定規(guī)5，手柄1應(yīng)盡可能短，可根據(jù)人體功能設(shè)計(jì)成單手四指橫握形狀，活動(dòng)規(guī)4設(shè)計(jì)成可合并、折疊狀，在每個(gè)折合軸附近應(yīng)設(shè)計(jì)有卡簧，以便隨時(shí)打開或合上，在活動(dòng)規(guī)的頂端可設(shè)有調(diào)節(jié)螺栓，其作用是根據(jù)不同的被測(cè)木皮型校正測(cè)量的誤差。折疊式固定規(guī)在折合軸的附近設(shè)計(jì)有卡簧7。自記錄卡尺的工作原理是被測(cè)樹木的直徑變化使活動(dòng)規(guī)產(chǎn)生一定的位移而切割紅外線，由紅外線接收裝置把穿過光縫的次數(shù)轉(zhuǎn)換面電信號(hào)，最后形成數(shù)字信號(hào)而記錄到IC卡上。也就是
該測(cè)量系統(tǒng)的直徑測(cè)量幾何圖如圖2所示，其中AX、AY為固定規(guī)，AB為活動(dòng)規(guī)，∠YAX＝90°，測(cè)量圓心為O，半徑為R(未知)圓的直徑2R可通過AB(已知)求出R＝BO＝AO-ABAO＝1.414R
1.414R-R＝AB2R＝4.831AB活動(dòng)規(guī)的變化與直徑變化呈線性關(guān)系，目前樹木胸徑測(cè)量采用記錄徑級(jí)的方法，按照樹木直徑變化在0-100cm，活動(dòng)規(guī)的實(shí)際活動(dòng)范圍應(yīng)該是AB＝0.414R＝0.414×50cm＝20.7cm。在活動(dòng)規(guī)的某段上可標(biāo)志上50個(gè)刻度，如圖3所示，自記錄卡尺的活動(dòng)規(guī)上刻度標(biāo)志處每隔3.34mm開長(zhǎng)度為0,8mm的縫隙，標(biāo)志區(qū)總長(zhǎng)正好是207mm，如圖2所示，測(cè)量直徑100cm以內(nèi)的樹木，活動(dòng)規(guī)的長(zhǎng)度變化范圍是20.7cm，固定規(guī)最長(zhǎng)可為50cm，如果固定規(guī)設(shè)計(jì)成折疊式，那么自記錄卡尺攜帶時(shí)的長(zhǎng)度最終可設(shè)計(jì)在30cm以內(nèi)。自記錄卡尺的光電系統(tǒng)如圖2所示，發(fā)光管與接收管之間距離為4mm，活動(dòng)規(guī)光縫的深度為1.5mm，光縫的間隔為3.34mm，寬度為0.8mm，共50個(gè)光縫，適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)光管的電壓和接收管的位置，可避開紅外線反射、散射、衍射、折射的影響，從而可使光電管間隔接收到穩(wěn)定的光信號(hào)。
活動(dòng)規(guī)(有光縫部分)在兩光電管間連續(xù)地移動(dòng)，當(dāng)每移動(dòng)一個(gè)光縫位置，接收管兩端的電平就要變化一次，這種電平的變化可由取樣電路獲取。
現(xiàn)有自記錄卡尺的樣品，光電部分尚未考慮活動(dòng)規(guī)的移動(dòng)方向，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)，一是在接收管的旁邊再裝上一同樣的接收管，兩接收管接收穿過同一光縫的紅外線，但在活動(dòng)規(guī)移動(dòng)時(shí)兩接收管先后接收的順序不同；二是將光縫的壁設(shè)計(jì)成斜面，活動(dòng)規(guī)以不同方向移動(dòng)時(shí)，接收管所接收的紅外線強(qiáng)度變化不同，如正方向移動(dòng)時(shí)通過光縫的紅外線由強(qiáng)變?nèi)?，反方向移?dòng)時(shí)由弱變強(qiáng)，從而使接收管的電平也處于由強(qiáng)變?nèi)趸蛴扇踝儚?qiáng)的狀態(tài)，對(duì)變化的電平取樣后足以反映出活動(dòng)規(guī)在位移上的變化。
在自記錄卡尺上采用這種光電系統(tǒng)，雖然精度很低，但用在樹木直徑測(cè)量上是可行的。這種電路造價(jià)低、穩(wěn)定性高，無器件到處可見，詳細(xì)資料參見附錄二。
1、電子電路系統(tǒng)電子電路系統(tǒng)包括電平轉(zhuǎn)換電路、取樣電路、整型電路、調(diào)整電路、監(jiān)控電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。以上電路一般皆有成形的芯片，因而可設(shè)計(jì)在一塊電路板上。
光電系統(tǒng)發(fā)生的電平變化被電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成波形信號(hào)，取樣電路根據(jù)需要可取出表示累加的信號(hào)或累減的信號(hào)，這種信號(hào)經(jīng)整形電路整形后可變成脈沖信號(hào)，此信號(hào)可通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路向CPU進(jìn)行中斷請(qǐng)求。調(diào)整電路可調(diào)節(jié)和校正信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)的偏移；監(jiān)控電路是及時(shí)檢查各電路工作狀態(tài)與各信號(hào)量的。連續(xù)的中斷請(qǐng)求形成的數(shù)字信號(hào)便于記錄系統(tǒng)進(jìn)行顯示與記錄。
本系統(tǒng)的部分電路是利用現(xiàn)有電路改制的，若考慮省電和攜帶方便，就要加強(qiáng)此電路板的集成化，尺量少使用外圍分立元件和跨接信號(hào)線。
2、記錄系統(tǒng)記錄系統(tǒng)也可稱為IC卡讀寫系統(tǒng)，它是軟硬件相結(jié)合的產(chǎn)物，目前IC卡讀寫裝置種類繁多，有桌面上直接與計(jì)算機(jī)相連的，還有便攜的。自記錄卡尺的讀寫系統(tǒng)是參考報(bào)稅器的電路而研制的；考慮野外的作業(yè)條件，除現(xiàn)有IC卡讀寫系統(tǒng)所具有的功能外，又在電力消耗、超低溫、防水、防潮、防碰撞等方面做了多次試驗(yàn)。
自記錄卡尺記錄系統(tǒng)原理框圖記錄系統(tǒng)的開發(fā)研制過程中，可隨時(shí)修改，糾錯(cuò)功能一直是一個(gè)難點(diǎn)，先期試驗(yàn)時(shí)，不能翻頁修改，即使記錯(cuò)了，也要等全部記完后再修改，使用很不方便。我們同有關(guān)專家對(duì)此做了大量的試驗(yàn)和調(diào)整，最后不僅解決了此問題，還將原程序(匯編語言)加入若干隨機(jī)調(diào)制節(jié)點(diǎn)，以便今后根據(jù)需要隨時(shí)接入微機(jī)調(diào)整。若今后記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)成多功能插拔式，我們可以隨機(jī)改動(dòng)電路和軟件，將時(shí)種、語音、數(shù)字、材積公式等裝入。其實(shí)這些技術(shù)已經(jīng)非常成熟，只是很少用在林業(yè)上。如有隨時(shí)改寫功能，在記錄后，如果發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)，即可翻頁進(jìn)行修改。另外，若讀寫器具有清除功能，通過按指定鍵，可清除卡內(nèi)已標(biāo)識(shí)的內(nèi)容，這樣勢(shì)必會(huì)帶來人為因素，但若在程序里設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集時(shí)間的參數(shù)，便可避免人為干預(yù)?？紤]到功能全、實(shí)用、省電和記錄的穩(wěn)定，我們課題組成員翻閱了大量的電子電路和單片機(jī)方面的資料，并做了多次試驗(yàn)，雖然在自記錄卡尺的樣品中有許多技術(shù)指標(biāo)和手段沒能體現(xiàn)出來，但我們已在各方面積累了許多有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)，例如CPU的分時(shí)處理、無信號(hào)半休眠功能、自動(dòng)關(guān)機(jī)功能、輸入確認(rèn)多音調(diào)提示、誤操作提示、讀音提示、電量不足提示等等。
自記錄卡尺的精華便是記錄系統(tǒng)，它雖然只是一個(gè)較小的單片機(jī)系統(tǒng)，但除完成記錄工作外，尚有較多功能可供開發(fā)利用?？闪钣涗浵到y(tǒng)完成對(duì)IC卡的讀寫操作，可設(shè)置人機(jī)對(duì)話窗口，讓自記錄卡尺真正地為林業(yè)工作者帶來方便。
自記錄卡尺記錄系統(tǒng)工作原理是當(dāng)開機(jī)后，穩(wěn)壓電源提供穩(wěn)定的5V電壓給主機(jī)供電，單片機(jī)按照程序進(jìn)行初始化，然后在液晶屏上顯示“已準(zhǔn)備好”或“請(qǐng)插卡”提示信息，當(dāng)用戶將IC卡插入卡座后，單片機(jī)對(duì)卡進(jìn)行檢測(cè)操作，一切正常后，在液晶屏上顯示下一步操作提示信息，用戶根據(jù)需要通過按鍵輸入自己的選擇(包括自動(dòng)記錄狀態(tài)的選擇)，若不做任何選擇，則十秒后進(jìn)入自動(dòng)記錄狀態(tài)，此時(shí)胸徑變化的信號(hào)便以徑級(jí)(也可設(shè)計(jì)成連續(xù)的自然數(shù))的形式在顯示屏上變化。全部操作可通過人機(jī)對(duì)話方式，大量的重復(fù)性工作便由機(jī)器自動(dòng)處理，IC卡記錄前必須按一下確認(rèn)鍵方可進(jìn)入下一輪采集。當(dāng)一次輸入指令被接受時(shí)，本機(jī)可通過音響提示，告知操作者本次操作有效。
以89C52大規(guī)模集成電路為核心組成的CPU硬件，配以自編程序軟件，集高新技術(shù)成果于一體，使得其性能顯著，極大地方便了用戶，即使初次接觸，只要稍加示范或?qū)φ帐褂谜f明書，在短時(shí)間內(nèi)便可獨(dú)立操作。
自記錄卡尺在參照通用IC卡讀寫器研制開發(fā)過程中，遇到并已解決的技術(shù)難題有(1)保護(hù)電路在讀寫器操作過程中，頻繁地插拔IC卡，特別是在開機(jī)帶電狀態(tài)下插拔，給線路短路提供了機(jī)會(huì)，為了保證IC卡及線路正常工作，設(shè)計(jì)上在IC卡與CPU之間加上保護(hù)電路。保護(hù)電路實(shí)際上是一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)，將卡頭與接觸電極的短路電源限制在技術(shù)指標(biāo)允許的范圍內(nèi)，這樣即使出現(xiàn)短路或帶電插拔，均不會(huì)造成破壞性后果。
(2)利用較少操作的薄膜輕觸按鍵和反復(fù)使用的橡膠按鍵(A-B五個(gè)樹種的快捷確認(rèn)鍵)，采用4×5矩陣，外加兩個(gè)瀏覽專用鍵，鍵盤正面共22個(gè)按鍵，鍵盤側(cè)面還有一個(gè)電源鍵和一個(gè)控制鍵。這些按鍵通過13條導(dǎo)線板與主機(jī)連接，采用銀漿印刷工藝制造，屬于柔性連接，便于裝配維修。
(3)液晶屏的選擇由字符型到點(diǎn)陣(漢字)型是一個(gè)較大轉(zhuǎn)變，字符型液晶屏與點(diǎn)陣液晶屏最大區(qū)別在于窗口顯示信息量的不同，后者是一個(gè)具有較大開發(fā)空間，有發(fā)展前途的產(chǎn)物。窗口可顯示信息量的增加，實(shí)現(xiàn)了漢字的靈活顯示，但又帶來了軟件的編制難度。另一方面漢字屏的面積(顯示窗口)的選擇也是一個(gè)重要問題，大小一次顯示信息量不夠，人機(jī)對(duì)話界面不理想，如果加大，無疑將增加成本，對(duì)于以后推廣應(yīng)用不利，使用戶難以承受。
通過試驗(yàn)比較，選擇提示信息進(jìn)行適當(dāng)壓縮，采用122×32點(diǎn)陣液晶屏，完全能滿足使用要求，字跡清晰，顯示界面良好。
(4)與系統(tǒng)軟件的接軌關(guān)于自記錄卡尺所用到的系統(tǒng)軟件包括IC卡讀寫器單片機(jī)軟件、微機(jī)錄入器軟件和微機(jī)匯總統(tǒng)計(jì)軟件。在自記錄卡尺的開發(fā)應(yīng)用中離不開各軟件間的相互統(tǒng)一。
權(quán)利要求1.一種自記錄卡尺，它有一個(gè)卡尺主體，其特征在于卡尺主體的一端固定手柄，卡尺主體上依次有IC卡讀寫器、光電采集裝置、活動(dòng)規(guī)，卡尺主體上鉸接有折疊式固定規(guī)。
2.如權(quán)利要求1所述的自記錄卡尺，其特征在于所說的折疊式固定規(guī)在折合軸的附近設(shè)計(jì)有卡簧。
專利摘要一種自記錄卡尺,它有一個(gè)卡尺主體,其上依次有插拔IC卡讀寫器、光電采集裝置、活動(dòng)規(guī),卡尺主體上鉸接有折疊式固定規(guī),這種新型的裝置實(shí)現(xiàn)了光電采集、IC卡存貯、數(shù)據(jù)傳輸、統(tǒng)計(jì)匯總一體化,徹底改變了森林調(diào)查每木檢尺工作的傳統(tǒng)的測(cè)樹方法,可提高工作效率40%以上,測(cè)量速度快,準(zhǔn)確度高,可廣泛用于直徑測(cè)量的反復(fù)性操作工作中。
文檔編號(hào)G01B9/08GK2369213SQ9922288
公開日2000年3月15日 申請(qǐng)日期1999年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月11日
發(fā)明者柳盤山, 高敬武 申請(qǐng)人:柳盤山