专利名称：激光盘煤仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机激光测控技术领域，具体涉及一种固定式激光盘煤仪。
背景技术：
在煤厂，电厂等用煤单位，需要定期测量煤炭的库存量。传统的测量方法是采用人 工估算的方式，先对煤堆整型，使其形状规则，再拉皮尺对煤堆的长、宽、高等特征参数进行 人工测量，最后计算出煤堆的体积数据。这种方法不仅劳动量大，组织实施困难，耗时较长， 而且测量的精度不高，误差有时高达20%。同时，现有的激光盘煤装置无法在测量时实时显 示测量的效果，进度，也不支持远程盘煤功能。

实用新型内容(一)要解决的技术问题本实用新型要解决的技术问题是如何实现激光盘煤仪在测量时实时显示测量效 果、进度。本实用新型要解决的另一技术问题是如何使得盘煤装置具有远程盘煤功能，且同 时具有现场盘煤功能。本实用新型要解决的另一技术问题是解决由于传统RS232连接引起的数据误码 率高的问题。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，提供一种激光盘煤仪，其包括截面式激光扫描仪、光电长 度编码器和智能数据处理器；截面式激光扫描仪与所述智能数据处理器连接，进行数据交 互；光电长度编码器与所述智能数据处理器连接；所述智能数据处理器具有触摸显示屏。进一步的技术方案是，还包括光电角度编码器，所述光电角度编码器与所述智能 数据处理器连接。再进一步的技术方案是，还包括至少一个服务器，所述服务器通过有线或者无线 网络连接所述智能数据处理器；所述服务器内装有三维数据处理软件。再进一步的技术方案是，所述光电长度编码器为增量式光电长度编码器。再进一步的技术方案是，所述光电角度编码器为增量式光电角度编码器。再进一步的技术方案是，所述光电长度编码器和光电角度编码器通过串行外设接 口三线总线与智能数据处理器连接；串行外设接口三线总线包括A，B，C三根信号，其中A信 号于时钟信号，在A信号的上升沿采集判断B信号的状态，若B是高电平表示传感器正向旋 转一个刻度，若B是低电平，表示传感器反向旋转一个刻度；C信号是标定传感器旋转圈数 的信号，在A信号的上升沿采集判断C信号，若是高电平表示相应的圈数加一，若是低电平 表示圈数不变。再进一步的技术方案是，所述智能数据处理器与所述截面式激光扫描仪、光电长 度编码器、光电角度编码器连接的逻辑接口全部集成到一片FPGA芯片中。[0015]再进一步的技术方案是，所述激光扫描仪通过RS422总线或者以太网接口与所述 智能数据处理器连接。(三)有益效果本实用新型激光盘煤仪所使用的智能数据处理器集成了触摸显示屏，不仅可以实 现激光盘煤仪在测量时实时显示测量效果、进度，而且可以发送控制指令、配置指令给激光 扫描仪，实现人机交互控制。通过增设与智能数据处理器网络连接的远端服务器，可以实现 远程盘煤功能。固定式激光盘煤仪中激光扫描仪通过符合ANSITIA/EIA-422-B电气标准的 信号或者通过以太网与智能数据处理器相连，解决了通过TTL电平的RS232总线连接导致 的数据传输过程中信号衰减、数据误码率高的问题。

图1是本实用新型激光盘煤仪的结构图；图2是智能数据处理器的结构图。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型激光盘煤仪进行详细介绍。
具体实施方式
参见图1，激光盘煤仪包括截面式激光扫描仪1、增量式光电长度编码器2、增量式 光电角度编码器3、智能数据处理器4、服务器5。激光盘煤仪中激光扫描仪1通过符合ANSI TIA/EIA-422-B电气标准的信号或者 通过以太网与智能数据处理器相连，解决了通过TTL电平的RS232总线连接导致的数据传 输过程中信号衰减、数据误码率高的问题。增量式光电长度编码器2和增量式光电角度编 码器3通过改进型的SPI (Serial Peripheral Interface—串行外设接口 )三线总线与智 能数据处理器4相连。改进型的SPI总线包括A，B，C三根信号，其中A信号于时钟信号，在 A信号的上升沿采集判断B信号的状态，若B是高电平表示传感器正向旋转一个刻度，若B 是低电平，表示传感器反向旋转一个刻度。C信号是标定传感器旋转圈数的信号，在A信号 的上升沿采集判断C信号，若是高电平表示相应的圈数加一，若是低电平表示圈数不变。通 过这种改进型的SPI总线，解决了通过TTL电平的RS232总线连接导致的数据信号衰减大， 有效传输距离受限的问题。增量式光电长度编码器2和增量式光电角度编码器3采用高度集成机械式光电编 码器，编码器每旋转一周产生一定数目的脉冲，一般为500-2000个脉冲/圈，相较传统的由 分离元件组成的编码器，稳定性好，精度高；相较绝对式编码器，成本低，无测量长度限制。 从而满足了传感器部分稳定性好，精度高，成本低，无测量长度限制的要求。激光扫描仪1 扫描的范围配置为俯视180度，扫描分辨率配置为0. 5度，扫描的精度配置为毫米模式。扫 描仪通信的波特率配置为500Kbps差分输出。智能数据处理器4采用FPGA大规模数字信号处理技术，将与激光扫描仪1、增量 式光电长度编码器2、增量式光电角度编码器3连接的逻辑接口全部集成到一片FPGA芯片 中，用硬件逻辑描述语言HDL完成硬件逻辑接口的设计，同时将接收到的三路传感器数据， 在FPGA芯片内部进行有效数据提取，时间同步，抗扰纠错等处理。按照特定数据格式，即 “数据包信息头+激光扫描仪数据+行程编码器数据+旋转编码器数据”的格式通过PCI接口协议传输给智能数据处理器的中央处理单元。PCI接口采用PCI9054协议接口芯片实 现，PCI9054芯片本地端的通信逻辑由FPGA完成。PCI接口的使用使系统的数据传输率达 到IGbps的速度，充分保证了激光扫描仪1在最高性能工作模式下500Kbps数据输出带宽 的要求。智能数据处理器具有独立完成现场盘煤的功能，其具有如下特征(1)智能数据 处理器4具有触摸显示屏42，并自带嵌入式触摸屏软件，具有实时测量，配置，数据存盘，将 数据以RAW格式或者DAT格式保存至优盘或者CF卡或者SD卡的功能；(2)配置功能可以设 定增量式光电长度编码器2每旋转一圈的实际行走长度，以及增量式光电角度编码器3的 每旋转一圈的实际旋转角度；(3)向激光扫描仪1发送配置指令文件，对其工作模式，包括 通信波特率，测量范围，精度，分辨率等参数，可以进行在线配置；(4)具备实时测量功能， 自动发送开始采集指令给激光扫描仪，并对激光扫描仪返回的煤堆垂直切面轮廓数据，行 程长度数据，旋转角度数据进行三维角度的数据融合，并分别实时显示；(5)具备网络服务 器的功能，允许局域网授权用户实时请求测量数据。智能数据处理器4的结构如图2所示， 它包括中央处理单元41，和与中央处理单元41连接的触摸显示屏42、电源模块43、数据存 储模块44。服务器5通过局域网连接智能数据处理器4。该局域网是基于802. llb/g协议的 无线局域网，解决了服务器端无法与现场测量模块有效实时通信的问题。通过局域网传输 的数据经过Reed-Solomon (255，223)编码和加扰，大大提高了传输数据的自检错，自纠错， 抗干扰的能力，保证了数据的安全性。服务器5内装有三维数据处理软件，该三维数据处理软件具有如下特征(1)网络 连接智能数据处理器在线实时测量和在本地处理智能数据处理器输出的RAW格式或者DAT 格式的数据，得到煤堆三维体积信息的功能。(2)在远程盘煤模式下，可实时显示煤场的垂 直切面轮廓信息，煤场长度信息，旋转角度信息。随着行程的往前推进，形成反应测量实际 情况的长度不断增加的数字煤堆立体图像。(3)具有用户数据加密的功能，通过USB加密 狗模块，读取识别用户信息，授权不同的用户权限，保证测量数据的安全。(4)断点续传功 能，在实时测量过程中，无线网络因各种原因导致网络信号暂时中断，三维数据处理软件能 够智能搜索终端盘煤设备，再次连接后继续接收实时采集到的传感器数据。(5)采用特定立 体空间轮廓数据滤波算法提高了数据的可靠性，保证了体积计算的精度。(6)系统在三维建 模、图形拟合、模量计算等单元，可完美重现料场三维图像，并具有对数字煤场模型进行放 大/缩小，任意拖动，任意视角显示的功能。(7)可以对指定的煤堆三维数字模型任意区块 分堆，分块计算体积，并高亮显示。(8)可分层显示煤堆的形状，计算体积数据，并结合各层 的存煤单位密度数据独立计算各层的存煤质量，解决了整座煤堆按照统一密度数据计算出 的质量数据误差偏大的问题。在上述实施例中，增量式光电长度编码器和增量式光电角度编码器也可以分别由 绝对式编码器替换。光电角度编码器为可选器件。连接智能数据处理器和服务器之间的网 络也可以是有线网络。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领 域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和 变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求激光盘煤仪，包括截面式激光扫描仪、光电长度编码器和智能数据处理器；其特征在于，截面式激光扫描仪与所述智能数据处理器连接，进行数据交互；光电长度编码器与所述智能数据处理器连接；所述智能数据处理器具有触摸显示屏。
2.如权利要求1所述的激光盘煤仪，其特征在于，还包括光电角度编码器，所述光电角 度编码器与所述智能数据处理器连接。
3.如权利要求2所述的激光盘煤仪，其特征在于，还包括至少一个服务器，所述服务器 通过有线或者无线网络连接所述智能数据处理器；所述服务器内装有三维数据处理软件。
4.如权利要求3所述的激光盘煤仪，其特征在于，所述光电长度编码器为增量式光电 长度编码器。
5.如权利要求4所述的激光盘煤仪，其特征在于，所述光电角度编码器为增量式光电 角度编码器。
6.如权利要求5所述的激光盘煤仪，其特征在于，所述光电长度编码器和光电角度编 码器通过串行外设接口三线总线与智能数据处理器连接；串行外设接口三线总线包括三根 总线，分别对应A，B, C三个信号，其中A信号为时钟信号，在A信号的上升沿采集判断B信 号的状态，若B是高电平表示传感器正向旋转一个刻度，若B是低电平，表示传感器反向旋 转一个刻度；C信号是标定传感器旋转圈数的信号，在A信号的上升沿采集判断C信号，若 是高电平表示相应的圈数加一，若是低电平表示圈数不变。
7.如权利要求2-6中任意一项所述的激光盘煤仪，其特征在于，所述智能数据处理器 与所述截面式激光扫描仪、光电长度编码器、光电角度编码器连接的逻辑接口全部集成到 一片FPGA芯片中。
8.如权利要求7所述的激光盘煤仪，其特征在于，所述激光扫描仪通过RS422总线或者 以太网接口与所述智能数据处理器连接。
专利摘要本实用新型涉及计算机激光测控技术领域，具体涉及一种固定式激光盘煤仪。激光盘煤仪，其包括截面式激光扫描仪、光电长度编码器和智能数据处理器；截面式激光扫描仪与所述智能数据处理器连接，进行数据交互；光电长度编码器与所述智能数据处理器连接；所述智能数据处理器具有触摸显示屏。本实用新型激光盘煤仪所使用的智能数据处理器集成了触摸显示屏，不仅可以实现激光盘煤仪在测量时实时显示测量效果、进度，而且可以发送控制指令、配置指令给激光扫描仪。
文档编号G01B11/00GK201731862SQ20102027388
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者卞春江, 孟新, 张磊, 张继飞, 李大林, 杜利明, 杨甲森, 盛大鹏, 胡钛, 边古越 申请人:中科航宇(北京)测控技术有限公司