“室內(nèi)激光測(cè)距測(cè)高儀”的設(shè)計(jì)

張祿

編者按：學(xué)習(xí)知識(shí)→將知識(shí)內(nèi)化為技能→通過(guò)實(shí)踐操作深化對(duì)知識(shí)的理解→實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，如大多數(shù)教育者和學(xué)習(xí)者都可將這一過(guò)程無(wú)限循環(huán)下去，那么文化遷移之后必將會(huì)引領(lǐng)中國(guó)制造業(yè)創(chuàng)造更大的價(jià)值。

目前，激光測(cè)距儀廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、軍事、建筑、機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域，具有重量輕、體積小、操作簡(jiǎn)單、快速準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。但由于自身工作原理或者復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，也導(dǎo)致了激光測(cè)距儀有著明顯的不足，如設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本昂貴，易產(chǎn)生誤差等。針對(duì)激光測(cè)距儀的諸多不足，溫州中學(xué)鄭一粟同學(xué)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了激光測(cè)距測(cè)高儀。

● 創(chuàng)新點(diǎn)

相比傳統(tǒng)的激光測(cè)距儀，激光測(cè)距測(cè)高儀還是有著比較明顯的優(yōu)勢(shì)與創(chuàng)新之處的：①設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、配件少、簡(jiǎn)單易做、成本低廉，每件約為200元；②該裝置內(nèi)設(shè)三個(gè)激光燈，同時(shí)發(fā)射，一次操作即可得到多個(gè)結(jié)果；④該裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)使其容易避開水、玻璃等影響激光傳播的介質(zhì)，以減少誤差；④測(cè)量的是兩點(diǎn)之間的夾角，只要能看到被測(cè)量物的首尾兩個(gè)端點(diǎn)即可操作，不受測(cè)量物表面狀況的影響。

● 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.設(shè)計(jì)思想

激光測(cè)距測(cè)高儀并沒(méi)有利用激光往返的時(shí)間來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度，而是測(cè)量激光束形成的角度，利用激光燈所旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度計(jì)算高度和水平距離，適用于大型建筑物的室內(nèi)空間測(cè)量。

2.測(cè)量原理

如圖1所示，儀器上定點(diǎn)安裝一個(gè)Arduino單片機(jī)和三個(gè)激光投射燈（分別置于激光點(diǎn)一、激光點(diǎn)二和激光點(diǎn)三）。工作時(shí)，激光點(diǎn)一和激光點(diǎn)二的激光同時(shí)射向被測(cè)物體的一端，激光點(diǎn)三的激光則射向被測(cè)物體的另一端。三個(gè)激光燈之間的距離為已知，分別為a、b，激光燈所轉(zhuǎn)過(guò)的角度值可由角度傳感器直接得出，分別為1、2、3。然后運(yùn)用數(shù)學(xué)原理即可得出h（被測(cè)物體的高度）與x（測(cè)距儀與被測(cè)物體的水平距離）的數(shù)值。用到計(jì)算公式如下：

（1） （2）

3.具體實(shí)施

激光測(cè)距測(cè)高儀主要由Arduino單片機(jī)、角度傳感器、液晶顯示器、氣泡水平儀、激光燈等幾部分組成，將這些部分按照?qǐng)D1的結(jié)構(gòu)封裝在一個(gè)盒子中即可，其模型如圖2所示。在測(cè)量時(shí)，使用者只需將三個(gè)激光投射燈分別對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體的兩端，然后按下測(cè)量按鈕，便可從液晶顯示器中直接讀出被測(cè)物體的高度以及儀器到被測(cè)物體的距離。激光測(cè)距測(cè)高儀的程序則是使用類似于Java、C語(yǔ)言的Arduino IDE環(huán)境進(jìn)行編寫的。

● 發(fā)展前景

該激光測(cè)距測(cè)高儀費(fèi)用低、精度高，適用于家庭裝修、建筑施工、房產(chǎn)測(cè)繪等各行各業(yè)，其數(shù)學(xué)原理還可用于中小學(xué)的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)。endprint

編者按：學(xué)習(xí)知識(shí)→將知識(shí)內(nèi)化為技能→通過(guò)實(shí)踐操作深化對(duì)知識(shí)的理解→實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，如大多數(shù)教育者和學(xué)習(xí)者都可將這一過(guò)程無(wú)限循環(huán)下去，那么文化遷移之后必將會(huì)引領(lǐng)中國(guó)制造業(yè)創(chuàng)造更大的價(jià)值。

目前，激光測(cè)距儀廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、軍事、建筑、機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域，具有重量輕、體積小、操作簡(jiǎn)單、快速準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。但由于自身工作原理或者復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，也導(dǎo)致了激光測(cè)距儀有著明顯的不足，如設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本昂貴，易產(chǎn)生誤差等。針對(duì)激光測(cè)距儀的諸多不足，溫州中學(xué)鄭一粟同學(xué)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了激光測(cè)距測(cè)高儀。

● 創(chuàng)新點(diǎn)

相比傳統(tǒng)的激光測(cè)距儀，激光測(cè)距測(cè)高儀還是有著比較明顯的優(yōu)勢(shì)與創(chuàng)新之處的：①設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、配件少、簡(jiǎn)單易做、成本低廉，每件約為200元；②該裝置內(nèi)設(shè)三個(gè)激光燈，同時(shí)發(fā)射，一次操作即可得到多個(gè)結(jié)果；④該裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)使其容易避開水、玻璃等影響激光傳播的介質(zhì)，以減少誤差；④測(cè)量的是兩點(diǎn)之間的夾角，只要能看到被測(cè)量物的首尾兩個(gè)端點(diǎn)即可操作，不受測(cè)量物表面狀況的影響。

● 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.設(shè)計(jì)思想

激光測(cè)距測(cè)高儀并沒(méi)有利用激光往返的時(shí)間來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度，而是測(cè)量激光束形成的角度，利用激光燈所旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度計(jì)算高度和水平距離，適用于大型建筑物的室內(nèi)空間測(cè)量。

2.測(cè)量原理

如圖1所示，儀器上定點(diǎn)安裝一個(gè)Arduino單片機(jī)和三個(gè)激光投射燈（分別置于激光點(diǎn)一、激光點(diǎn)二和激光點(diǎn)三）。工作時(shí)，激光點(diǎn)一和激光點(diǎn)二的激光同時(shí)射向被測(cè)物體的一端，激光點(diǎn)三的激光則射向被測(cè)物體的另一端。三個(gè)激光燈之間的距離為已知，分別為a、b，激光燈所轉(zhuǎn)過(guò)的角度值可由角度傳感器直接得出，分別為1、2、3。然后運(yùn)用數(shù)學(xué)原理即可得出h（被測(cè)物體的高度）與x（測(cè)距儀與被測(cè)物體的水平距離）的數(shù)值。用到計(jì)算公式如下：

（1） （2）

3.具體實(shí)施

激光測(cè)距測(cè)高儀主要由Arduino單片機(jī)、角度傳感器、液晶顯示器、氣泡水平儀、激光燈等幾部分組成，將這些部分按照?qǐng)D1的結(jié)構(gòu)封裝在一個(gè)盒子中即可，其模型如圖2所示。在測(cè)量時(shí)，使用者只需將三個(gè)激光投射燈分別對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體的兩端，然后按下測(cè)量按鈕，便可從液晶顯示器中直接讀出被測(cè)物體的高度以及儀器到被測(cè)物體的距離。激光測(cè)距測(cè)高儀的程序則是使用類似于Java、C語(yǔ)言的Arduino IDE環(huán)境進(jìn)行編寫的。

● 發(fā)展前景

該激光測(cè)距測(cè)高儀費(fèi)用低、精度高，適用于家庭裝修、建筑施工、房產(chǎn)測(cè)繪等各行各業(yè)，其數(shù)學(xué)原理還可用于中小學(xué)的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)。endprint

編者按：學(xué)習(xí)知識(shí)→將知識(shí)內(nèi)化為技能→通過(guò)實(shí)踐操作深化對(duì)知識(shí)的理解→實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，如大多數(shù)教育者和學(xué)習(xí)者都可將這一過(guò)程無(wú)限循環(huán)下去，那么文化遷移之后必將會(huì)引領(lǐng)中國(guó)制造業(yè)創(chuàng)造更大的價(jià)值。

目前，激光測(cè)距儀廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、軍事、建筑、機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域，具有重量輕、體積小、操作簡(jiǎn)單、快速準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。但由于自身工作原理或者復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，也導(dǎo)致了激光測(cè)距儀有著明顯的不足，如設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本昂貴，易產(chǎn)生誤差等。針對(duì)激光測(cè)距儀的諸多不足，溫州中學(xué)鄭一粟同學(xué)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了激光測(cè)距測(cè)高儀。

● 創(chuàng)新點(diǎn)

相比傳統(tǒng)的激光測(cè)距儀，激光測(cè)距測(cè)高儀還是有著比較明顯的優(yōu)勢(shì)與創(chuàng)新之處的：①設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、配件少、簡(jiǎn)單易做、成本低廉，每件約為200元；②該裝置內(nèi)設(shè)三個(gè)激光燈，同時(shí)發(fā)射，一次操作即可得到多個(gè)結(jié)果；④該裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)使其容易避開水、玻璃等影響激光傳播的介質(zhì)，以減少誤差；④測(cè)量的是兩點(diǎn)之間的夾角，只要能看到被測(cè)量物的首尾兩個(gè)端點(diǎn)即可操作，不受測(cè)量物表面狀況的影響。

● 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.設(shè)計(jì)思想

激光測(cè)距測(cè)高儀并沒(méi)有利用激光往返的時(shí)間來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度，而是測(cè)量激光束形成的角度，利用激光燈所旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度計(jì)算高度和水平距離，適用于大型建筑物的室內(nèi)空間測(cè)量。

2.測(cè)量原理

如圖1所示，儀器上定點(diǎn)安裝一個(gè)Arduino單片機(jī)和三個(gè)激光投射燈（分別置于激光點(diǎn)一、激光點(diǎn)二和激光點(diǎn)三）。工作時(shí)，激光點(diǎn)一和激光點(diǎn)二的激光同時(shí)射向被測(cè)物體的一端，激光點(diǎn)三的激光則射向被測(cè)物體的另一端。三個(gè)激光燈之間的距離為已知，分別為a、b，激光燈所轉(zhuǎn)過(guò)的角度值可由角度傳感器直接得出，分別為1、2、3。然后運(yùn)用數(shù)學(xué)原理即可得出h（被測(cè)物體的高度）與x（測(cè)距儀與被測(cè)物體的水平距離）的數(shù)值。用到計(jì)算公式如下：

（1） （2）

3.具體實(shí)施

激光測(cè)距測(cè)高儀主要由Arduino單片機(jī)、角度傳感器、液晶顯示器、氣泡水平儀、激光燈等幾部分組成，將這些部分按照?qǐng)D1的結(jié)構(gòu)封裝在一個(gè)盒子中即可，其模型如圖2所示。在測(cè)量時(shí)，使用者只需將三個(gè)激光投射燈分別對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體的兩端，然后按下測(cè)量按鈕，便可從液晶顯示器中直接讀出被測(cè)物體的高度以及儀器到被測(cè)物體的距離。激光測(cè)距測(cè)高儀的程序則是使用類似于Java、C語(yǔ)言的Arduino IDE環(huán)境進(jìn)行編寫的。

● 發(fā)展前景

該激光測(cè)距測(cè)高儀費(fèi)用低、精度高，適用于家庭裝修、建筑施工、房產(chǎn)測(cè)繪等各行各業(yè)，其數(shù)學(xué)原理還可用于中小學(xué)的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)。endprint