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基于STM32和舵机的智能测高仪

本文介绍了一种基于STM32单片机和舵机的智能测高仪。该仪器通过激光定位，GY-25倾斜

度模块水平较准，通过STM32单片机产生PWM波形，精确控制其占空比，从而精确控制舵机

角度输出，运用三角形原理得出高度值，对数据进行线性回归拟合，从而得出高精度的测量

数据，经过试验验证，该仪器具有较高的测量精度。

【关键词】测高STM32单片机舵机GY-25倾斜度模块

1引言

传统的测量高度方法按是否接触可分为接触式和非接触式。接触式测量是指用卷尺直接测量

高度。接触式测量比较准确，但劳动强度大，测量较高的物体很困难，且受物体布置的影

响。非接触式测量主要包括目测、激光测量和超声波测量等。超声测量安全、快速、精确度

高，但超声波在空气中传播衰减很快，可测量的高度比激光测高仪低，并且硬件成本高。

本文介绍一种成本低、精确高的智能测高仪。该仪器通过线状激光光源精确其测量轨迹，点

状激光光源进行定位，使得测量距离较远；通过MPU6050陀螺仪进行水平校准，使得测量角

度的0度基准值更加精确；通过STM32单片机输出PWM波形，精准控制其占空比，使得舵机

的输出角度精确度较高，从而确保其最终测量角度较为准确。测量获得的数据经过STM32单

片机进行数据处理后，通过TFT液晶显示屏进行显示。整个测量过程全部使用按键进行操

作，简单方便，集成度较高。

2测量原理和方法

测量原理如图1所示，测高杆固定高度为1米，点F处固定有点状光源和线状光源。当被测

物体确定后，首先由线状光源固定其测量轨迹，确保所测高度垂直于水平面，测量轨迹如图

直线CED所示；其次，点状光源进行水平校准，MPU6050陀螺仪固定于点状激光灯，待校准

角度位于0度时，固定点状激光光源，所射光线為射线EF；再次，按下主控板按键，点状

激光灯在舵机控制下，缓慢向上、向下移动，直至到达被测物体顶端和底端，按下按键，舵

机停止，单片机记录当前位置，进而获得测量角度。最后，按下测量按键，TFT液晶屏显示

其高度数值，根据三角形几何原理，高度值为

米。

3仪器的方案设计

该测高装置主要包括机械测量机构和微控制器控制部分组成，机械测量机构包括，固定长度

的测量杆，其上固定线状光源和点状光源，点状光源连接有MPU6050陀螺仪和舵机。微控制

器连接结构如图2所示，微控制器连接有液晶显示单元、按键控制单元、传感器测量单元、

晶振与复位单元、电源电路单元。

该装置微控制器采用选择STM32F103C8T6芯片，工作频率72MHz，工作速度快，低功耗，芯

片集成包括PWM输出、SPI通讯、USART串行通讯等外设，使测量更精确、迅速。晶振与复

位单元，使用CAT811芯片对主控芯片进行复位，使用8MHz无源晶体振荡器作为其主控芯片

的晶振。该芯片的最小系统如图3所示。

该装置液晶显示屏选用1.8寸TFT液晶显示屏幕，与微控制器采用SPI通讯，在芯片的管脚

上只占用四根线，节约了芯片的管脚。GY-25模块是一款低成本倾斜度模块，其工作原理是

通过陀螺仪与加速度传感器经过数据融合算法最后得到直接的角度数据。舵机是一种位置

（角度）伺服的驱动器，用来实时的控制点状光源角度不断的变化并且可以实时保持。舵机

控制效果是影响测量精确度的重要因素。本装置采用STM32单片机输出的PWM波形精确控制

舵机旋转角度。STM32控制器的定时器产生20ms的定时周期，PWM输出的占空比分成1024

档进行渐变，从而精确控制舵机的渐变角约为0.18度，进而达到精确控制舵机角度的目

的。

系统运行后，进行时钟初始化、串口初始化、按键初始化、定时器PWM初始化、SPI接口初

始化、TFT液晶初始化，GY-25模块输出水平角度值，TFT液晶屏实时显示数值，点状光源

进行水平校准；校准结束后，按下按键一，舵机开始从水平位置向上渐渐移动，直到被测物

体上侧边缘，按下按键一，舵机停止，输出角度1；再次按下按键一，舵机开始恢复到水平

位置并向下渐渐移动，直到被测物体下侧边缘，按下按键一，舵机停止，并输出角度2；按

下按键二，对角度数值进计算处理，TFT液晶屏显示高度数值，一个测量过程结束。

4测量数据处理

5结论

本文介绍的基于STM32单片机和舵机的智能测高仪，通过激光定位、GY-25水平较准、按键

控制舵机输出角度、TFT输出测量高度。实现了一定范围内对物体高度的准确测量，整个过

程采用程序控制，自动化程度高，