一种机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法[技术领域]
本发明涉及工程勘察，尤其涉及一种机房结构信息勘察与结构信息CAD图
纸生成方法。
[背景技术]
机房建设往往需要现场工程勘察，通过在室内测量长宽高等数据，从而在
现场绘成机房现有结构信息的文本图纸图，然后再在电脑上面依照存档的文本
图纸，进行转换层CAD图纸，再进行机房的设计。由于机房设计满足通风、散
热等高要求的设计，因此勘察的数据要求较为精确，用传统的人工丈量和绘制
方法，耗时巨大，数据不一定精确。从现场勘察绘制的纸质图纸，在使用CAD
软件将其转换为标注好结构信息的电子图纸，或将测量数据输入计算机时，可
能由于主观因素，出现数据纰漏等问题。由此可见，在现在的机房现场勘察流
程上迫切需求一种可以自动测量、自动计算、自动绘制最终需求的系统，以满
足机房选址时的勘察与设计要求。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种能够减小勘察任务的工作量，提高勘
察的工作效率的机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种机房结构信息勘
察与结构信息CAD图纸生成方法，利用房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生
成系统进行数据采集和图纸生成，机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成
系统包括机房结构信息勘察终端和数据接收与生成终端；机房结构信息勘察终
端获取机房内部结构数据，并与数据接收与生成终端无线通信，数据接收与生
成终端根据机房结构信息勘察终端上传的数据生成机房结构信息的CAD图纸。
以上所述的机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法，机房结构信
息勘察终端包括电源、微处理器、显示屏和两个由步进电机带动的超声波测距
装置，显示屏和超声波测距装置分别与微处理器连接；第一超声波测距装置步
进电机的轴线与第二超声波测距装置步进电机的轴线正交。
以上所述的机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法，机房结构信
息勘察终端包括蓝牙通信模块、水平校正模块和电子罗盘，蓝牙通信模块、水
平校正模块和电子罗盘分别接微处理器。
以上所述的机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法，超声波测距
装置包括超声波测距模块和所述的步进电机，超声波测距模块固定在步进电机
的主轴上，超声波测距模块的超声波发射方向与步进电机的主轴垂直；超声波
测距模块接微处理器。
以上所述的机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法，超声波测距
装置包括光电编码器，光电编码器的光栅盘固定在步进电机的主轴上，光电编
码器的输出端接微处理器。
以上所述的机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法，包括以下步
骤：
601)调整机房结构信息勘察终端的倾角，使第一超声波测距装置步进电机
的轴心线平行于水平面、第二超声波测距装置步进电机的轴心线垂直于水平
面；
602)将第一超声波测距装置超声波测距模块的超声波发射方向作为垂直
方向测量的起始位置，将第二超声波测距装置超声波测距模块的超声波发射方
向作为水平方向测量的起始位置；
603)第一超声波测距装置的超声波测距模块在垂直方向上以第一步进角
度在360°范围内分点进行测距，机房结构信息勘察终端将全部垂直测距数据
发送给数据接收与生成终端；
604)第二超声波测距装置的超声波测距模块在水平方向上以第二步进角
度在360°范围内分点进行测距，机房结构信息勘察终端将全部水平测距数据
发送给数据接收与生成终端；
605)数据接收与生成终端根据水平与垂直两个方向的测距数据，生成包含
水平截面和垂直截面机房结构信息的CAD文件。
以上所述的机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法，在步骤602
中，垂直方向测量的起始位置为竖直方向，水平方向测量的起始位置为正北方
向。
以上所述的机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法，数据接收与
生成终端对步骤605生成的CAD文件做测量信息校准，生成包含最终机房结构
信息的CAD文件。
本发明机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法能够自动测量、自
动计算、自动绘制图纸，测试数据精确可靠，可以减小勘察任务的工作量，提
高勘察的工作效率。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成系统的原
理框图。
图2是本发明实施例机房结构信息勘察终端的结构框图。
图3是本发明实施例两个步进电机对应位置的信息图。
图4是本发明实施例ADXH345的方向坐标系统图。
图5是本发明实施例机房结构信息勘察终端的方向坐标系统的示意图。
图6是本发明实施例超声波模块室内结构信息测量方法示意图。
图7是本发明实施例包含水平截面和垂直截面的机房结构信息CAD文件的
示意图。
图8是本发明实施例测量信息校准的示意图。
[具体实施方式]
本发明实施例机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成方法的原理如图1
所示，利用房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成系统进行数据采集和图纸
生成，机房结构信息勘察与结构信息CAD图纸生成系统包括机房结构信息勘察
终端和数据接收与生成终端。机房结构信息勘察终端获取机房内部结构数据，
并与数据接收与生成终端无线通信，数据接收与生成终端根据机房结构信息勘
察终端上传的数据生成机房结构信息的CAD图纸。
如图2所示，机房结构信息勘察终端包括电池、电源管理模块、微处理器
(CPU)、电子罗盘、LCD显示模块、两个配有光电编码盘的步进电机、两个超声
波测距模块、蓝牙通信模块和水平校正模块。
电子罗盘、LCD显示模块、光电编码盘、步进电机、超声波测距模块、蓝牙
通信模块和水平校正模块分别接微处理器。
数据接收与生成终端是兼容蓝牙4.0协议的移动终端，如智能手机或平板
电脑等。
数据接收与生成终端根据机房结构信息勘察终端上传的数据生成机房结构
信息的CAD图纸。
机房结构信息勘察终端主要构成如下：
1、电池采用可充电锂离子电池，容量为500毫安/小时，输出电压为4.7V。
2、电源管理模块R1131N331B-TR-F芯片负责充电管理，从USB接口的5v
电压端取电，给锂离子电池充电，；AMS117从电池端输出取电，将电池的4.7V
电压降压到3.3V电压向CPU和其他元器件供电。
3、CPU采用TI公司生产的内置蓝牙4.0协议的CC2541F256。
4、电子罗盘(电子指南针)采用MPU-3050的三轴陀螺仪。
5、光电编码器采用Hengstler(亨士乐)绝对值编码器AC58，光电编码器
的光栅盘安装在步进电机的轴上，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转。
光电编码器的输出端和CPU相连接，用来反馈步进电机的旋转角度，以对步进
电机的旋转角度进行校正。
6、LCD显示模块带中文字库的12864液晶屏。
7、超声波测距模块采用RisymHC-SR04超声波测距传感器，两个超声波测
距模分别固定在两台步进电机的主轴上，超声波测距模块的超声波发射方向与
步进电机的主轴垂直。
8、水平方位校正模块采用ADXL345三轴加速度计。
光电编码器的光栅盘固定在步进电机的主轴上。两个配有光电编码盘的步
进电机轴心线在同一个平面内，并且轴心线相互垂直，如图3所示，步进电机1
带动超声波模块1，可以不断测量在垂直平面内，测试点与天花板、墙面和地面
的距离。步进电机2带动超声波模块2，可以不断测量在水平面内，测试点与四
周墙面的距离。
水平方位校正模块中的ADXL345三轴加速度计的X轴与步进电机2的轴心
线平行，并且指向同一方向,其对应关系如图4和图5所示。
使用前，机房结构信息勘察终端需要和数据接收与生成终端进行蓝牙配对
连接。
使用时，机房结构信息勘察终端将数据测量数据不断发送给数据接收与生
成终端，数据接收与生成终端根据发送数据生产勘察结构的CAD图纸。
本实施例的工作原理为:
第一步，现场勘察人员利用三脚架固定机房结构信息勘察终端，并启动该
信息勘察终端的电源。
第二步，机房结构信息勘察终端测量水平校正模块的输出加速度值，手工
摆正机房结构信息勘察终端的放置倾角，直到步进电机1的轴心线平行于水平
面、步进电机2的轴心线垂直于水平面。
第三步，机房结构信息勘察终端根据电子罗盘的信息通过调整步进电机1
的轴心线向正北方，步进电机1的超声波测距模块1的发射方向指向正下方，
步进电机2的超声波测距模块的发射方向指向正北方。
第四步，机房结构信息勘察终端向数据接收与生成终端发送水平方向起始
测量信号，同时机房结构信息勘察终端竖直方向的步进电机2的超声波测距模
块2开始对厂房结构进行第一点信息测量，并将测量数据作为起始点数据发送
给数据接收与生成终端。
测量时，超声波测距模块2的超声波传感器发射单元向墙面发射超声波，
在发射时刻的同时开始计时，途中碰到墙面，声波就立即返回来，超声波接收
器收到反射波立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时
器记录的时间t，获得勘察点距离墙面的距离，即：Si＝340t/2(m)。
为了获得水平方向上360°的信息数据，机房结构信息勘察终端需要水平方
向上测量200个数据点。机房结构信息勘察终端的垂直方向的步进电机2每次
带动超声波测距模块2逆时针转动一个步进角度1.8°进行一次测量，并将得到
的数据发送给数据接收与生成终端；机房结构信息勘察终端旋转完整的360°
后，停止运动
依照此方法，可以得到水平方向上360°的墙面信息数据，并自动确定该测
试点在室内水平方向的位置。
第五步，机房结构信息勘察终端发送水平测试终止信号给数据接收与生成
终端。
第六步，机房结构信息勘察终端向数据接收与生成终端发送垂直方向起始
测量信号，同时机房结构信息勘察终端竖直方向的步进电机1的超声波测距模
块1开始对厂房结构进行第一点信息测量，并将测量数据作为垂直方向测量起
始点数据发送给数据接收与生成终端。
测量时，超声波测距模块1的超声波传感器发射单元向地面发射超声波，
在发射时刻的同时开始计时，途中碰到地面，声波就立即返回来，超声波接收
器收到反射波立即停止计时，获得勘察点与地面的距离。
为了获得垂直方向上360°的信息数据，机房结构信息勘察终端需要垂直方
向上测量200个数据点。机房结构信息勘察终端的水平方向的步进电机1每次
带动超声波测距模块1逆时针转动一个步进角度1.8°进行一次测量，并将得到
的数据发送给数据接收与生成终端；机房结构信息勘察终端旋转完整的360°
后，停止运动
依照此方法，可以得到垂直方向上360°的墙面、地面和天花板信息数据，
并自动确定该测试点在室内垂直高度的GIS位置。
第七步，数据接收与生成终端确认收到水平与垂直两个方向的结构信息后，
结束测量，发信号终止将此次测试。
第八步，数据接收与生成终端根据水平与垂直两个方向的结构信息，将所
有的测量点直接相连，生成一个包含水平截面和垂直截面的机房结构信息CAD
文件，如图7所示。
第九步，对暂时生成的CAD文件做测量信息校准，生成包含最终机房结构
信息的CAD文件。考虑到机房结构特点，利用软件依照以下方法做校准:(1)
将水平截面和垂直截面做延伸，形成一个封闭的结构。(2)由于每转动1.8°，
离散测量点有可能将所有的墙角变成不规则钝角，因此需要对相邻三个测量点
在同一条直线上的测量点连线做拟合。拟合方法如图8所示。从测量结果图中
可以看出测量点A、测量点B、测量点C在同一直线，测量点D、测量点E、测
量点F也在同一直线。因此将线段BC沿C方向延伸，将线段DE沿D方向延伸，
设两条射线相交的点为G，则更新测量信息为CG与GD，并删除结构信息中的CD
线段。
勘察人员可在数据接收与生成终端通过机房结构信息勘察与GIS图纸生成
系统或者网络文件传输的形式发送至设计人员。
本发明实施例机房结构CAD图纸信息生成方法适用于机房现场勘察与结构
信息CAD图纸的绘制，具有便携性强，测试数据精确可靠、自动化性能好等优
点。
与现有技术相比，本发明以上实施例的有益效果是：由于机房结构信息勘
察终端集成了电子指南针、两个光电编码盘、LCD显示模块、两个超声波测距模
块、水平校正模块等多种室内机房勘察的必需工具，可以方便勘察人员轻松获
取机房内部长、宽、高、方位等机房内部主体结构信息，大幅减轻了工作人员
需要携带的设备数目和整体重量；机房结构信息勘察终端具有无线连接到具有
强大计算功能的数据接收与生产终端的功能，将测试之后的数据信息可交由终
端进行计算与统计、CAD文件数据生成、CAD结构信息标注和数据可视化，因此
操作可创造良好的用户体验；便携式终端可自主长时供电，减少了勘察人员对
能源的依靠；室内超声波定位模块增加了参数测量时室内位置的精确性。