“室内激光测距测高仪”的设计

张禄

编者按：学习知识→将知识内化为技能→通过实践操作深化对知识的理解→实现创新，如大多数教育者和学习者都可将这一过程无限循环下去，那么文化迁移之后必将会引领中国制造业创造更大的价值。

目前，激光测距仪广泛应用于农业、地质、气象、军事、建筑、机器人等多个领域，具有重量轻、体积小、操作简单、快速准确等优点。但由于自身工作原理或者复杂的结构，也导致了激光测距仪有着明显的不足，如设计复杂，成本昂贵，易产生误差等。针对激光测距仪的诸多不足，温州中学郑一粟同学对其进行了改进，设计出了激光测距测高仪。

● 创新点

相比传统的激光测距仪，激光测距测高仪还是有着比较明显的优势与创新之处的：①设计简单、配件少、简单易做、成本低廉，每件约为200元；②该装置内设三个激光灯，同时发射，一次操作即可得到多个结果；④该装置的设计特点使其容易避开水、玻璃等影响激光传播的介质，以减少误差；④测量的是两点之间的夹角，只要能看到被测量物的首尾两个端点即可操作，不受测量物表面状况的影响。

● 方案设计与实施

1.设计思想

激光测距测高仪并没有利用激光往返的时间来测量长度，而是测量激光束形成的角度，利用激光灯所旋转过的角度计算高度和水平距离，适用于大型建筑物的室内空间测量。

2.测量原理

如图1所示，仪器上定点安装一个Arduino单片机和三个激光投射灯（分别置于激光点一、激光点二和激光点三）。工作时，激光点一和激光点二的激光同时射向被测物体的一端，激光点三的激光则射向被测物体的另一端。三个激光灯之间的距离为已知，分别为a、b，激光灯所转过的角度值可由角度传感器直接得出，分别为1、2、3。然后运用数学原理即可得出h（被测物体的高度）与x（测距仪与被测物体的水平距离）的数值。用到计算公式如下：

（1） （2）

3.具体实施

激光测距测高仪主要由Arduino单片机、角度传感器、液晶显示器、气泡水平仪、激光灯等几部分组成，将这些部分按照图1的结构封装在一个盒子中即可，其模型如图2所示。在测量时，使用者只需将三个激光投射灯分别对准被测物体的两端，然后按下测量按钮，便可从液晶显示器中直接读出被测物体的高度以及仪器到被测物体的距离。激光测距测高仪的程序则是使用类似于Java、C语言的Arduino IDE环境进行编写的。

● 发展前景

该激光测距测高仪费用低、精度高，适用于家庭装修、建筑施工、房产测绘等各行各业，其数学原理还可用于中小学的数学课堂教学。endprint

编者按：学习知识→将知识内化为技能→通过实践操作深化对知识的理解→实现创新，如大多数教育者和学习者都可将这一过程无限循环下去，那么文化迁移之后必将会引领中国制造业创造更大的价值。

目前，激光测距仪广泛应用于农业、地质、气象、军事、建筑、机器人等多个领域，具有重量轻、体积小、操作简单、快速准确等优点。但由于自身工作原理或者复杂的结构，也导致了激光测距仪有着明显的不足，如设计复杂，成本昂贵，易产生误差等。针对激光测距仪的诸多不足，温州中学郑一粟同学对其进行了改进，设计出了激光测距测高仪。

● 创新点

相比传统的激光测距仪，激光测距测高仪还是有着比较明显的优势与创新之处的：①设计简单、配件少、简单易做、成本低廉，每件约为200元；②该装置内设三个激光灯，同时发射，一次操作即可得到多个结果；④该装置的设计特点使其容易避开水、玻璃等影响激光传播的介质，以减少误差；④测量的是两点之间的夹角，只要能看到被测量物的首尾两个端点即可操作，不受测量物表面状况的影响。

● 方案设计与实施

1.设计思想

激光测距测高仪并没有利用激光往返的时间来测量长度，而是测量激光束形成的角度，利用激光灯所旋转过的角度计算高度和水平距离，适用于大型建筑物的室内空间测量。

2.测量原理

如图1所示，仪器上定点安装一个Arduino单片机和三个激光投射灯（分别置于激光点一、激光点二和激光点三）。工作时，激光点一和激光点二的激光同时射向被测物体的一端，激光点三的激光则射向被测物体的另一端。三个激光灯之间的距离为已知，分别为a、b，激光灯所转过的角度值可由角度传感器直接得出，分别为1、2、3。然后运用数学原理即可得出h（被测物体的高度）与x（测距仪与被测物体的水平距离）的数值。用到计算公式如下：

（1） （2）

3.具体实施

激光测距测高仪主要由Arduino单片机、角度传感器、液晶显示器、气泡水平仪、激光灯等几部分组成，将这些部分按照图1的结构封装在一个盒子中即可，其模型如图2所示。在测量时，使用者只需将三个激光投射灯分别对准被测物体的两端，然后按下测量按钮，便可从液晶显示器中直接读出被测物体的高度以及仪器到被测物体的距离。激光测距测高仪的程序则是使用类似于Java、C语言的Arduino IDE环境进行编写的。

● 发展前景

该激光测距测高仪费用低、精度高，适用于家庭装修、建筑施工、房产测绘等各行各业，其数学原理还可用于中小学的数学课堂教学。endprint

编者按：学习知识→将知识内化为技能→通过实践操作深化对知识的理解→实现创新，如大多数教育者和学习者都可将这一过程无限循环下去，那么文化迁移之后必将会引领中国制造业创造更大的价值。

目前，激光测距仪广泛应用于农业、地质、气象、军事、建筑、机器人等多个领域，具有重量轻、体积小、操作简单、快速准确等优点。但由于自身工作原理或者复杂的结构，也导致了激光测距仪有着明显的不足，如设计复杂，成本昂贵，易产生误差等。针对激光测距仪的诸多不足，温州中学郑一粟同学对其进行了改进，设计出了激光测距测高仪。

● 创新点

相比传统的激光测距仪，激光测距测高仪还是有着比较明显的优势与创新之处的：①设计简单、配件少、简单易做、成本低廉，每件约为200元；②该装置内设三个激光灯，同时发射，一次操作即可得到多个结果；④该装置的设计特点使其容易避开水、玻璃等影响激光传播的介质，以减少误差；④测量的是两点之间的夹角，只要能看到被测量物的首尾两个端点即可操作，不受测量物表面状况的影响。

● 方案设计与实施

1.设计思想

激光测距测高仪并没有利用激光往返的时间来测量长度，而是测量激光束形成的角度，利用激光灯所旋转过的角度计算高度和水平距离，适用于大型建筑物的室内空间测量。

2.测量原理

如图1所示，仪器上定点安装一个Arduino单片机和三个激光投射灯（分别置于激光点一、激光点二和激光点三）。工作时，激光点一和激光点二的激光同时射向被测物体的一端，激光点三的激光则射向被测物体的另一端。三个激光灯之间的距离为已知，分别为a、b，激光灯所转过的角度值可由角度传感器直接得出，分别为1、2、3。然后运用数学原理即可得出h（被测物体的高度）与x（测距仪与被测物体的水平距离）的数值。用到计算公式如下：

（1） （2）

3.具体实施

激光测距测高仪主要由Arduino单片机、角度传感器、液晶显示器、气泡水平仪、激光灯等几部分组成，将这些部分按照图1的结构封装在一个盒子中即可，其模型如图2所示。在测量时，使用者只需将三个激光投射灯分别对准被测物体的两端，然后按下测量按钮，便可从液晶显示器中直接读出被测物体的高度以及仪器到被测物体的距离。激光测距测高仪的程序则是使用类似于Java、C语言的Arduino IDE环境进行编写的。

● 发展前景

该激光测距测高仪费用低、精度高，适用于家庭装修、建筑施工、房产测绘等各行各业，其数学原理还可用于中小学的数学课堂教学。endprint