论文总字数：16322字

目 录

1引言 1

1.1面积测量仪研究的背景和意义

1.2国内外面积测量仪的研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3面积测量仪的研究目标与内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

2设计硬件平台系统 3

2.1设计硬件系统

2.1.1 系统需求

2.1.2 系统的硬件组成

2.2选择ARM芯片

2.2.1 ARM体系

2.2.2 STM32微处理器

2.2.3 STM32F103R8T6微处理器

2.3 STM32外围电路设计

2.3.1 电源电路

2.3.2 GPS模块电路

2.3.3 液晶屏模块

2.4 GPS模块

2.4.1 GPS简介

2.4.2 GPS定位原理

2.5 本章小结

3系统程序设计 9

3.1软件程序开发平台

3.2主程序的设计

3.2.1主程序初始化

3.2.2键盘按键子程序

3.3面积计算子程序

3.2.1面积测量计算原理

3.2.2定位信息的转换

3.2.3由坐标计算测量物体的面积

3.4显示子程序

3.5本章小结

4测试与分析 14

4.1面积测量仪调试

4.2测量数据与分析

5总结与展望 15

5.1总结

5.2展望

参考文献 16

致谢 18

一种高精度面积测量仪设计

问亚涛

, China

Abstract：The development of science and technology promotes the progress of the society. The traditional method of measuring the area has increasingly shown its shortcomings. It cannot meet the needs of the society fast, real-time, convenient and other characteristics. In this paper, a convenient area measuring instrument is studied which can be applied to measure the various shapes of green space, grassland, deep forest, farmland, depression and some rules or irregular area. The area measuring instrument use the STM32 driver and JLX12864G-091 model of the LCD screen, The function of the software is to record the data, store the graph, view the data, calculate the area, position the latitude and longitude, etc. LCD screen can also be a good display of the measured object's area, perimeter, contour map, longitude and latitude and other functions. Through the actual measurement and data analysis, When measuring the length and width of the object, the measuring error is less than 2 meters. Area measurement error depends on the size of the area measurement, area measurement error: 5% (lt; 2 acres) and 3% (lt; 10 acres), 2% (50 acres).

Keywords: area measurement; STM32; latitude and longitude; LCD screen.

1引言

1.1面积测量仪研究的背景和意义

　　我国的占地面积据世界第三位，同时是世界上最大的发展中国家和人口最多的国家，因此农业信息技术的发展对我国的经济和社会的发展有着重大的意义，农业不断发展的同时推动着众多其他企业的发展。这便促使了面积测量仪的诞生。

　　面积测量仪的诞生对我国农业的生产与发展有这极大的促进作用。不仅仅提高了农业的发展以及资源的浪费，同时在一定的程度上提高了云农业的耕种的效率。农机仪器和面积测量仪的结合使用在很大的程度上提高了农业耕种的效率，促进了农业的快速发展。
　　GPS面积测量仪有着精确的面积计算算法以及高精度的GPS定位系统，能对物体的面积进行实时的测量、图形的显示以及数据的储存和处理。面积测量仪适用于各种农田、绿地、草原以及洼地等物体面积的测量。GPS面积测量仪只需要进行一次测量，便可同时获得测量物体的长度、宽度、周长和面积等数据以及测量物体的几何图形。测量后可随时查看并显示所有的测量过的数据和图形，使农业、林业以及农机作业收费变得更加的快捷、方便和实时。便携式GPS在诸多领域都有着广泛的应用，其诸多应用之一便是对物体面积的测量。因为普通的便携式GPS定位的精度在大约在10m左右，所以便携式GPS测量面积的精度是面积测量仪的核心所在。根据专家测试的结果显示，便携式面积测量仪测量面积的精度大约在2%左右。当测量面积逐渐变大时，测量的精度会越来越精确。

　　随着社会的发展，人们的生活水平在不断的提高，科技在不断的进步，让我们更加深刻的去了解并不断的探索这个世界。面积测量仪的诞生不仅仅只对农业的生产上有着不可替代的影响，同时在科研和很多的工程上一样会出现它的身影。在GPS遍布全球的时代，人性和智能化的面积测量仪可以轻易的测量出规则或不规则农田的面积和周长并显示相应的几何图形，使人们不再依靠传统的丈量和目测等方式。面积测量仪在极大的促进农业发展的同时亦可满足精细农业的需求。

1.2国内外面积测量仪的研究现状

1.2.1国内研究现状

　　当前，我国对面积测量方面的研究较少，大多是以单片机为基础实现的设计。在GPS和土地测量方面有如下成果：

　　白旭和谭学治等人在研究以GPS技术为基础的面积测量仪时，详细介绍了以最简单片机系统为核心，基于GPS技术的面积测量仪^[1]。文中面积测量仪由GPS接受传入的位置信息，传给单片机进行处理并储存，之后传入PC处理，进而完成对测量物体位置、周长以及面积的显示。

周文奇，全岳明和裘正军等人对面积测量仪做出试验^[2]。试验的结果表明面积测量仪能够快速实时的测量规程以及不规则农田的面积，并且保持面积测量的误差在2%左右，极大的提升农机面积测量的成果。

黄平，陈东军等人在面积测量仪单片机测控系统的文章中，详细的阐述了面积测量仪的主要技术要求，应用程序的设计方法以及项目实施的可行性计划。

闵俊杰，介战以及贺战等人在多功能面积测量仪一文中，详细阐述了GPS定位信息的获取技术，由坐标值计算三角形和多边形面积的公式以及测量仪软硬件设计的原理。

李国珍详细分析了解析法面积量算精度，提出了数据采集步长和面积测量精度的关系模型^[3]。

马少君和陈义等人，详细介绍了不同坐标系统转换的算法和数学模型，以及在坐标转换时需要注意的一些细节为问题^[4]。

1.2.2国外研究现状

国外在GPS方面的研究，多以传感器网络为主。在地里位置和土地测量方面的研究如下：

1955年8月，Ritchie.J.C再用空降激光测量景象时，利用激光数据测量和鉴别景象，GPS数据定位飞行路线^[5]。

　　同年12月，国外专家在挪威的北部建立一个GPS网络，测量本地区的地质张力学的变化^[6]。

　　国外在面积测量部分上公开的资料较少，但国外的GPS技术成熟，发展也比较快。其中以美国，欧洲和日本为最。

美国是世界卫星导航发展最快的国家，同时也是卫星导航应用设施最完善的国家。美国有着完整的卫星产业链，推动着卫星产业的不断进步与发展。

欧洲的卫星导航应用是世界上的第二大市场，仅仅次于美国。但在芯片、整机、软件及行业应用领域均有着与美国媲美的实力。其中伽利略卫星导航的发展，使得欧洲在一定程度上形成了完整的卫星导航产业链。

日本卫星导航的应用于欧洲相当。日本卫星导航在芯片和接收机方面有着极大的技术优势，准天顶系统的诞生为日本的卫星导航产业提供了全新的发展机遇。

1.3面积测量仪的研究目标与内容

1.3.1 研究目标

　　根据国内外的现状可知，传统的面积测量方式早以不适用与现代高速发展的社会。本文针对这一现状设计实现一种低成本、低功耗、快捷、精确以及可携带的面积测量仪。该面积测量仪是基于STM32系统的，利用GPS功能对被测物体进行定位，绘制图像，利用算法计算出被测物体的周长，面积等数据。无论被测物体形状是规程或者不规程的，都能计算出物体的面积和周长，并且测量面积的精度保持在2%左右。面积测量仪可适用于农田、深林和洼地的面积测量，同时亦可适用于野外作业。面积测量仪具有着实时、精确、有效和可操作性等优势，在节省人力和物力的同时推动着精细农业的不断发展。

1.3.2 研究内容

　　本文研究的主要内容是将GPS模块绘画出的面积，经过各种算法计算出周长和面积，对数据进行存储和显示，本文的主要内容部分如下：

(1)利用面积测量仪能够快速的测量任意形状的区域的面积；

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