一種基于網(wǎng)絡(luò)級(jí)時(shí)鐘同步的超聲波測(cè)距方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于網(wǎng)絡(luò)級(jí)時(shí)鐘同步的超聲波測(cè)距方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)不同，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織、資源受限、以數(shù)據(jù)為中心、與應(yīng)用相關(guān)等特點(diǎn)，可以適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，有著廣泛的應(yīng)用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由很多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，這些集成有傳感器、微處理器單元、通信模塊、電源模塊的微小節(jié)點(diǎn)可以通過自組織的方式構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)把傳感器采集到的數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送回控制中心，進(jìn)行分析并采取相應(yīng)的操作。
[0003]定位技術(shù)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)之一，在工業(yè)監(jiān)測(cè)、醫(yī)療、入侵檢測(cè)等方面被廣泛應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通常被隨機(jī)分散在一定的區(qū)域內(nèi)，或者被放置在較為復(fù)雜或危險(xiǎn)的環(huán)境下，要想得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置信息是很困難甚至是不可能的，而這些節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)往往會(huì)與其位置信息相關(guān)，因此定位技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用很廣泛。
[0004]—些室外定位系統(tǒng)通常裝有GPS定位模塊，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位，但是GPS模塊功耗大、體積大，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源受限，因此需要通過其它手段來對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。常用的定位方法有基于接收端信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)、基于到達(dá)時(shí)間(TOA)、基于到達(dá)角度(AOA)、基于到達(dá)時(shí)間差(TDOA)等。
[0005]傳統(tǒng)的超聲測(cè)距方法屬于TDOA方法，利用射頻和超聲到達(dá)的時(shí)間差來計(jì)算兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離，在每次測(cè)距過程中必須發(fā)送一包射頻數(shù)據(jù)，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)測(cè)距次數(shù)增加時(shí)，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載造成一定壓力，同時(shí)也會(huì)增加節(jié)點(diǎn)功耗，縮短網(wǎng)絡(luò)的生存周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于網(wǎng)絡(luò)級(jí)時(shí)鐘同步的超聲波測(cè)距方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的傳統(tǒng)超聲測(cè)距方法網(wǎng)絡(luò)負(fù)載壓力大、節(jié)點(diǎn)功耗大、生存周期短的問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于網(wǎng)絡(luò)級(jí)時(shí)鐘同步的超聲波測(cè)距方法，包括:
[0008]利用網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的時(shí)鐘同步，當(dāng)發(fā)送超聲波的發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送超聲波時(shí)，接收所述超聲波的接收節(jié)點(diǎn)開始計(jì)時(shí)；
[0009]當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)接收到所述超聲波時(shí)，所述接收節(jié)點(diǎn)停止計(jì)時(shí)，并根據(jù)停止計(jì)時(shí)與開始計(jì)時(shí)之間的時(shí)間差確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離。
[0010]可選地，所述利用網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的時(shí)鐘同步，當(dāng)發(fā)送超聲波的發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送超聲波時(shí)，接收所述超聲波的接收節(jié)點(diǎn)開始計(jì)時(shí)之前包括:
[0011]當(dāng)各節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)鐘同步后，在每個(gè)時(shí)隙的開始時(shí)刻判斷當(dāng)前時(shí)隙類型；
[0012]若所述時(shí)隙類型為測(cè)距時(shí)隙時(shí)，則根據(jù)預(yù)先設(shè)定的工作狀態(tài)表，確定各節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)；
[0013]其中，所述工作狀態(tài)包括:發(fā)送超聲波、接收超聲波和靜默狀態(tài)。
[0014]可選地，所述利用網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的時(shí)鐘同步，當(dāng)發(fā)送超聲波的發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送超聲波時(shí)，接收所述超聲波的接收節(jié)點(diǎn)開始計(jì)時(shí)包括:
[0015]當(dāng)確定一節(jié)點(diǎn)A的工作狀態(tài)為發(fā)送超聲波時(shí)，則立即觸發(fā)該節(jié)點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的超聲模塊向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送超聲波脈沖信號(hào)，其中，該節(jié)點(diǎn)A稱為發(fā)送節(jié)點(diǎn)；
[0016]當(dāng)確定一節(jié)點(diǎn)B的工作狀態(tài)為接收超聲波時(shí)，則立即記錄該節(jié)點(diǎn)B的當(dāng)前時(shí)間!\，該節(jié)點(diǎn)B為接收發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)來的超聲波信號(hào)的接收節(jié)點(diǎn)。
[0017]可選地，所述當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)接收到所述超聲波時(shí)，所述接收節(jié)點(diǎn)停止計(jì)時(shí)，并根據(jù)停止計(jì)時(shí)與開始計(jì)時(shí)之間的時(shí)間差確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離包括:
[0018]若所述接收節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的超聲模塊在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)沒有收到所述發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的超聲波信號(hào)，則所述接收節(jié)點(diǎn)不作任何操作，等待下一組測(cè)距時(shí)隙到來；
[0019]若所述接收節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的超聲模塊在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)接收到所述發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的超聲波信號(hào)，則記錄所述接收節(jié)點(diǎn)接收到所述超聲波的時(shí)間τ2，
[0020]根據(jù)1~2與?\的時(shí)間差及超聲波在空氣中的傳播速度，確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離，本次測(cè)距過程結(jié)束，等待下一組測(cè)距時(shí)隙到來。
[0021]可選地，在本次測(cè)距過程中，處于靜默狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)不執(zhí)行操作，等待本組測(cè)距時(shí)隙結(jié)束。
[0022]可選地，所述超聲測(cè)距方法為非反射式測(cè)距，所述發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)出超聲波后，不需要反射，由所述接收節(jié)點(diǎn)直接接收所述發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)出的超聲波信號(hào)；
[0023]所述時(shí)鐘同步方式包括:絕對(duì)時(shí)隙數(shù)同步、數(shù)據(jù)包同步和確認(rèn)包同步。
[0024]可選地，所述超聲模塊的探頭為收發(fā)一體探頭或收發(fā)分體探頭。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于網(wǎng)絡(luò)級(jí)時(shí)鐘同步的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，包括:
[0026]發(fā)送單元，用于利用網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的時(shí)鐘同步，通過發(fā)送節(jié)點(diǎn)向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送超聲波；
[0027]第一記錄單元，用于在發(fā)送節(jié)點(diǎn)向所述接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送超聲波的同時(shí)，記錄當(dāng)前所述接收節(jié)點(diǎn)的時(shí)間;
[0028]節(jié)點(diǎn)距離確定單元，用于當(dāng)所述接收節(jié)點(diǎn)接收到所述超聲波時(shí)，記錄當(dāng)前所述接收節(jié)點(diǎn)的時(shí)間Τ2，并根據(jù)TjP T i的時(shí)間差確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離。
[0029]可選地，所述系統(tǒng)還包括:
[0030]時(shí)隙類型判斷單元，用于當(dāng)各節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)鐘同步后，在每個(gè)時(shí)隙的開始時(shí)刻判斷當(dāng)前時(shí)隙類型；
[0031]工作狀態(tài)確定單元，用于當(dāng)所述時(shí)隙類型為測(cè)距時(shí)隙時(shí)，則根據(jù)預(yù)先設(shè)定的工作狀態(tài)表，確定各節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)；
[0032]其中，所述工作狀態(tài)包括:發(fā)送超聲波、接收超聲波和靜默狀態(tài)。
[0033]可選地，所述節(jié)點(diǎn)距離確定單元包括:
[0034]計(jì)時(shí)等待模塊，用于當(dāng)所述接收節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的超聲模塊在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)沒有收到所述發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的超聲波信號(hào)時(shí)，則所述接收節(jié)點(diǎn)不作任何操作，等待下一組測(cè)距時(shí)隙到來；
[0035]第二記錄模塊，用于當(dāng)所述接收節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的超聲模塊在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)接收到所述發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的超聲波信號(hào)時(shí)，則記錄所述接收節(jié)點(diǎn)接收到所述超聲波的時(shí)間T2;
[0036]節(jié)點(diǎn)距離確定模塊，用于根據(jù)1~2與T i的時(shí)間差及超聲波在空氣中的傳播速度，確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離，本次測(cè)距過程結(jié)束，等待下一組測(cè)距時(shí)隙到來。
[0037]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0038]上述方案中，通過利用網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的時(shí)鐘同步，當(dāng)發(fā)送超聲波的發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送超聲波時(shí)，接收所述超聲波的接收節(jié)點(diǎn)開始計(jì)時(shí)；當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)接收到所述發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的超聲波時(shí)，所述接收節(jié)點(diǎn)停止計(jì)時(shí)，并根據(jù)停止計(jì)時(shí)與開始計(jì)時(shí)之間的時(shí)間差來確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離。這樣，利用網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的時(shí)鐘同步技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)間都是同步的，不需要在發(fā)送超聲波的同時(shí)發(fā)送額外的射頻數(shù)據(jù)包來獲得發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的同步，只需根據(jù)超聲波在空氣中的傳輸時(shí)間(停止計(jì)時(shí)與開始計(jì)時(shí)之間的時(shí)間差)來確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離，從而能夠減少網(wǎng)絡(luò)流量、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和節(jié)點(diǎn)功耗，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存周期。
【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于網(wǎng)絡(luò)級(jí)時(shí)鐘同步的超聲波測(cè)距方法的方法流程圖；
[0040]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的單個(gè)節(jié)點(diǎn)工作流程示意圖；
[0042]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于網(wǎng)絡(luò)級(jí)時(shí)鐘同步的超聲波測(cè)距方法的詳細(xì)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0044]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)超