超聲波三維定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及空間定位裝置,尤指一種超聲波Ξ維定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前,小范圍(諸如室內(nèi))定位技術(shù)主要是Ξ種:1.無線電定位,各個頻段的都有 (RFID技術(shù)也可W歸為此類),其原理是通過測量無線電信號的強度來確定位置,系統(tǒng)復(fù)雜、 定位精度不高(米級);2.視覺定位,運種方法主要是基于攝像機(jī)采集到的地標(biāo)的圖像,采用 幾何方法來確定位置,其缺陷主要在于對攝像頭要求較高(需要標(biāo)定),對計算能力要求較 高(需要進(jìn)行圖像處理),一旦地標(biāo)脫離攝像機(jī)的視野則無法定位,因而運類系統(tǒng)成本高、功 耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜;3.超聲波定位,運種方法的原理主要是測試通過測量超聲波從多個發(fā)射點 到接收點的傳送時間,計算多個發(fā)射點到接收點之間的距離,然后利用幾何的方法求出接 收點的位置,運類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、定位精度較高(厘米級),已經(jīng)在室內(nèi)機(jī)器人定 位中得到應(yīng)用。目前,超聲波Ξ維定位主要采用一個發(fā)射器和多個接收器的方式對發(fā)射器 的位置進(jìn)行定位,不能夠同時對多個目標(biāo)進(jìn)行Ξ維定位。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 為解決上述問題,本實用新型提供一種能夠在一定的空間區(qū)域內(nèi),為多個目標(biāo)提 供較為精確Ξ維位置信息的超聲波Ξ維定位系統(tǒng)。
[0004] 為實現(xiàn)上述目,本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種超聲波Ξ維定位系統(tǒng),包括至 少一發(fā)射模塊、至少一接收模塊、上位機(jī),其中所述發(fā)射模塊包括第一微控制器,第一供電 模塊,第一時鐘模塊,第一通信模塊,同步信號發(fā)射接收模塊,至少Ξ個超聲波發(fā)射模塊,所 述超聲波發(fā)射模塊設(shè)置在坐標(biāo)已知且不共線間的位置上;所述第一時鐘模塊、第一通信模 塊、同步信號發(fā)射接收模塊、超聲波發(fā)射模塊分別與第一微控制器連接;所述接收模塊包括 第二微控制器,第二供電模塊,第二時鐘模塊,第二通信模塊,同步信號接收模塊、至少一個 超聲波接收模塊;所述第二供電模塊、第二時鐘模塊、第二通信模塊、同步信號接收模塊、超 聲波接收模塊分別與第二微控制器相連;所述發(fā)射模塊和接收模塊通過同步信號發(fā)射接收 模塊與同步信號接收模塊進(jìn)行時間同步信號連接,所述第二通信模塊與上位機(jī)通信連接。
[0005] 具體地,所述超聲波發(fā)射模塊包括超聲波驅(qū)動電路和超聲波發(fā)射探頭,所述超聲 波驅(qū)動電路的輸入端與第一微控制器連接,超聲波驅(qū)動電路的輸出端與超聲波發(fā)射探頭連 接;所述超聲波接收模塊包括超聲波接收探頭和超聲波信號調(diào)理電路,所述超聲波信號調(diào) 理電路的輸入端與超聲波接收探頭,超聲波信號調(diào)理電路的輸出端與第二微控制器連接。
[0006] 具體地,所述接收模塊還包括氣溫濕度與大氣壓強測量模塊,所述溫濕度與大氣 壓強測量模塊與上位機(jī)或第二微控制器連接,包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器。
[0007] 具體地,所述時間同步信號采用光信號、有線電信號或無線電信號。
[000引為實現(xiàn)上述目的,本實用新型提供一種如權(quán)利要求1所述超聲波Ξ維定位系統(tǒng)的 定位方法,包括W下步驟:
[0009] a.將發(fā)射模塊中至少Ξ個w上超聲波發(fā)射模塊安裝在坐標(biāo)已知且不共線的位置 上;
[0010] b.發(fā)射模塊中,第一微控制器控制同步信號發(fā)射接收模塊發(fā)送時間同步信號,再 控制超聲波發(fā)射模塊W已知時間間隔輪流發(fā)射超聲波信號;
[0011] C.接收模塊中,通過同步信號接收模塊接收步驟b中的時間同步信號并發(fā)送給第 二微控制器,通過至少一個超聲波接收模塊接收步驟b中的超聲波信號并發(fā)送給第二微控 制器;
[0012] d.第二微控制器記錄接收到步驟C中時間同步信號后,開始記錄步驟C中超聲波接 收模塊接收到的每個超聲波信號的時刻,并對超聲波接收模塊接收到的每個超聲波信號的 時刻進(jìn)行處理計算得出超聲波接收模塊的空間位置,再通過第二通信模塊發(fā)給上位機(jī); [001引 e.重復(fù)步驟a-d。
[0014] 具體地,超聲波發(fā)射模塊包括超聲波驅(qū)動電路和超聲波發(fā)射探頭,第一微控制器 控制超聲波驅(qū)動電路生成超聲波信號并放大,通過超聲波發(fā)射探頭發(fā)射;超聲波接收模塊 包括超聲波接收探頭和超聲波信號調(diào)理電路,超聲波接收探頭將接收到的超聲波信號經(jīng)過 超聲波信號調(diào)理電路放大、濾波、整形后發(fā)送給第二微控制器。
[0015] 具體地,還包括氣溫濕度與大氣壓強測量模塊,所述氣溫濕度與大氣壓強測量模 塊與第二通微控制器連接,包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器,其中溫度傳感器、濕 度傳感器、氣壓傳感器分別收集獲得大氣溫度、濕度和壓強值并發(fā)送給第二微控制器,第二 微控制器結(jié)合所述大氣溫度、濕度和壓強值及步驟d中得出的超聲波接收模塊的空間位置 數(shù)值進(jìn)行再處理,進(jìn)一步得出超聲波接收模塊的空間位置,再通過第二通信模塊發(fā)送給上 位機(jī)。
[0016] 為實現(xiàn)上述目的,本實用新型提供一種超聲波Ξ維定位系統(tǒng)的定位方法,其特征 在于,包括W下步驟:
[0017] a.將發(fā)射模塊中至少Ξ個W上超聲波發(fā)射模塊安裝在坐標(biāo)已知且不共線的位置 上;
[0018] b.發(fā)射模塊中,第一微控制器控制同步信號發(fā)射接收模塊發(fā)送時間同步信號,再 控制超聲波發(fā)射模塊W已知時間間隔輪流發(fā)射超聲波信號;
[0019] C.接收模塊中,通過同步信號接收模塊接收步驟b中的時間同步信號并發(fā)送給第 二微控制器,通過至少一個超聲波接收模塊接收步驟b中的超聲波信號并發(fā)送給第二微控 制器;
[0020] d.第二微控制器記錄接收到步驟C中時間同步信號后,開始記錄步驟C中超聲波接 收模塊接收到的每個超聲波信號的時刻,并通過第二通信模塊發(fā)給上位機(jī);
[0021] e.上位機(jī)對步驟d中的數(shù)值進(jìn)行處理計算得出超聲波接收模塊的空間位置;
[0022] f.重復(fù)步驟a-e。
[0023] 具體地,還包括氣溫濕度與大氣壓強測量模塊,所述氣溫濕度與大氣壓強測量模 塊與上位機(jī)連接,包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器,其中溫度傳感器、濕度傳感 器、氣壓傳感器分別收集獲得大氣溫度、濕度和壓強值并發(fā)送給上位機(jī),上位機(jī)結(jié)合所述大 氣溫度、濕度、壓強值及步驟e中得出的超聲波接收模塊的空間位置數(shù)值進(jìn)行再處理,進(jìn)一 步得出超聲波接收模塊的空間位置。
[0024] 由于時間同步信號的延遲遠(yuǎn)小于超聲波信號的延遲,從而可W計算出超聲波接收 模塊接收到超聲波發(fā)射模塊所發(fā)出的超聲波的時間延遲,從而計算出超聲波接收模塊與超 聲波發(fā)射模塊之間的距離,然后根據(jù)Ξ角定位方法計算出超聲波接收模塊的空間位置;
[0025] 本實用新型的有益效果在于:
[0026] 1.多目標(biāo)定位:能夠同時對多個目標(biāo)進(jìn)行定位,由于采用接收端定位的方式,發(fā)射 模塊僅提供時間同步和超聲波基準(zhǔn)信號,接收模塊與超聲波接收模塊數(shù)量的多少對發(fā)射端 沒有影響。
[0027] 2.定位精度高:采用本系統(tǒng)所述的方式定位精度可達(dá)IcmW下。
[0028] 3.成本低:本實用新型的成本遠(yuǎn)低于基于無線電或者視覺技術(shù)的Ξ維定位系統(tǒng)的 成本。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本實用新型的模塊框圖;
[0030] 圖2是超聲波發(fā)射與接收模塊結(jié)構(gòu)框圖;
[0031] 圖3是本實用新型的定位原理圖;
[0032] 圖4是本實用新型的定位時序圖。
[0033] 附圖標(biāo)號說明:1-發(fā)射模塊;10-第一微控制器;11-第一供電模塊;12-第一時鐘模 塊;13-第一通信模塊;14-同步信號發(fā)射接收模塊;15-超聲波發(fā)射模塊;151-超聲波驅(qū)動電 路;152-超聲波發(fā)射探頭;2-接收模塊;20-第二微控制器;21-第二供電模塊;22-第二時鐘 模塊;23-第二通信模塊;24-同步信號接收模塊;25-超聲波接收模塊;251-超聲波接收探 頭;252-超聲波信號調(diào)理電路;26-氣溫濕度與大氣壓強測量模塊;3-上位機(jī)。
【具體實施方式】