一种基于超声波的室内定位系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于超声波的室内定位系统及方法，该系统包括依次连接的超声波发射单元、超声波接收单元和数据处理单元；该系统实现室内定位的方法：超声波发射单元产生两种不同频率的超声波，并以预定的时间间隔按预定的顺序发送超声波；超声波接收单元接收超声波发射单元发出的超声波，滤除干扰杂波，并将处理后的信号传输至数据处理单元；数据处理单元对超声波接收单元传入的数据进行处理，获得移动物体的三维坐标。本发明通过超声波发射单元的特殊设计，以及时间差的应用，解决了超声波发射端与接收端的时间同步问题，移动物体不需发射信号，仅靠接收信号就能完成定位；定位解算高效，实现了移动物体的空间准确定位。

主权项

一种基于超声波的室内定位系统，其特征在于包括依次连接的超声波发射单元、超声波接收单元和数据处理单元；所述超声波发射单元，用于产生两种不同频率的超声波，并以预定的时间间隔按预定的顺序发送超声波；所述超声波接收单元，用于接收超声波发射单元发出的超声波，滤除干扰杂波，并将处理后的信号传输至数据处理单元；所述数据处理单元，用于对超声波接收单元传入的数据进行处理，获得移动物体的三维坐标；所述超声波发射单元包括超声波发射探头、单片机控制单元、信号传输单元和信号驱动单元；所述单片机控制单元，含有控制器，用于产生远程控制信号，控制超声波发射探头产生两种不同频率的超声波信号，并控制超声波发射探头发射超声波信号的时间间隔与循环方式；所述信号传输单元，通过预定的通信协议将单片机控制单元产生的远程控制信号远距离传输给信号驱动单元；所述信号驱动单元，包含驱动器，用于增强远程控制信号的驱动能力，驱动超声波发射探头发射超声波；所述超声波接收单元包括信号放大单元和信号整形单元；所述信号放大单元包括超声波接收探头和放大器，超声波接收探头用于接收超声波信号，并将超声波信号转化为同频的电压正弦信号；放大器用于将电压正弦信号进行放大，并将放大后的电压正弦信号传给信号整形单元；所述信号整形单元，包括比较器，用于将电压正弦信号整形为方波；所述数据处理单元包括温度传感器和单片机处理器；所述温度传感器，用于实时测量室内温度，并将测得的室内温度传送给单片机处理器；所述单片机处理器，用于对超声波接收单元传入的数据进行解算，确定移动物体在空间坐标系中的坐标；所述超声波发射探头为若干个，所有超声波发射探头在室内坐标系中位置已知，彼此之间相对位置固定，并构成结构稳定的基线对；所述超声波发射探头中的一个超声波发射探头发射一种频率的超声波，其余的超声波发射探头均发射不同于该频率的超声波；所述超声波发射探头按预定的时间间隔和预定的顺序发射超声波，并按此循环；所述超声波接收单元和数据处理单元均安装在移动物体上；所述超声波发射探头安装在室内的天花板上；在天花板或较高位置安放四个超声波发射探头，其中第一个发射探头发射频率定为f1，其余探头的发射频率选为f2；当移动物体接收到第一个发射探头的超声波时，开始进行计时，接收到后面三个探头的超声波的时间分别为t2、t3、t4，利用超声波定位解算算法进行解算，解算完后再等待接收第一个探头的超声波作为下一次定位的起始，从而循环进行定位解算。