[發明專利]一種基于超聲波的智能車自動定位系統及方法

在審

• 申請號: 201410505728.X
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104267376A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 楊婷婷;王耀函;呂游
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

1.??一種基于超聲波的智能車自動定位系統，所述系統包括超聲發射單元、超聲接收單元以及控制計算單元，其特征在于，所述超聲波發射單元安裝在智能車上，所述超聲接收單元分別安裝在三個定點上，所述超聲發射單元與超聲接收單元分別與控制計算單元相連。

2.根據權利要求1所述的自動定位系統，其特征在于，所述超聲波發射單元包括超聲波發射頭，所述超聲接收單元包括超聲波接收頭，所述控制計算單元為單片機，所述超聲波發射單元通過單片機的控制，完成周期性的超聲信號的發射。

3.根據權利要求2所述的自動定位系統，其特征在于，所述單片機包括多個I/O端口，兩個定時器及串口。

4.根據權利要求3所述的自動定位系統，其特征在于，采用?MAX232芯片增大超聲波發射單元的電路驅動能力，MAX232芯片的10,11引腳接收到單片機40kHz的脈沖信號后，將其放大為正負10V的驅動電壓，再通過7,14引腳送給超聲波發射頭，帶動超聲發射頭的壓電晶片起振，以發出超聲信號。

5.??根據權利要求3所述的自動定位系統，其特征在于，所述超聲波接收單元對接收的超聲信號進行兩級放大，并將放大的信號經比較器輸出至單片機的端口。

6.一種基于超聲波的智能車自動定位方法，采用權利要求1-5之一所述的自動定位系統，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

1）信號檢測步驟：發射頭周期性地向上發射超聲信號，單片機則不斷地查詢端口是否有跳變信號；接收頭所在a、b、c三點任一點最先接收到超聲信號后，該信號經過放大比較，送到單片機對應端口；單片機查詢到三個端口中的任意一個有跳變信號時，記錄下該端口號，打開兩個定時器，并屏蔽該端口號，然后繼續查詢另外兩個端口；

2）信號記錄步驟：a、b、c三點中第二點接收到超聲信號后，同樣把信號傳到單片機端口，單片機查詢到第二個端口的跳變信號時，記錄下該端口號，同時關閉定時器一，并保存超聲波到達前兩點的時間差△t₀，然后再屏蔽該端口號，繼續查詢最后一個端口；同樣，接收到最后一個跳變信號后，關閉定時器二，記錄第三點與第一點收到的時間差△t₁；由此獲得三個點接收到超聲波的順序及兩個時間差△t₀，△t₁；

3）?信號計算步驟：?單片機將超聲波接收順序和兩個時間差這三個量由RS232總線發送到PC機的串口，PC機收到這三個量，代入已知方程，并求解一個二元二次方程，便可計算出動點m當前時刻在坐標系的位置。

7.根據權利要求6所述的自動定位方法，其特征在于，在所述步驟3）中具體的算法為：

設a、b、c三點構成的等邊三角形邊長為6a，三角形的中心點作為坐標的原點，動點m在接收平面的映射坐標為（x,y），動點與接收平面的垂直距離為h，超聲波傳播速度為v，動點到三個接收點的超聲波傳播時間分別為Ta、Tb、Tc，代入二元二次方程組：

通過求解此方程組即可計算出x和y的值，得到動點m的二維定位信息。

8.根據權利要求7所述的自動定位方法，其特征在于，采取溫度補償的方法，在不同的溫度使用不同的超聲波速v。

9.根據權利要求7所述的自動定位方法，其特征在于，所述方法還包括監測步驟，具體包括載入地圖、設置中心坐標、設置發射點與接收點坐標、讀取環境溫度、添加網格、局部縮放等。