[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

技術領域

本發明屬于移動設備定位技術領域，具體涉及一種超聲波二維定位系統及方法，使用該系統其定位精度較高且系統更簡化，同時具備實時監測功能。

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背景技術

超聲波與其他聲波相比傳輸的方向性更好，穿透能力更強。超聲波測距技術無需與測距物體接觸，即可方便地測量距離。超聲波在速度距離的測量，金屬探傷，廚具清潔等很多行業具有特定功能。

超聲波傳感器是目前傳感器技術中應用最為普及的傳感器之一，短距離的超聲波測距系統已經在實際中有所應用，測距精度為厘米級。

目前，公知的超聲波二維定位裝置包括兩種形式：一種在三面有墻壁的場所，利用裝載在定位物體的反射式測距系統測得到三面墻的距離，這種方案在實際應用中受到多種限制。另一種應用比較普遍的方案是將超聲波接收探頭固定不動，將超聲波發射探頭安裝在待定位的移動物體上（反之亦可），用單片機測量發射探頭到接收探頭之間超聲波的傳播時間，再利用公式計算傳播距離，最終確定待測物體與固定探頭之間的相對二維位置關系。傳統的超聲波定位系統需要在主體部分中設置無線電地址編碼發射電路和無線電地址編碼觸發電路，以實現對超聲波傳播時間進行記錄，通過編碼電路提供時間基準將信號同步，這種系統結構比較復雜。

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發明內容

為了優化傳統超聲波定位中采用統一時間基準的系統結構，本發明的目的在于提供一種超聲波二維定位裝置，該裝置從硬件電路和計算方法兩方面對定位系統結構進行優化，保證定位精度的同時降低了設計成本；同時對定位系統進行動態監視，能夠對待定位物體進行實時跟蹤監測。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供了一種基于超聲波的智能車自動定位系統，包括超聲發射單元、超聲接收單元以及控制計算單元，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。

本發明還提供一種基于超聲波的智能車自動定位方法，采用所述的自動定位系統，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。

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本發明的有益效果是：該定位系統不僅能夠對物體進行有效定位，同時可對其實時監測，在保證較高定位精度的同時降低了定位系統設計成本。

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附圖說明

圖1為本發明的定位系統設計原理圖；

圖2為本發明的定位系統結構示意圖；

圖3為本發明的逐漸逼近算法驗證效果圖；

圖4為本發明的超聲波發射部分硬件電路結構圖；

圖5為本發明的超聲波發射頭示意圖；

圖6為本發明的超聲波接收部分硬件電路結構圖；

圖7為本發明的串行通信軟件流程圖；

圖8為本發明的監測軟件主程序框圖；

圖9為本發明的監測軟件運行示意圖。

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具體實施方式

本發明設計了基于超聲波的智能車定位系統，系統設計原理圖及系統結構示意圖分別如圖1、圖2所示。具體結構如圖2，在底面的智能車m上安放一個超聲發射頭，房間頂面的三個定點a、b、c上安放三個超聲接收頭，a、b、c三點連成的三角形為等邊三角形；接收頭經過放大比較電路連接到單片機的I/O端口。