具备无线射频装置和超声波装置的定位系统的制作方法

本实用新型涉及定位技术领域，特别涉及一种具备无线射频装置和超声波装置的定位系统。

背景技术：

由于超声波有很强的方向性，所以目前所有基于无线和超声波的定位技术，在获取位置信息前，都需要先将超声波发射模块和超声波接收模块的收发探头水平放置并相互对准后，再进行收发操作，接收模块才能接收到超声波信息，如果未对准或偏差较大，超声波接收模块都无法收到信息，因此，为了在实际使用中避免这种情况，安装超声波的设备往往需要满足以下至少一个条件（为便于描述，以设备A作为基准设备，用于接收超声波，设备B为待定位设备，可以发射超声波）：

第一，根据超声波接收角度的大小，在设备A四周必须布置多个超声波接收模块，完全覆盖平面内360度的范围，而且布置时还需要保证同一时刻必须至少有两个超声波接收模块收到信息，这样才能计算出设备B相对于设备A的距离和方向。除此之外，设备B上的超声波发射模块也需要安装多个，在发射的时候覆盖平面内360度的范围，这样设备A和B只要一次收发，就能实现定位。

第二，在上述的定位系统中，设备B也可以通过电机和超声波结合的方式，让超声波发射模块旋转，在数秒之内向四周发射超声波，这样设备A也能收到超声波信息。

所以，要满足以上任一个条件，不是对超声波模块的数量有一定要求，就是要增加额外的设备（如电机）来控制超声波转动，同时在定位效率上也会降低，无法一次定位成功。

比如，在中国专利CN201210003043.6中公开了一种基于超声波和无线的联合定位方法。该专利文件中公开的定位系统包括一个基准点和多个待定位点，基准点是由超声波发射模块、无线射频发射模块和定时模块组成，待定位点是由超声波接收模块、无线射频接收模块以及处理超声波接收模块和无线射频信号的主模块组成。基准点周期性的同时发射超声波信号和无线射频信号，待定位点不断接收无线射频信号，当接收到时，启动对应的计时器直到收到超声波信号停止计时，并由主处理模块处理各探头到基准点距离，计算出待定位点的位置，从而实现定位。

上述专利（CN201210003043.6）的缺点在于：由于超声波的水平安装方式导致在定位的时候，待定位点上的部分超声波模块存在接收盲区，无法一次性获得超声波发射信号，需要基准设备周期性地不停尝试发射超声波信号才有可能收到信号，使得其定位效率十分低下，在实际场合难以使用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具备无线射频装置和超声波装置的定位系统，不仅可以减少超声波装置的安装数量，同时使得超声波装置在发射和接收的时候不再存在盲区，可一次性完成信号的发射和接收，使得定位效率可以达到最高，只要一次超声波收发操作便可定位出位置，节约能耗。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种具备无线射频装置和超声波装置的定位系统，包含：

一待定位设备，还包含一个超声波发射装置、一个无线射频发射装置与一第一控制板，超声波发射装置、无线射频发射装置皆安装在第一控制板上，其中超声波发射装置相对于地面垂直设置，用于朝向地面发射超声波信号；以及

一基准设备，还包含至少一个超声波接收装置、一个无线射频接收装置与一第二控制板；超声波接收装置、无线射频接收装置皆安装在第二控制板上，其中超声波接收装置相对于地面垂直设置，用于接收超声波信号；

在定位时，第一控制板同时触发超声波发射装置与无线射频发射装置，发射超声波信号与射频信号；当无线射频接收装置接收到射频信号时，第二控制板触发超声波接收装置；当超声波接收装置接收到超声波信号时，第二控制板根据无线射频接收装置接收到射频信号与超声波接收装置接收到超声波信号的时刻，以确定待定位设备和基准设备的距离，藉以获取待定位设备相对于基准设备的位置。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，超声波发射装置和超声波接收装置安装方式为垂直于地面，这样超声波信号发射的时候一触碰到水平地面就能够在水平面上朝360度范围内扩散，超声波接收装置也能从水平面上的360度方向接收信号。通过本实用新型实施方式的具备无线射频装置和超声波装置的定位系统，不仅可以减少超声波装置的安装数量，同时使得超声波装置在发射和接收的时候不再存在盲区，可一次性完成信号的发射和接收，使得定位效率可以达到最高，只要一次超声波信号的收发操作便可定位出位置，节约能耗。

进一步地，超声波接收装置的数目可以为三个。在定位时，当无线射频接收装置接收到射频信号时，第二控制板同时触发三个超声波接收装置。

进一步地，还可以包含四个计时器。四个计时器均与第二控制板连接，四个计时器与无线射频接收装置、三个超声波接收装置一一对应。

进一步地，待定位设备与基准设备之间的距离可以小于或者等于6米。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施方式的具备无线射频装置和超声波装置的定位系统的结构俯视图。

图2是根据本实用新型一实施方式的具备无线射频装置和超声波装置的定位系统的结构顶视图。

图3是根据本实用新型一实施方式的具备无线射频装置和超声波装置的定位系统的结构正视图。

图4是根据本实用新型一实施方式的具备无线射频装置和超声波装置的定位系统的产品透视俯视图。

图5是根据本实用新型一实施方式的具备无线射频装置和超声波装置的定位系统的产品透视正视图。

图6是根据本实用新型一实施方式的具备无线射频装置和超声波装置的定位系统的产品透视底视图。

图7是根据本实用新型一实施方式中的具备无线射频装置和超声波装置的定位系统中各装置之间的位置关系示意图。

主要组件符号说明：

1：待定位设备

11：超声波发射装置

12：无线射频发射装置

13：第一控制板

2：基准设备

21：超声波接收装置

22：无线射频接收装置

23：第二控制板

24：计时器

3：地面。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型一实施方式涉及一种具备无线射频装置和超声波装置的定位系统，具体结构如图1－3所示，本实用新型的定位系统包含：待定位设备1与基准设备2。其中，待定位设备1上包括一个超声波发射装置11、一个无线射频发射装置12与第一控制板13，其中超声波发射装置11、无线射频发射装置12皆安装在第一控制板13上，超声波发射装置11相对于地面3垂直设置，用于朝向地面3发射超声波信号。基准设备2上包含至少一个超声波接收装置21、一个无线射频接收装置22与第二控制板23；超声波接收装置21、无线射频接收装置22均安装在第二控制板23上；超声波接收装置21相对于地面3垂直设置，用于接收超声波信号。

在定位时，第一控制板13同时触发超声波发射装置11与无线射频发射装置12，以分别发射超声波信号与射频信号；当无线射频接收装置12接收到射频信号时，第二控制板23触发超声波接收装置21；当超声波接收装置21接收到超声波信号时，第二控制板23根据无线射频接收装置22接收到射频信号的时刻与超声波接收装置21接收到超声波信号的时刻之间的时间间隔，获取待定位设备1相对于基准设备2的位置。

在一个实施方式中，超声波装置的安装方式如图1－3所示，在待定位设备1中仅需安装一个垂直朝向水平地面的超声波发射装置11，基准设备2中可以安装三个垂直朝向水平地面3的超声波接收装置21。在定位时，当无线射频接收装置22接收到射频信号时，第二控制板23同时触发三个超声波接收装置21；当三个超声波接收装置21均接收到超声波信号时，第二控制板23根据无线射频接收装置22接收到射频信号的时刻分别与三个超声波接收装置21接收到超声波信号的时刻之间的时间间隔，获取待定位设备1相对于基准设备2的位置。值得说明的，本实施方式所揭露的超声波接收装置21所使用的数量是三个，但熟悉本技术领域的人员，可以从本专利申请的技术方案中扩充超声波接收装置21的使用数量可以是三个以上，并不以本实施方式所使用的数量为限。

在一个实施方式中，本实用新型的定位系统中还可以包含四个计时器24。四个计时器24均与第二控制板23连接，四个计时器24与无线射频接收装置12、三个超声波接收装置21一一对应；当无线射频接收装置22接收到射频信号时，第二控制板23触发无线射频接收装置22对应的计时器24记录接收时刻t0。当三个超声波接收装置21接收到超声波信号时，第二控制板23分别触发对应的计时器24记录接收时刻t1、t2、t3；第二控制板23根据接收时刻t0分别与接收时刻t1、t2、t3之间的时间间隔，获取待定位设备1相对于基准设备2的位置。

在一个实施方式中，待定位设备1与基准设备2之间的距离可以小于或者等于6米，其定位效果是最精确的。

在实际应用中，待定位设备1与基准设备2的产品透视图如图4－6所示。

本实用新型的实施方式中，基于无线射频和超声波的定位系统的定位过程如下：

首先，待定位设备1上的第一控制板13控制板控制无线射频发射装置12发射射频信号，同时，控制超声波发射装置11发射超声波信号。

接着，基准设备2上的无线射频接收装置22接收到射频信号后，记录接收时刻t0；同时，第二控制板23控制同时打开三个超声波接收装置21，准备接收超声波信号。

最后，基准设备2上的三个超声波接收装置21收到超声波信号后，基准设备2分别记录接收时刻t1、t2、t3，并根据超声波信号在空气中的传播速度v分别计算出三个超声波接收装置21同超声波发射装置11之间的距离，如图7所示，其中O点为基准设备2的中心位置，作为坐标系的原点，A、B、C三点表示基准设备2上的超声波接收装置21，P点为待定位设备1上的超声波发射装置11，其中，PA=v*（t1-t0），PB=v*（t2-t0），PC=v*（t3-t0），为求P点的坐标，只需要利用PA、PB、PC中最小的两个值便可，如图4所示为PA和PC的值，其余已知的条件为OA、OC、AC的长度和角∠AOX和∠OAC的值，基于这些信息，可以计算得出P点坐标，即实现待定位设备1定位。

计算P点坐标的过程如下：

第一步，通过余弦定理计算得出三角形△APC中角∠CAP的值。

第二步，计算出∠OAP的值；其中，∠OAP=∠CAP+∠OAC。

第三步，通过余弦定理计算△APO中OP的长度。

第四步，通过余弦定理计算△APO中∠AOP的值。

第五步，计算出∠POX的值；其中，∠POX=∠AOX-∠AOP。

第六步，计算出P点坐标。其中，P(X,Y) = P(OP*cos∠POX,OP*sin∠POX)。其中，X表示P点在坐标系中的横坐标，Y表示P点在坐标系中的纵坐标。

在本实施方式中，将无线射频技术和超声波收发技术进行结合，并将超声波装置朝向水平地面安装进行超声波信号的收发操作，不仅解决了待定位设备的定位问题，同时还解决了超声波信号的方向性限制问题，为实现有效定位，需要在平行于水平方向安装超声波装置数量过多的缺点，通过一次超声波收发操作便可定位出待定位设备的位置，将定位效率提到最高。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，超声波发射装置和超声波接收装置安装方式为垂直于地面，这样超声波信号发射的时候一触碰到水平地面就能够在水平面上朝360度范围内扩散，超声波接收装置也能从水平面上的360度方向接收信号。通过本实用新型实施方式的具备无线射频装置和超声波装置的定位系统，不仅可以减少超声波装置的安装数量，同时使得超声波装置在发射和接收的时候不再存在盲区，可一次性完成信号的发射和接收，使得定位效率可以达到最高，只要一次超声波收发操作便可定位出位置，节约能耗。

特别是，通过本实用新型实施方式中的超声波对地收发信号的安装结构，所产生的技术效果是：两个设备（基准设备2和待定位设备1）能够在室内六米范围内、一共只使用四个超声波装置的情况下，仅需一次操作便可定位出待定位设备1的位置。

需要说明的是，在本实施方式中，仅使用了四个超声波装置，而在实际应用时，也可以不局限于四个超声波装置，只要安装方式不脱离本实用新型中的对地安装结构，均在本实用新型的保护范围之内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。