一种基于网络级时钟同步的超声波测距方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感器网络定位技术领域，特别是指一种基于网络级时钟同步的超声波测距方法及系统。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络与传统的互联网不同，无线传感器网络具有自组织、资源受限、以数据为中心、与应用相关等特点，可以适应复杂多变的环境，有着广泛的应用前景。无线传感器网络由很多个节点组成，这些集成有传感器、微处理器单元、通信模块、电源模块的微小节点可以通过自组织的方式构成一个网络，每个节点把传感器采集到的数据，通过无线网络最终发送回控制中心，进行分析并采取相应的操作。
[0003]定位技术作为无线传感器网络的主要技术之一，在工业监测、医疗、入侵检测等方面被广泛应用。无线传感器网络的节点通常被随机分散在一定的区域内，或者被放置在较为复杂或危险的环境下，要想得到每个节点的位置信息是很困难甚至是不可能的，而这些节点采集到的数据往往会与其位置信息相关，因此定位技术在无线传感器网络中的应用很广泛。
[0004]—些室外定位系统通常装有GPS定位模块，可以实现精准的定位，但是GPS模块功耗大、体积大，而无线传感器网络节点资源受限，因此需要通过其它手段来对节点进行定位。常用的定位方法有基于接收端信号强度(RSSI)、基于到达时间(TOA)、基于到达角度(AOA)、基于到达时间差(TDOA)等。
[0005]传统的超声测距方法属于TDOA方法，利用射频和超声到达的时间差来计算两个节点之间的距离，在每次测距过程中必须发送一包射频数据，当单位时间内测距次数增加时，会对网络负载造成一定压力，同时也会增加节点功耗，缩短网络的生存周期。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种基于网络级时钟同步的超声波测距方法及系统，以解决现有技术所存在的传统超声测距方法网络负载压力大、节点功耗大、生存周期短的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于网络级时钟同步的超声波测距方法，包括:
[0008]利用网络级别的时钟同步，当发送超声波的发送节点发送超声波时，接收所述超声波的接收节点开始计时；
[0009]当接收节点接收到所述超声波时，所述接收节点停止计时，并根据停止计时与开始计时之间的时间差确定发送节点和接收节点之间的距离。
[0010]可选地，所述利用网络级别的时钟同步，当发送超声波的发送节点发送超声波时，接收所述超声波的接收节点开始计时之前包括:
[0011]当各节点入网时钟同步后，在每个时隙的开始时刻判断当前时隙类型；
[0012]若所述时隙类型为测距时隙时，则根据预先设定的工作状态表，确定各节点的工作状态；
[0013]其中，所述工作状态包括:发送超声波、接收超声波和静默状态。
[0014]可选地，所述利用网络级别的时钟同步，当发送超声波的发送节点发送超声波时，接收所述超声波的接收节点开始计时包括:
[0015]当确定一节点A的工作状态为发送超声波时，则立即触发该节点A对应的超声模块向接收节点发送超声波脉冲信号，其中，该节点A称为发送节点；
[0016]当确定一节点B的工作状态为接收超声波时，则立即记录该节点B的当前时间!\，该节点B为接收发送节点发来的超声波信号的接收节点。
[0017]可选地，所述当接收节点接收到所述超声波时，所述接收节点停止计时，并根据停止计时与开始计时之间的时间差确定发送节点和接收节点之间的距离包括:
[0018]若所述接收节点对应的超声模块在预设时间内没有收到所述发送节点发送的超声波信号，则所述接收节点不作任何操作，等待下一组测距时隙到来；
[0019]若所述接收节点对应的超声模块在预设时间内接收到所述发送节点发送的超声波信号，则记录所述接收节点接收到所述超声波的时间τ2，
[0020]根据1~2与?\的时间差及超声波在空气中的传播速度，确定发送节点和接收节点之间的距离，本次测距过程结束，等待下一组测距时隙到来。
[0021]可选地，在本次测距过程中，处于静默状态的节点不执行操作，等待本组测距时隙结束。
[0022]可选地，所述超声测距方法为非反射式测距，所述发送节点发出超声波后，不需要反射，由所述接收节点直接接收所述发送节点发出的超声波信号；
[0023]所述时钟同步方式包括:绝对时隙数同步、数据包同步和确认包同步。
[0024]可选地，所述超声模块的探头为收发一体探头或收发分体探头。
[0025]本发明实施例还提供一种基于网络级时钟同步的超声波测距系统，包括:
[0026]发送单元，用于利用网络级别的时钟同步，通过发送节点向接收节点发送超声波；
[0027]第一记录单元，用于在发送节点向所述接收节点发送超声波的同时，记录当前所述接收节点的时间;
[0028]节点距离确定单元，用于当所述接收节点接收到所述超声波时，记录当前所述接收节点的时间Τ2，并根据TjP T i的时间差确定发送节点和接收节点之间的距离。
[0029]可选地，所述系统还包括:
[0030]时隙类型判断单元，用于当各节点入网时钟同步后，在每个时隙的开始时刻判断当前时隙类型；
[0031]工作状态确定单元，用于当所述时隙类型为测距时隙时，则根据预先设定的工作状态表，确定各节点的工作状态；
[0032]其中，所述工作状态包括:发送超声波、接收超声波和静默状态。
[0033]可选地，所述节点距离确定单元包括:
[0034]计时等待模块，用于当所述接收节点对应的超声模块在预设时间内没有收到所述发送节点发送的超声波信号时，则所述接收节点不作任何操作，等待下一组测距时隙到来；
[0035]第二记录模块，用于当所述接收节点对应的超声模块在预设时间内接收到所述发送节点发送的超声波信号时，则记录所述接收节点接收到所述超声波的时间T2;
[0036]节点距离确定模块，用于根据1~2与T i的时间差及超声波在空气中的传播速度，确定发送节点和接收节点之间的距离，本次测距过程结束，等待下一组测距时隙到来。
[0037]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0038]上述方案中，通过利用网络级别的时钟同步，当发送超声波的发送节点发送超声波时，接收所述超声波的接收节点开始计时；当接收节点接收到所述发送节点发送的超声波时，所述接收节点停止计时，并根据停止计时与开始计时之间的时间差来确定发送节点和接收节点之间的距离。这样，利用网络级别的时钟同步技术，网络中所有节点的时间都是同步的，不需要在发送超声波的同时发送额外的射频数据包来获得发送节点和接收节点之间的同步，只需根据超声波在空气中的传输时间(停止计时与开始计时之间的时间差)来确定发送节点和接收节点之间的距离，从而能够减少网络流量、降低网络负载和节点功耗，提高整个网络的生存周期。
【附图说明】
[0039]图1为本发明实施例提供的基于网络级时钟同步的超声波测距方法的方法流程图；
[0040]图2为本发明实施例提供的两个节点的结构示意图；
[0041]图3为本发明实施例提供的单个节点工作流程示意图；
[0042]图4为本发明实施例提供的基于网络级时钟同步的超声波测距方法的详细方法流程图。
【具体实施方式】
[0043]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0044]本发明针对现有的传统超