基于超声传感器的测距定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于超声传感器的测距定位系统，包括超声发射端子系统和超声定位端子系统，超声发射端子系统和超声定位端子系统通过无线通信模块进行通讯；超声定位端子系统包括定位端无线通信模块、定位端微型控制器单元、定位端超声发射模块和定位端超声接收模块；超声发射端子系统包括发射端无线通信模块、发射端微型控制器单元和发射端超声发射模块。本发明所公开的基于超声传感器的测距定位系统，实现了超声传感器测距功能与定位功能的复用；通过超声定位端子系统和超声发射端子系统的超声传感器的数量的灵活配置，实现了单对多、多对多的测距和定位；通过温度传感器校准超声波的波速，实现了较高的测距和定位精度以及较高的实用性。
【专利说明】
基于超声传感器的测距定位系统
技术领域
[0001]本发明涉及测距定位系统，尤其是一种基于超声传感器的测距定位系统。【背景技术】
[0002]具有自主跟随避障功能的移动机器人广泛应用于高尔夫球场、病人看护、物流基地和军事运输等方面。为了实现不同移动机器人平台的目标定位与自主避障功能，搭载于其上的传感器系统必须具有良好的测距性能与可扩展性，以获得准确充足的外界环境信息。超声波测距具有精度高、成本低和稳定性好的优点，适用于移动机器人的目标定位与自主避障。
[0003]目前的超声波传感器模块以自发自收的形式居多，不能接收其他模块发射的超声波，因而不能同时满足测距与定位的需求。
【发明内容】
[0004]本发明以实现超声波收发可控为目标，设计了分体式的基于超声传感器的测距定位系统，实现了超声波传感器测距功能与定位功能的复用。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了下述方案:
[0006]—种基于超声传感器的测距定位系统，包括一个超声发射端子系统和一个超声定位端子系统，
[0007]所述超声发射端子系统和所述超声定位端子系统通过无线通信模块进行通讯；
[0008]所述超声定位端子系统包括定位端无线通信模块、定位端微型控制器单元、两个定位端超声发射模块和两个定位端超声接收模块，
[0009]所述定位端无线通信模块、第一定位端超声发射模块、第一定位端超声接收模块、 第二定位端超声发射模块和第二定位端超声接收模块分别与所述定位端微型控制器单元连接；
[0010]所述定位端微型控制器单元控制任意一个所述定位端超声发射模块和任意一个所述定位端超声接收模块进行通讯实现测距功能；
[0011]所述定位端微型控制器单元控制所述超声发射端子系统和任意一个所述定位端超声接收模块进行通讯实现定位功能。
[0012]优选地，所述超声定位端子系统还包括温度传感器，所述温度传感器与所述定位端微型控制器单元连接，所述定位端微型控制器单元根据所述温度传感器的信号校准所述定位端超声发射模块发射的超声波的波速。
[0013]优选地，所述的基于超声传感器的测距定位系统包括两个或两个以上所述超声发射端子系统，所述定位端微型控制器单元控制任意一个所述超声发射端子系统和任意一个所述定位端超声接收模块进行通讯实现定位功能。
[0014]优选地，所述的基于超声传感器的测距定位系统包括两个或两个以上所述超声定位端子系统。
[0015]优选地，所述超声定位端子系统还包括总线收发器，所有所述超声定位端子系统经总线收发器相互连接。
[0016]优选地，所述超声定位端子系统包括两个以上所述定位端超声发射模块和/或两个以上所述定位端超声接收模块。
[0017]优选地，所述超声发射端子系统包括发射端无线通信模块、发射端微型控制器单元和发射端超声发射模块，所述发射端无线通信模块和所述发射端超声发射模块与所述发射端微型控制器单元连接。
[0018]优选地，所述无线通信模块包括发射端无线通信模块和定位端无线通信模块，所述发射端无线通信模块和所述定位端无线通信模块连接。
[0019]优选地，所述基于超声传感器的测距定位系统工作在测距模式时，
[0020]所述定位端微型控制器单元根据所述温度传感器的信号校准所述定位端超声发射模块发射的超声波的波速，
[0021]所述定位端微型控制器单元根据测距指令控制所述定位端微型控制器单元的定时器、任意一个所述定位端超声发射模块和任意一个所述定位端超声接收模块同时开始工作，
[0022]所述定位端微型控制器单元根据所述定位端超声接收模块接收到的回波信号控制所述定时器、所述定位端超声发射模块和所述定位端超声接收模块同时停止工作，
[0023]所述定位端微型控制器单元根据超声波的波速和所述定时器的计时时间计算出距离，完成测距功能。
[0024]进一步地，所述定位端微型控制器单元根据设定的回波接收阈值时间控制所述定时器、所述定位端超声发射模块和所述定位端超声接收模块同时停止工作；[0〇25] 所述定位端微型控制器单元根据测距指令控制所述定位端微型控制器单元的定时器、任意一个所述定位端超声发射模块和任意一个所述定位端超声接收模块再一次同时开始工作，直到完成测距功能。[0〇26]优选地，所述基于超声传感器的测距定位系统工作在定位模式时，
[0027]所述定位端微型控制器单元控制所述定位端无线通信模块向所述发射端无线通信模块发射定位指令信号，
[0028]所述发射端微型控制器单元根据所述发射端无线通信模块接收到的定位指令信号向所述定位端无线通信模块发射同步信号，同时控制所述发射端超声发射模块发射超声波；
[0029]所述定位端微型控制器单元根据所述定位端无线通信模块接收到的同步信号控制所述定时器和任意一个所述定位端超声接收模块同时开始工作，
[0030]所述定位端微型控制器单元根据所述定位端超声接收模块接收到的超声波信号控制所述定时器和所述定位端超声接收模块同时停止工作，
[0031]所述定位端微型控制器单元根据超声波的波速和所述定时器的计时时间计算出所述超声发射端子系统和所述超声定位端子系统之间的相对距离，实现所述超声定位端子系统对所述超声发射端子系统的定位。
[0032]本发明中，所述超声发射端子系统和所述超声定位端子系统采用单片机作为微型控制器单元，负责超声发射脉冲的产生、测距计时与距离计算;且都具备超声发射功能与无线通信功能。
[0033]本发明中，所述超声定位端子系统设有n个(n多2)所述定位端超声发射模块和所述定位端超声接收模块，即n(n多2)路超声收发可控的电路，既可自发自收超声波进行测距避障，又可接收所述超声发射端子系统发射的超声波来定位所述超声发射端子系统；因为超声波波速与温度有关，为了校准波速，所述超声定位端子系统设有所述温度传感器，使超声测距更为精确。
[0034]本发明中，所述超声发射端子系统和所述超声定位端子系统设有独立的电池供电，方便用户使用。
[0035]本发明中，当所述超声定位端子系统设有多个时，所述超声定位端子系统之间通过所述总线收发器(如CAN总线收发器、485总线收发器等)级联组网，使得所述基于超声传感器的测距定位系统使用的所述超声定位端子系统的数量不受限制，并通过无线通信模块与所述超声发射端子系统进行时间同步。
[0036]本发明所公开的基于超声传感器的测距定位系统可以由一个或多个超声发射端子系统和一个或多个超声定位端子系统组成，所述超声发射端子系统和所述超声定位端子系统均设有无线通信模块。
[0037]本发明中，所述超声定位端子系统既能接收超声波也能发射超声波。
[0038]本发明中，所述超声发射端子系统与所述超声定位端子系统通过无线通信模块进行时间同步。
[0039]本发明中，所述超声定位端子系统通过所述总线收发器进行级联组网，提高了系统的可扩展性和测距数据采集能力。
[0040]本发明中，所述超声定位端子系统通过所述温度传感器校准超声波波速。
[0041]本发明中，所述超声发射端子系统和所述超声定位端子系统均采用电池单独供电，方便用户使用。[〇〇42]本发明产生的有益效果:[〇〇43]本发明所公开的基于超声传感器的测距定位系统，通过设置超声发射端子系统和超声定位端子系统，实现了超声传感器测距功能与定位功能的复用;通过超声定位端子系统和超声发射端子系统的超声传感器的数量的灵活配置，能够实现单对多、多对多的测距和定位;通过温度传感器校准超声波的波速，实现了较高的测距和定位精度以及较高的实用性。【附图说明】
[0044]图1为本发明的基于超声传感器的测距定位系统的组成结构示意图；[〇〇45]图2为本发明的基于超声传感器的测距定位系统的超声测距流程图；
[0046]图3为本发明的基于超声传感器的测距定位系统的超声定位流程图。
[0047]图中:
[0048]超声发射端子系统1、超声定位端子系统2、发射端无线通信模块3、发射端微型控制器单元4、发射端超声发射模块5、定位端无线通信模块6、定位端微型控制器单元7、第一定位端超声发射模块8、第一定位端超声接收模块9、温度传感器10、总线收发器11、第二定位端超声发射模块12和第二定位端超声接收模块13。【具体实施方式】
[0049]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0050]如图1所示的基于超声传感器的测距定位系统的组成结构示意图:[0051 ] 一种基于超声传感器的测距定位系统，包括一个超声发射端子系统1和一个超声定位端子系统2,所述超声发射端子系统1和所述超声定位端子系统2通过无线通信模块进行通讯。[〇〇52]所述超声定位端子系统2包括定位端无线通信模块6、定位端微型控制器单元7、两个定位端超声发射模块和两个定位端超声接收模块，所述定位端无线通信模块6、第一定位端超声发射模块8、第一定位端超声接收模块9、第二定位端超声发射模块12和第二定位端超声接收模块13分别与所述定位端微型控制器单元7连接;所述超声定位端子系统2还包括温度传感器10,所述温度传感器10与所述定位端微型控制器单元7连接，所述定位端微型控制器单元7根据所述温度传感器10的信号校准所述定位端超声发射模块8发射的超声波的波速。[〇〇53]所述超声发射端子系统1包括发射端无线通信模块3、发射端微型控制器单元4和发射端超声发射模块5,所述发射端无线通信模块3和所述发射端超声发射模块5与所述发射端微型控制器单元4连接;所述无线通信模块包括发射端无线通信模块3和定位端无线通信模块6，所述发射端无线通信模块3和所述定位端无线通信模块6连接。
[0054]所述发射端微型控制器单元4和所述定位端微型控制器单元7采用单片机;所述超声发射端子系统1和所述超声定位端子系统2分别设置独立的电池供电。
[0055]所述基于超声传感器的测距定位系统工作在测距模式时，
[0056]所述定位端微型控制器单元7根据所述温度传感器10的信号校准所述定位端超声发射模块8发射的超声波的波速，
[0057]所述定位端微型控制器单元7根据测距指令控制所述定位端微型控制器单元7的定时器、任意一个所述定位端超声发射模块和任意一个所述定位端超声接收模块同时开始工作，
[0058]所述定位端微型控制器单元7根据所述定位端超声接收模块接收到的回波信号控制所述定时器、所述定位端超声发射模块和所述定位端超声接收模块同时停止工作，
[0059]所述定位端微型控制器单元7根据超声波的波速和所述定时器的计时时间计算出距离，完成测距功能；
[0060]或所述定位端微型控制器单元7根据设定的回波接收阈值时间控制所述定时器、 所述定位端超声发射模块和所述定位端超声接收模块同时停止工作；[0061 ] 所述定位端微型控制器单元7根据测距指令控制所述定位端微型控制器单元7的定时器、任意一个所述定位端超声发射模块和任意一个所述定位端超声接收模块再一次同时开始工作，直到完成测距功能。[〇〇62]如图2所示的基于超声传感器的测距定位系统的超声测距流程图:
[0063]程序开始后首先使用所述温度传感器测量环境温度，通过查找事先建立的波速-温度对照表获得当前超声波波速，然后选取要进行测距的超声传感器组，系统可同时控制多组传感器进行测距。单片机通过定时器翻转电平产生多个40KHz脉冲方波经放大电路后发射超声波，同时定时器开始计时，直至单片机捕获到回波触发信号停止计时，通过计时时间测出距离。当发射超声波后，若在阈值时间内没有接收到回波信号，则停止接收回波。
[0064]所述基于超声传感器的测距定位系统工作在定位模式时，
[0065]所述定位端微型控制器单元7控制所述定位端无线通信模块6向所述发射端无线通信模块3发射定位指令信号，
[0066]所述发射端微型控制器单元4根据所述发射端无线通信模块3接收到的定位指令信号向所述定位端无线通信模块6发射同步信号，同时控制所述发射端超声发射模块5发射超声波；[〇〇67]所述定位端微型控制器单元7根据所述定位端无线通信模块6接收到的同步信号控制所述定时器和任意一个所述定位端超声接收模块同时开始工作，
[0068]所述定位端微型控制器单元7根据所述定位端超声接收模块接收到的超声波信号控制所述定时器和所述定位端超声接收模块同时停止工作，
[0069]所述定位端微型控制器单元7根据超声波的波速和所述定时器的计时时间计算出所述超声发射端子系统1和所述超声定位端子系统2之间的相对距离，实现所述超声定位端子系统2对所述超声发射端子系统1的定位。
[0070]如图3所示的基于超声传感器的测距定位系统的超声定位流程图:
[0071]由所述超声定位端子系统2主动向所述超声发射端子系统1进行时间同步，随后所述超声发射端子系统1发射超声波，所述超声定位端子系统2开始测距计时；当所述超声定位端子系统2接收到回波后停止计时，并推算出所述超声发射端子系统1的距离，进一步确定所述超声发射端子系统1与所述超声定位端子系统的相对位置。
[0072]具体实施时，多个所述超声定位端子系统2也可通过分时轮循的方式定位多个所述超声发射端子系统1，实现多对多的测距与定位。
[0073]具体实施时，所述超声定位端子系统2也可以包括两个以上上述定位端超声发射模块和/或两个以上上述定位端超声接收模块;也可以包括两个或两个以上所述超声发射端子系统1;也可以包括两个或两个以上所述超声定位端子系统2,所有所述超声定位端子系统2经总线收发器11相互连接。[〇〇74]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于超声传感器的测距定位系统，其特征在于:包括一个超声发射端子系统(1) 和一个超声定位端子系统(2)，所述超声发射端子系统(1)和所述超声定位端子系统(2)通过无线通信模块进行通讯；所述超声定位端子系统(2)包括定位端无线通信模块(6)、定位端微型控制器单元(7)、 两个定位端超声发射模块和两个定位端超声接收模块，所述定位端无线通信模块(6)、第一定位端超声发射模块(8)、第一定位端超声接收模 块(9)、第二定位端超声发射模块(12)和第二定位端超声接收模块(13)分别与所述定位端 微型控制器单元(7)连接；所述定位端微型控制器单元(7)控制任意一个所述定位端超声发射模块和任意一个所 述定位端超声接收模块进行通讯实现测距功能；所述定位端微型控制器单元(7)控制所述超声发射端子系统(1)和任意一个所述定位 端超声接收模块进行通讯实现定位功能。2.根据权利要求1所述的基于超声传感器的测距定位系统，其特征在于:所述超声定位 端子系统(2)还包括温度传感器(10)，所述温度传感器(10)与所述定位端微型控制器单元 (7)连接，所述定位端微型控制器单元(7)根据所述温度传感器(10)的信号校准所述定位端 超声发射模块(8)发射的超声波的波速。3.根据权利要求1所述的基于超声传感器的测距定位系统，其特征在于:包括两个或两 个以上所述超声发射端子系统(1)，所述定位端微型控制器单元(7)控制任意一个所述超声 发射端子系统(1)和任意一个所述定位端超声接收模块进行通讯实现定位功能。4.根据权利要求1或3所述的基于超声传感器的测距定位系统，其特征在于:包括两个 或两个以上所述超声定位端子系统(2)。5.根据权利要求4所述的基于超声传感器的测距定位系统，其特征在于:所述超声定位 端子系统(2)还包括总线收发器(11)，所有所述超声定位端子系统(2)经总线收发器(11)相 互连接。6.根据权利要求1所述的基于超声传感器的测距定位系统，其特征在于:所述超声定位 端子系统(2)包括两个以上所述定位端超声发射模块和/或两个以上所述定位端超声接收 丰旲块。7.根据权利要求1所述的基于超声传感器的测距定位系统，其特征在于:所述超声发射 端子系统(1)包括发射端无线通信模块(3)、发射端微型控制器单元(4)和发射端超声发射 模块(5)，所述发射端无线通信模块(3)和所述发射端超声发射模块(5)与所述发射端微型控制 器单元(4)连接。8.根据权利要求1所述的基于超声传感器的测距定位系统，其特征在于:所述基于超声 传感器的测距定位系统工作在测距模式时，所述定位端微型控制器单元(7)根据所述温度传感器(10)的信号校准所述定位端超声 发射模块(8)发射的超声波的波速，所述定位端微型控制器单元(7)根据测距指令控制所述定位端微型控制器单元(7)的 定时器、任意一个所述定位端超声发射模块和任意一个所述定位端超声接收模块同时开始 工作，所述定位端微型控制器单元(7)根据所述定位端超声接收模块接收到的回波信号控制 所述定时器、所述定位端超声发射模块和所述定位端超声接收模块同时停止工作，所述定位端微型控制器单元(7)根据超声波的波速和所述定时器的计时时间计算出距 离，完成测距功能。9.根据权利要求8所述的基于超声传感器的测距定位系统，其特征在于:所述定位端微 型控制器单元(7)根据设定的回波接收阈值时间控制所述定时器、所述定位端超声发射模 块和所述定位端超声接收模块同时停止工作；所述定位端微型控制器单元(7)根据测距指令控制所述定位端微型控制器单元(7)的 定时器、任意一个所述定位端超声发射模块和任意一个所述定位端超声接收模块再一次同 时开始工作，直到完成测距功能。10.根据权利要求1所述的基于超声传感器的测距定位系统，其特征在于:所述基于超 声传感器的测距定位系统工作在定位模式时，所述定位端微型控制器单元(7)控制所述定位端无线通信模块(6)向所述发射端无线 通信模块(3)发射定位指令信号，所述发射端微型控制器单元(4)根据所述发射端无线通信模块(3)接收到的定位指令 信号向所述定位端无线通信模块(6)发射同步信号，同时控制所述发射端超声发射模块(5) 发射超声波；所述定位端微型控制器单元(7)根据所述定位端无线通信模块(6)接收到的同步信号 控制所述定时器和任意一个所述定位端超声接收模块同时开始工作，所述定位端微型控制器单元(7)根据所述定位端超声接收模块接收到的超声波信号控 制所述定时器和所述定位端超声接收模块同时停止工作，所述定位端微型控制器单元(7)根据超声波的波速和所述定时器的计时时间计算出所 述超声发射端子系统(1)和所述超声定位端子系统(2)之间的相对距离，实现所述超声定位 端子系统(2)对所述超声发射端子系统(1)的定位。
【文档编号】G01S15/08GK105954753SQ201610246695
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】王治彪, 毕树生, 牛传猛
【申请人】北京九星智元科技有限公司