超声波三维定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及空间定位装置，尤指一种超声波Ξ维定位系统。
【背景技术】
[0002] 目前，小范围（诸如室内）定位技术主要是Ξ种：1.无线电定位，各个频段的都有 (RFID技术也可W归为此类），其原理是通过测量无线电信号的强度来确定位置，系统复杂、 定位精度不高(米级）；2.视觉定位，运种方法主要是基于摄像机采集到的地标的图像，采用 几何方法来确定位置，其缺陷主要在于对摄像头要求较高（需要标定），对计算能力要求较 高（需要进行图像处理），一旦地标脱离摄像机的视野则无法定位，因而运类系统成本高、功 耗大、结构复杂;3.超声波定位，运种方法的原理主要是测试通过测量超声波从多个发射点 到接收点的传送时间，计算多个发射点到接收点之间的距离，然后利用几何的方法求出接 收点的位置，运类系统的结构简单、成本低、定位精度较高（厘米级），已经在室内机器人定 位中得到应用。目前，超声波Ξ维定位主要采用一个发射器和多个接收器的方式对发射器 的位置进行定位，不能够同时对多个目标进行Ξ维定位。 【实用新型内容】
[0003] 为解决上述问题，本实用新型提供一种能够在一定的空间区域内，为多个目标提 供较为精确Ξ维位置信息的超声波Ξ维定位系统。
[0004] 为实现上述目，本实用新型采用的技术方案是:一种超声波Ξ维定位系统，包括至 少一发射模块、至少一接收模块、上位机，其中所述发射模块包括第一微控制器，第一供电 模块，第一时钟模块，第一通信模块，同步信号发射接收模块，至少Ξ个超声波发射模块，所 述超声波发射模块设置在坐标已知且不共线间的位置上;所述第一时钟模块、第一通信模 块、同步信号发射接收模块、超声波发射模块分别与第一微控制器连接;所述接收模块包括 第二微控制器，第二供电模块，第二时钟模块，第二通信模块，同步信号接收模块、至少一个 超声波接收模块;所述第二供电模块、第二时钟模块、第二通信模块、同步信号接收模块、超 声波接收模块分别与第二微控制器相连;所述发射模块和接收模块通过同步信号发射接收 模块与同步信号接收模块进行时间同步信号连接，所述第二通信模块与上位机通信连接。
[0005] 具体地，所述超声波发射模块包括超声波驱动电路和超声波发射探头，所述超声 波驱动电路的输入端与第一微控制器连接，超声波驱动电路的输出端与超声波发射探头连 接;所述超声波接收模块包括超声波接收探头和超声波信号调理电路，所述超声波信号调 理电路的输入端与超声波接收探头，超声波信号调理电路的输出端与第二微控制器连接。
[0006] 具体地，所述接收模块还包括气溫湿度与大气压强测量模块，所述溫湿度与大气 压强测量模块与上位机或第二微控制器连接，包括溫度传感器、湿度传感器、气压传感器。
[0007] 具体地，所述时间同步信号采用光信号、有线电信号或无线电信号。
[000引为实现上述目的，本实用新型提供一种如权利要求1所述超声波Ξ维定位系统的 定位方法，包括W下步骤：
[0009] a.将发射模块中至少Ξ个w上超声波发射模块安装在坐标已知且不共线的位置 上；
[0010] b.发射模块中，第一微控制器控制同步信号发射接收模块发送时间同步信号，再 控制超声波发射模块W已知时间间隔轮流发射超声波信号；
[0011] C.接收模块中，通过同步信号接收模块接收步骤b中的时间同步信号并发送给第 二微控制器，通过至少一个超声波接收模块接收步骤b中的超声波信号并发送给第二微控 制器；
[0012] d.第二微控制器记录接收到步骤C中时间同步信号后，开始记录步骤C中超声波接 收模块接收到的每个超声波信号的时刻，并对超声波接收模块接收到的每个超声波信号的 时刻进行处理计算得出超声波接收模块的空间位置，再通过第二通信模块发给上位机； [001引 e.重复步骤a-d。
[0014] 具体地，超声波发射模块包括超声波驱动电路和超声波发射探头，第一微控制器 控制超声波驱动电路生成超声波信号并放大，通过超声波发射探头发射;超声波接收模块 包括超声波接收探头和超声波信号调理电路，超声波接收探头将接收到的超声波信号经过 超声波信号调理电路放大、滤波、整形后发送给第二微控制器。
[0015] 具体地，还包括气溫湿度与大气压强测量模块，所述气溫湿度与大气压强测量模 块与第二通微控制器连接，包括溫度传感器、湿度传感器、气压传感器，其中溫度传感器、湿 度传感器、气压传感器分别收集获得大气溫度、湿度和压强值并发送给第二微控制器，第二 微控制器结合所述大气溫度、湿度和压强值及步骤d中得出的超声波接收模块的空间位置 数值进行再处理，进一步得出超声波接收模块的空间位置，再通过第二通信模块发送给上 位机。
[0016] 为实现上述目的，本实用新型提供一种超声波Ξ维定位系统的定位方法，其特征 在于，包括W下步骤：
[0017] a.将发射模块中至少Ξ个W上超声波发射模块安装在坐标已知且不共线的位置 上；
[0018] b.发射模块中，第一微控制器控制同步信号发射接收模块发送时间同步信号，再 控制超声波发射模块W已知时间间隔轮流发射超声波信号；
[0019] C.接收模块中，通过同步信号接收模块接收步骤b中的时间同步信号并发送给第 二微控制器，通过至少一个超声波接收模块接收步骤b中的超声波信号并发送给第二微控 制器；
[0020] d.第二微控制器记录接收到步骤C中时间同步信号后，开始记录步骤C中超声波接 收模块接收到的每个超声波信号的时刻，并通过第二通信模块发给上位机；
[0021] e.上位机对步骤d中的数值进行处理计算得出超声波接收模块的空间位置；
[0022] f.重复步骤a-e。
[0023] 具体地，还包括气溫湿度与大气压强测量模块，所述气溫湿度与大气压强测量模 块与上位机连接，包括溫度传感器、湿度传感器、气压传感器，其中溫度传感器、湿度传感 器、气压传感器分别收集获得大气溫度、湿度和压强值并发送给上位机，上位机结合所述大 气溫度、湿度、压强值及步骤e中得出的超声波接收模块的空间位置数值进行再处理，进一 步得出超声波接收模块的空间位置。
[0024] 由于时间同步信号的延迟远小于超声波信号的延迟，从而可W计算出超声波接收 模块接收到超声波发射模块所发出的超声波的时间延迟，从而计算出超声波接收模块与超 声波发射模块之间的距离，然后根据Ξ角定位方法计算出超声波接收模块的空间位置；
[0025] 本实用新型的有益效果在于：
[0026] 1.多目标定位:能够同时对多个目标进行定位，由于采用接收端定位的方式，发射 模块仅提供时间同步和超声波基准信号，接收模块与超声波接收模块数量的多少对发射端 没有影响。
[0027] 2.定位精度高:采用本系统所述的方式定位精度可达IcmW下。
[0028] 3.成本低:本实用新型的成本远低于基于无线电或者视觉技术的Ξ维定位系统的 成本。
【附图说明】
[0029] 图1是本实用新型的模块框图；
[0030] 图2是超声波发射与接收模块结构框图；
[0031] 图3是本实用新型的定位原理图；
[0032] 图4是本实用新型的定位时序图。
[0033] 附图标号说明：1-发射模块;10-第一微控制器;11-第一供电模块；12-第一时钟模 块;13-第一通信模块;14-同步信号发射接收模块;15-超声波发射模块;151-超声波驱动电 路；152-超声波发射探头;2-接收模块;20-第二微控制器;21-第二供电模块;22-第二时钟 模块;23-第二通信模块;24-同步信号接收模块;25-超声波接收模块;251-超声波接收探 头;252-超声波信号调理电路;26-气溫湿度与大气压强测量模块;3-上位机。
【具体实施方式】