专利名称：超声波局域手机定位系统及其定位方法
技术领域：
本发明涉及移动设备定位技术，特别是涉及一种超声波局域手机定位系统及其定位方法的技术。
背景技术：
现有的手机定位系统都是利用GPS卫星实现定位的，GPS卫星定位系统虽然可以用来测定手机是否在地面上某一区域，但其精确度较低，只能测定手机进入一个较大的区域，无法判断手机是否已经进入商店、办公室等较小的区域。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种定位精度高的超声波局域手机定位系统及其定位方法。为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种超声波局域手机定位系统，包括手机，其特征在于还包括定位服务器，及多个用于发射超声波信号的超声波编码脉冲发射装置；
所述超声波编码脉冲发射装置包括单片机、光耦隔离电路、放大电路及压电式超声波发射头；所述单片机设有一个脉冲信号输出端，其脉冲信号输出端依次经光耦隔离电路、放大电路连接压电式超声波发射头；
每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机均设有一个唯一的二进制设备编码； 所述手机经无线网络连接定位服务器，且在手机中内置有用于接收超声波信号的麦克风，及超声波信号接收模块、设备编码解码模块；
所述超声波信号接收模块设有超声信号输入端及信号输出端，其超声信号输入端连接麦克风，其信号输出端连接设备编码解码模块。进一步的，所述单片机设有多个编码信号输入端，其各编码信号输入端各接一编码拨位开关；每个超声波编码脉冲发射装置均通过本装置的各个编码拨位开关为本装置的单片机设定一个唯一的二进制设备编码，每个编码拨位开关对应二进制设备编码的一个编码位，每个闭合的编码拨位开关所对应的编码位为0，每个断开的编码拨位开关所对应的编码位为1。进一步的，所述放大电路由五个反向器组成，分别为第一反向器、第二反向器、第三反向器、第四反向器、第五反向器；
所述第二反向器、第三反向器相互并联组成第一反向回路，所述第四反向器、第五反向器相互并联组成第二反向回路；
所述光耦隔离电路包括光耦芯片及滤波回路；
所述光耦芯片的输入端连接单片机的脉冲信号输出端，其输出端经滤波回路后分成两路，其中一路依次经第一反向器、第一反向回路接到压电式超声波发射头的一个电极，另一路经第二反向回路接到压电式超声波发射头的另一个电极。
进一步的，所述压电式超声波发射头的一个电极经一上拉电阻接到正电压，另一个电极经另一上拉电阻接到正电压。进一步的，所述压电式超声波发射头是广角超声波发射头。本发明所提供的超声波局域手机定位系统的定位方法，其特征在于在每个检测区域内安装一个超声波编码脉冲发射装置，并将各超声波编码脉冲发射装置中的单片机的二进制设备编码及安装各超声波编码脉冲发射装置的检测区域名称存入手机；
每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机均根据自身的二进制设备编码持续发送编码脉冲信号给本装置中的压电式超声波发射头，由压电式超声波发射头将编码脉冲信号转换为编码超声波信号后向外部发射；
其中，所述编码脉冲信号由长脉冲信号、短脉冲信号及空闲码组成，所述长脉冲信号、 短脉冲信号分别用于表示二进制设备编码中值为1的编码位及值为0的编码位，且长脉冲信号的脉冲数量大于短脉冲信号的脉冲数量，每两个脉冲信号之间均插入一个空闲码，所述空闲码是指持续长度大于等于两个脉冲数量的低电平或高电平；
手机进入检测区域时，其内置的超声波信号接收模块通过麦克风接收检测区域内的超声波编码脉冲发射装置发出的编码超声波信号，并将接收到的编码超声波信号转换为编码脉冲信号后实时传送给设备编码解码模块，设备编码解码模块将接收到的编码脉冲信号实时解码为二进制设备编码后与手机内存储的二进制设备编码进行匹配，匹配成功后在手机屏幕上显示安装有与匹配的二进制设备编码相对应的超声波编码脉冲发射装置的检测区域名称。进一步的，所述超声波编码脉冲发射装置中的单片机持续发送编码脉冲信号的发送步骤如下
1)读入二进制设备编码的第一个编码位值；
2)如果读入的编码位值为1，则发送一个长脉冲信号，如果读入的编码位值为0，则发送一个短脉冲信号；
3)发送一个空闲码；
4)如果已到达二进制设备编码的最后一个编码位，则转至步骤1，反之则转至步骤5；
5)读入二进制设备编码的下一个编码位值；
6)转至步骤2；
手机中内置的设备编码解码模块解码编码脉冲信号的步骤如下
1)设置一个与二进制设备编码的编码位等长的编码位序列，并将该序列中的第一个编码位设置为当前编码位；
2)持续接收脉冲信号至收到一个空闲码；
3)检测持续接收到的脉冲信号长度，如果接收到的脉冲信号为长脉冲则将当前编码位值设置为1，如果接收到的脉冲信号为短脉冲则将当前编码位值设置为0 ；
4)如果已到达编码位序列的最后一个编码位则解码结束，反之则转至步骤5；
5)取编码位序列的下一个编码位，并将该编码位设置为当前编码位；
6)转至步骤2。本发明提供的超声波局域手机定位系统及其定位方法，在每个检测区域内安装一个超声波编码脉冲发射装置，利用超声波编码脉冲发射装置持续发射编码超声波信号，手机进入检测区域时通过自带的麦克风接收编码超声波信号，并对接收到的编码超声波信号进行匹配，然后根据匹配结果显示检测区域名称，从而实现手机定位，其定位精度远高于现有的GPS卫星定位系统，能判断手机是否已经进入商店、办公室等较小的区域。
图1是本发明实施例的超声波局域手机定位系统的结构框图2是本发明实施例的超声波局域手机定位系统中的超声波编码脉冲发射装置的电路图。
具体实施例方式以下结合
对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。如图1所示，本发明实施例所提供的一种超声波局域手机定位系统，包括手机，其特征在于还包括定位服务器，及多个用于发射超声波信号的超声波编码脉冲发射装置；
如图2所示，所述超声波编码脉冲发射装置包括单片机U1、光耦隔离电路、放大电路及压电式超声波发射头T ；所述单片机Ul设有一个脉冲信号输出端Pl. 0，其脉冲信号输出端 Pi. 0依次经光耦隔离电路、放大电路连接压电式超声波发射头T ；
每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机Ul均设有一个唯一的二进制设备编码； 所述手机经无线网络连接定位服务器，且在手机中内置有(图中未示)用于接收超声波信号的麦克风，及超声波信号接收模块、设备编码解码模块；
所述超声波信号接收模块设有超声信号输入端及信号输出端，其超声信号输入端连接麦克风，其信号输出端连接设备编码解码模块。如图2所示，本发明实施例中，所述单片机Ul设有15个编码信号输入端 (P2. 0-P2. 7，P3. 0-P3. 6)，其各编码信号输入端各接一编码拨位开关(K1-K15)；每个超声波编码脉冲发射装置均通过本装置的各个编码拨位开关(K1-K15)为本装置的单片机Ul设定一个唯一的二进制设备编码，每个编码拨位开关对应二进制设备编码的一个编码位，每个闭合的编码拨位开关所对应的编码位为0，每个断开的编码拨位开关所对应的编码位为1。如图2所示，本发明实施例中，所述放大电路由五个反向器组成，所述五个反向器均内置于同一反向器芯片中，分别为第一反向器U3A、第二反向器U3B、第三反向器U3C、第四反向器U3D、第五反向器U3E ；
所述第二反向器U3B、第三反向器U3C相互并联组成第一反向回路，所述第四反向器 U3D、第五反向器U3E相互并联组成第二反向回路；
所述光耦隔离电路包括光耦芯片U2，及由滤波电容Cl、滤波电阻R3组成的滤波回路； 所述光耦芯片U2的输入端连接单片机Ul的脉冲信号输出端Pl. 0，并经一上拉电阻Rl 连接高电平，其输出端经一上拉电阻R2接正电压，并经滤波回路后分成两路，其中一路依次经第一反向器U3A、第一反向回路接到压电式超声波发射头T的一个电极，另一路经第二反向回路接到压电式超声波发射头T的另一个电极。如图2所示，本发明实施例中，所述压电式超声波发射头T的一个电极经一上拉电阻R4接到正电压，另一个电极经另一上拉电阻R5接到正电压，这样一方面可以提高放大电
6路输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加压电式超声波发射头的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。本发明实施例中，所述光耦芯片U2的型号为6N137，所述反向器芯片的型号为 74LS04。本发明实施例中，所述单片机Ul的型号为AT89C51，所述压电式超声波发射头T的型号为TCT40 - 16T，实际应用时也可以使用其它的广角超声波发射头。本发明实施例中，所述手机中内置的超声波信号接收模块是型号为CX20106A的超声波接收芯片，所述设备编码解码模块内置于手机CPU中。本发明实施例所提供的超声波局域手机定位系统的定位方法，其特征在于在每个检测区域内安装一个超声波编码脉冲发射装置，并将各超声波编码脉冲发射装置中的单片机的二进制设备编码及安装各超声波编码脉冲发射装置的检测区域名称存入手机；
每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机均根据自身的二进制设备编码持续发送编码脉冲信号给本装置中的压电式超声波发射头，由压电式超声波发射头将编码脉冲信号转换为编码超声波信号后向外部发射；
其中，所述编码脉冲信号由长脉冲信号、短脉冲信号及空闲码组成，所述长脉冲信号、 短脉冲信号分别用于表示二进制设备编码中值为1的编码位及值为0的编码位，且长脉冲信号的脉冲数量大于短脉冲信号的脉冲数量，每两个脉冲信号之间均插入一个空闲码，所述空闲码是指持续长度大于等于两个脉冲数量的低电平或高电平；
手机进入检测区域时，其内置的超声波信号接收模块通过麦克风接收检测区域内的超声波编码脉冲发射装置发出的编码超声波信号，并将接收到的编码超声波信号转换为编码脉冲信号后实时传送给设备编码解码模块，设备编码解码模块将接收到的编码脉冲信号实时解码为二进制设备编码后与手机内存储的二进制设备编码进行匹配，匹配成功后在手机屏幕上显示安装有与匹配的二进制设备编码相对应的超声波编码脉冲发射装置的检测区域名称。本发明实施例中，所述超声波编码脉冲发射装置中的单片机持续发送编码脉冲信号的发送步骤如下
1)读入二进制设备编码的第一个编码位值；
2)如果读入的编码位值为1，则发送一个长脉冲信号，如果读入的编码位值为0，则发送一个短脉冲信号；
3)发送一个空闲码；
4)如果已到达二进制设备编码的最后一个编码位，则转至步骤1，反之则转至步骤5；
5)读入二进制设备编码的下一个编码位值；
6)转至步骤2。本发明实施例中，手机中内置的设备编码解码模块解码编码脉冲信号的步骤如下
1)设置一个与二进制设备编码的编码位等长的编码位序列，并将该序列中的第一个编码位设置为当前编码位；
2)持续接收脉冲信号至收到一个空闲码；
3)检测持续接收到的脉冲信号长度，如果接收到的脉冲信号为长脉冲则将当前编码位值设置为1，如果接收到的脉冲信号为短脉冲则将当前编码位值设置为0 ；
4)如果已到达编码位序列的最后一个编码位则解码结束，反之则转至步骤5；
5)取编码位序列的下一个编码位，并将该编码位设置为当前编码位；
6)转至步骤2。 如图2所示，本发明实施例中，所述超声波编码脉冲发射装置的工作原理如下
单片机Ul通过编程从脉冲信号输出端Pl. 0输出的40 kHz的方波脉冲信号，由于单片机Ul的端口输出功率不够，其输出的40 kHz方波脉冲信号经光耦隔离及滤波后分成两路， 一路经一级反向器后送到压电式超声波发射头T的一个电极，另一路经两级反向器后送到压电式超声波发射头T的另一个电极，最后由压电式超声波发射头T以超声波形式发射到空气中，这种推挽形式将脉冲信号加到压电式超声波发射头T的两个电极，可以提高超声波的发射强度。
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权利要求
1.一种超声波局域手机定位系统，包括手机，其特征在于还包括定位服务器，及多个用于发射超声波信号的超声波编码脉冲发射装置；所述超声波编码脉冲发射装置包括单片机、光耦隔离电路、放大电路及压电式超声波发射头；所述单片机设有一个脉冲信号输出端，其脉冲信号输出端依次经光耦隔离电路、放大电路连接压电式超声波发射头；每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机均设有一个唯一的二进制设备编码；所述手机经无线网络连接定位服务器，且在手机中内置有用于接收超声波信号的麦克风，及超声波信号接收模块、设备编码解码模块；所述超声波信号接收模块设有超声信号输入端及信号输出端，其超声信号输入端连接麦克风，其信号输出端连接设备编码解码模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述单片机设有多个编码信号输入端，其各编码信号输入端各接一编码拨位开关；每个超声波编码脉冲发射装置均通过本装置的各个编码拨位开关为本装置的单片机设定一个唯一的二进制设备编码，每个编码拨位开关对应二进制设备编码的一个编码位，每个闭合的编码拨位开关所对应的编码位为0，每个断开的编码拨位开关所对应的编码位为1。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述放大电路由五个反向器组成，分别为第一反向器、第二反向器、第三反向器、第四反向器、第五反向器；所述第二反向器、第三反向器相互并联组成第一反向回路，所述第四反向器、第五反向器相互并联组成第二反向回路；所述光耦隔离电路包括光耦芯片及滤波回路；所述光耦芯片的输入端连接单片机的脉冲信号输出端，其输出端经滤波回路后分成两路，其中一路依次经第一反向器、第一反向回路接到压电式超声波发射头的一个电极，另一路经第二反向回路接到压电式超声波发射头的另一个电极。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述压电式超声波发射头的一个电极经一上拉电阻接到正电压，另一个电极经另一上拉电阻接到正电压。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述压电式超声波发射头是广角超声波发射头。
6.根据权利要求1所述的超声波局域手机定位系统的定位方法，其特征在于在每个检测区域内安装一个超声波编码脉冲发射装置，并将各超声波编码脉冲发射装置中的单片机的二进制设备编码及安装各超声波编码脉冲发射装置的检测区域名称存入手机；每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机均根据自身的二进制设备编码持续发送编码脉冲信号给本装置中的压电式超声波发射头，由压电式超声波发射头将编码脉冲信号转换为编码超声波信号后向外部发射；其中，所述编码脉冲信号由长脉冲信号、短脉冲信号及空闲码组成，所述长脉冲信号、 短脉冲信号分别用于表示二进制设备编码中值为1的编码位及值为0的编码位，且长脉冲信号的脉冲数量大于短脉冲信号的脉冲数量，每两个脉冲信号之间均插入一个空闲码，所述空闲码是指持续长度大于等于两个脉冲数量的低电平或高电平；手机进入检测区域时，其内置的超声波信号接收模块通过麦克风接收检测区域内的超声波编码脉冲发射装置发出的编码超声波信号，并将接收到的编码超声波信号转换为编码脉冲信号后实时传送给设备编码解码模块，设备编码解码模块将接收到的编码脉冲信号实时解码为二进制设备编码后与手机内存储的二进制设备编码进行匹配，匹配成功后在手机屏幕上显示安装有与匹配的二进制设备编码相对应的超声波编码脉冲发射装置的检测区域名称。
全文摘要
一种超声波局域手机定位系统及其定位方法，涉及移动设备定位技术领域，所解决的是提高定位精度的技术问题。该系统包括手机、定位服务器及多个超声波编码脉冲发射装置；所述超声波编码脉冲发射装置包括单片机及压电式超声波发射头；每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机均设有一个唯一的二进制设备编码；所述手机经无线网络连接定位服务器；每个超声波编码脉冲发射装置持续发送根据二进制设备编码编制的编码超声波信号；手机进入检测区域时通过麦克风接收编码超声波信号，并对接收到的编码超声波信号进行匹配，然后根据匹配结果显示检测区域名称。本发明提供的系统，能判断手机是否已经进入商店、办公室等较小的区域。
文档编号H04M1/725GK102256005SQ201110096018
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者李斌, 陈卓菲 申请人:李斌, 陈卓菲