基于单片机的超声波室内定位系统

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1、基于单片机的超声波室内定位系统2018-03-0821:01:53科技传播2018年4期商子晋摘要文章主要介绍了一种基于超声波测距技术的室内定位系统的设计。硬件方面详细介绍了同步无线信号处理电路、超声波收发电路、温度补偿电路等。软件方ffl主耍介绍了室内定位的算法、主控机程序流程以及测景点处单片机程序结构。关键词超声波测距：室叫定位算法：程序流程屮图分类号TP3文献识码A文章编号1674-6708(2018)205-0138-02随着数裾业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求Id益增

2、大，尤其在S杂的室闪环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境屮，常常需耍确定各种设施与物品在室A的位置信息。但是受定位吋间、定位精度以及复杂室rt环境等条件的限制，比较完善的定位技术B前还无法很好地利用。因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，如GPS技术、红外线技术、蓝牙技术、射频识别技术、超宽带技术、WiFi技术、ZigBee技术、超声波技术等。超声波是一种频率超过20kHz的机械波。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性一反射、折射、干涉、

3、衍射、散射，超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点，易于获得较集屮的声能，可产生较大力量。可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。1超声波测量的定位算法超声波测量的定位也分为三球定位原理和三训定位原理两种情况。应用于三维坐标系统时称为三球定位原理，应用与二维坐标系统时称为三阑定位原理。它是利用超声波传感器能感超声波物理现象，把感知到的超声波的时间差作力测量数据來进行定位的。基于超卢波测显的定位算法的原理图如图所示。将超声波的时间差定义为-组声波数裾。声

4、波数裾与声速的乘积就为声源到达测量点的实际距离，利用三组超声波数据，可以对FI标进行三圆定位。三圆定位法屮鬥标的位置是由以各站为圆心，以各站冏时测量目标的距离为半径的-:个岡的交点來确定。图1三球法定位原理图三个测点的站址在测量坐标系屮的位置坐标分别一记力（x，y，z），（x2，y2，z2），（x3，y3,z3）,信源到达3个测量站的时间分别力冰t'=R'，cAr2=/?2,=超声波在空气的传播速度为C，则利用三球进行定位的公式为：(x—xi)2+(y-y)2+(z-zi)2=(cA/J2(X

5、_X))-+(.}‘’一少’?)_+(Z-Z2)^—(cA?->)-(X—X;)2+(j;—少’3)‘+(2■—23)*=(CA/;广式中。cAq=7?

6、，=/?2，cAZ3=，联立解以上方程组，就可以得到H标的位置。2超声波室内定位系统硬件电路设计超声波室内定位系统由主系统和携带机系统两部分构成，主系统由上位机、通信抟制器、单八机、无线发射电路、超卢波接收电路组成:图2超声波室内定位系统主机枢图图3超声波室内定位系统携带机框图室内放H至少3个测虽点，测虽点包括测温模块、超声波接收设备，信号处理

7、部分。主系统需要一台用于计算与显示的计算机。被跟踪的物体携带无线接收模块，超声波发射模块和信号控制部分。苜先，由计算机发射无线电佶号，同时计算机通知各个控制点开始计时。当被跟踪的物体接收到无线电信号后，和自己ID进行比较，确认ID后，由信号控制部分控制超声波发射模块发射超声波，当测量点接收到超声波后停止计时，并由信号处理部分把时间、室闪温度等数据打包，接到计算机可传送数据命令后传M给计算机。采用RS-442接口完成计算机和控制点的通讯。当相关数据传送完毕后，主控制系统开始计算井把计算结果显示在计

8、算机上。由于一个控制点只能完成木控制点与物体之间距离的测S。所以只能确定物体在以此控制点为圆心，测得的距离为半径的球而上。两个点则相当于两球面相交，可确定物体在一个阓上。三个点则相当于两个园相交，可确定物体在以3测景点为对称面一上一下的两个点。由于本系统是室内定位，将对称而置于地面则可排除对称而下方点坐标。因此本系统至少需要3个不在同一直线上的测虽点。3系统软件设计主控机程序功能主耍是通过串n向测S点的单片机传送数据乜，控制单片机完成测S功能。测景完成后，再通过中口接收回传数据。在主控机内部完成

9、计算，最终完成测景结果显示。本系统没定用RS—422接U完成计算机与测量点屮单片机之间的通讯。首先，由计算机发送无线电信号。同时各个测超：点开始计时。当被跟踪的物体接收到无线电信号后，确认ID,与自身工D匹配后，由信号拎制部分控制超声波发射模块发射超声波。沟测tt点1接收到超卢波后伶止计时，由信号处理部分把时间，室A温度等参数传冋给主控计算机，用于数据处理，最终在计算机上显示。相关数据传送完毕后，控制点2开始如上过程。依次类退，S至所耑控制点3完成数据传送。再從控制点1开始下一次测呈。图4主控机