超声波定位讲解.ppt

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1、超声波定位浅谈汇报人：张雪峰1超声波特点阐述3定位算法简析2定位系统设计4系统误差及应用目录1、超声波特点阐述随着社会各行各业的快速发展，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，常常需要确定各种设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的室内定位技术目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、Wi-Fi技术、超声波技术等等。GPS是目前应用最为广泛的定位技术，缺点是定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，而且定位器终端的成本

2、较高。红外线定位技术只能在直线视距内传播、传输距离较短，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。超声波室内定位系统的应用现状超声波及其物理性质超声波是一种机械波，其可以在气体、液体和固体中传播，具有以下待性：(1)超声波的频率很高，波长较短，绕射现象小，传播速度慢，可以像光线那样沿着一定方问传播，传播的能量较为集中。(2)超声波的振幅很小，加速度非常大，因而可以产生较大的能量，而且对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几

3、十米的深度。(3)对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中，超声波的这些特性，使其在遥控、测距以及其它领域得到了广泛的应用。超声波物理特性：超声波传感器当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器（双压电晶片元件）施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。超声波传感器的基本原理：

4、超声传感器按其工作原理可以分为压电式、电动式、电容式、磁致伸缩式和气流式等。超声波传感器的种类：当压电片受力时，在晶体的一个表面上会聚集正电荷，而在另一个表面上聚集负电荷，这两个极板上的电荷量大小相等方向相反，所以可以把压电片当作一个电荷发生器。由于在晶体的上下表面聚集电荷，中间为绝缘介质，可看成是一个电容器其电容量为C=εS/dS——压电元件聚集电荷的表面面积；d——压电元件的厚度；ε——压电元件的介电常数。再通过U=q/c便可以计算出电压变化。超声波传感器超声波传感器的主要性能指标包括工作频率、灵敏度、分辨率、工作温度、指向性等，其中最重要是工作频率。左

5、图为中心频率为40KHZ的超声波传感器的频率特性曲线，它反映超声波传感器的灵敏度与频率之间的关系。从图中的频率特性可知，在发射器的中心频率处，发射器所产生的超声波最强；而在中心频率两侧，声压能级迅速降低。因此，在使用中，一定要用接近中心频率的交流电压来驱动超声波发生器。超声波传感器及其特性：2、超声波定位系统设计超声波定位系统设计一、反射式测距法：反射式测距法就是发射超声波并接收由被测物产生的回波,根据回波与发射波的时间差计算出待测距离。超声波定位系统主要研究超声波的测距方法，然后根据距离和提供算法来计算出待测物体的位置，超声波测距有两种实现方法：声波发射器

6、向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2。这就是经典的所谓的时间差测距法。超声波定位系统设计二、单向测距法：单向测距法中由应答器和主测距器组成,主测距器放置在被测物体上,在微机指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号,应答器在收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号,得到主测距器与各个应答器之间的距离。单向测距发可以实现两点

7、测距，当同时有三个或三个以上不在同一直线上的应答器作出回应时,就可以计算出被测物体所在的位置。在相同的测量距离下,反射式测距法中空气对超声波吸收较单向测距法中大,因此反射式测距范围较单向式测距范围小。若以测得距离，根据算法便可得到待测物体的位置，实现定位。3、定位算法简析定位算法一超声波发射器固定在待定位的物体上，发射器按一定时间向周围发射超声波脉,在其周围3个固定的位置安装超声波接收器用以接收发射器发射的超声波脉冲，利用超声波到达3个接收器的时间，计算出超声波发射器的具体位置。如果是移动物体，通过连续测量，就可描绘出物体移动轨迹。或者待定位物体上装的是超声

8、波接收器，物体周围装的是发射器，通过计算接收器与每个