超声波室内定位系统.ppt

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1、超声波室内定位系统作者：指导老师：摘要随着超声波测距精度的不断提高，超声波定位技术也发展得日趋成熟，并且在工业、农业、医学、食品加工等各个领域得到了广泛的应用。本文通过对比几种常用的定位技术，然后融合无线射频技术和超声波技术，设计并实现了一种新的超声波室内定位系统。介绍了系统的基本定位原理和整体设计思路，详细阐述了系统的软硬件设计方法，最后对实验结果进行了分析，得到了系统各个模块的性能指标和整体定位精度，对可能产生误差的原因进行了分析，以此为基础，为提高系统的测量精度采取了相应措施。论文结构和主要内容第一章绪论第

2、二章超声波传感器概述第三章方案设计思路及定位算法第四章系统软硬件设计第五章实验结果分析第一章绪论———室内定位系统的应用现状、研究意义及主要研究内容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

3、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Wi-Fi技术只能覆盖半径90米以内的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。超声波在对障碍物进行定位方面具有传播速度慢、方向性好、不易受干扰等优点，综合考虑作者选

4、择利用超声波来进行定位，基于以上各项技术的优缺点，本文提出了一种结合超声波技术和无线射频技术的室内定位方法。超声波室内定位系统的应用现状意义本系统最初的构想是利用到舞台灯光跟踪。舞台灯光发热量很大，人工控制灯光跟踪舞台演员不可能一个人长时间工作，而且灯光耀眼，给操作者带来很大难度。所以急需一种可以自动控制灯光自动跟踪演员的设备，而本系统就是在这个思想下设计出来的。本系统不只局限于舞台跟踪，还可以扩大范围，应用到其他工程现场，如：可以扩展到物流中心和工厂，可实时掌握设施内移动物体的状态，从而正确分析移动物体的移动轨

5、迹。还可以用于矿坑里的工人定位，避免工人的误操作走入不安全的区域。课题研究的意义及内容也可在发生矿难时，及时赶到矿工遇难现场拯救矿工生命。如上所述，准确的、实时的室内定位有重要的应用，这也是开发本系统的实际意义。课题研究的意义及内容研究内容下面对本系统的主要研究内容进行简单的介绍：(1)介绍了超声波室内定位系统的发展现状，讲述了课题的研究内容和研究意义。(2)对超声波的特性进行了简单介绍，为应用超声波技术实现室内定位奠定了基础。对压电式超声波传感器进行了系统的分析，为传感器的应用找到理论基础。(3)完成了室内定位

6、系统的数学模型的建立和系统的硬件和软件的设计。(4)分析了系统中可能产生误差的原因，对实验结果进行了总结。并提出下一步改进计划。课题研究的意义及内容第二章超声波传感器概述——超声波及其物理性质、超声波传感器超声波及其物理性质2.1超声波物理特性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

7、是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。(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。1、超声波传感器的基本原理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

8、信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。2、超声波传感器的种类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。超声波传感器目前压电式超声波传感器的理论研究和实际应用最为广泛,下面主要对压电式超声波传感器进行介绍。顾名思义，压电式超声波传感器是利用压电效应制成的，常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，它是利用压电材料的压电效应来工作的：逆