專利名稱：基于超聲波和無線的聯(lián)合定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位方法，尤其是涉及一種基于超聲波和無線的聯(lián)合定位方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會(huì)已越來越智能化，人們的生活也在逐步智能化，像照顧小孩的機(jī)器人、智能輪椅以及智能清潔車等等。雖然這些智能化的產(chǎn)品都很方便，但是它們都需要充電，這些機(jī)器能不能定位充電器的位置，自動(dòng)尋找充電器并充電，這就涉及到定位問題。本發(fā)明的超聲波定位技術(shù)就可以解決這類問題。目前常見的室內(nèi)定位技術(shù)有紅外技術(shù)、圖像識別技術(shù)以及超聲波技術(shù)。但現(xiàn)有的技術(shù)都有很多缺點(diǎn)如中國專利CN201010609587.8中使用基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的超聲波定位，雖然可以定位多個(gè)目標(biāo)，但是由于安裝的設(shè)備較多，成本較高。再如中國專利 CN200710026504.0中雖然只使用超聲波，成本低，但是安裝較復(fù)雜，需要在待定位區(qū)域的4 個(gè)位置放置4個(gè)接收裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多目標(biāo)、成本低、安裝方便、效率較高的基于超聲波和無線的聯(lián)合定位方法。本發(fā)明包括以下步驟1)設(shè)定基準(zhǔn)點(diǎn)，所述基準(zhǔn)點(diǎn)由至少1個(gè)超聲波發(fā)射探頭、具備定時(shí)觸發(fā)超聲波的處理模塊及無線射頻發(fā)射模塊組成，實(shí)現(xiàn)超聲波和無線信號發(fā)射；幻設(shè)定至少2個(gè)待定位點(diǎn)，所述待定位點(diǎn)由4個(gè)超聲波接收探頭、將超聲波探頭收到的信號進(jìn)行處理并輸出某個(gè)信號的調(diào)理模塊、無線射頻接收模塊及能夠?qū)φ{(diào)理電路輸出的信號進(jìn)行處理的主處理模塊組成；所述4個(gè)超聲波接收探頭分別位于待定位物體的前后左右4個(gè)方向，前后探頭的連線與左右探頭的連線相互垂直平分，超聲波探頭與無線模塊結(jié)合，實(shí)現(xiàn)計(jì)算本探頭與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的超聲波傳輸時(shí)間；3)定位時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)的處理模塊同時(shí)觸發(fā)超聲波發(fā)射探頭和無線射頻模塊，發(fā)送超聲波和無線信號，每隔一段時(shí)間就發(fā)送1次，待定位點(diǎn)不斷接收無線信號，當(dāng)無線模塊收到無線信號時(shí)，即觸發(fā)4個(gè)超聲波發(fā)射探頭各自對應(yīng)的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)超聲波發(fā)射探頭收到超聲波信號時(shí)對應(yīng)的計(jì)時(shí)器就停止計(jì)時(shí)，即知道聲波從基準(zhǔn)點(diǎn)傳輸?shù)匠暡òl(fā)射探頭的時(shí)間，再算出基準(zhǔn)點(diǎn)到超聲波發(fā)射探頭的距離；當(dāng)?shù)贸?個(gè)超聲波發(fā)射探頭分別到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離，即由幾何知識定位出待定位點(diǎn)相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)定位。當(dāng)有多個(gè)目標(biāo)時(shí)，目標(biāo)之間的計(jì)時(shí)是相互獨(dú)立，可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的定位，本發(fā)明具有很強(qiáng)的抗干擾性。本發(fā)明的基準(zhǔn)點(diǎn)周期性地同時(shí)發(fā)射超聲波信號和無線射頻信號，待定位點(diǎn)不斷接收無線射頻信號，當(dāng)接收到時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，直到某個(gè)接收探頭收到超聲波信號，此探頭對應(yīng)的計(jì)時(shí)器才停止，根據(jù)超聲波的聲速和傳播時(shí)間便可算出此探頭到基準(zhǔn)點(diǎn)的直線距離。當(dāng)此待定位點(diǎn)的4個(gè)探頭都收到超聲波信號時(shí)，主處理模塊便可根據(jù)幾何原理計(jì)算出待定位點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)定位。本發(fā)明能廣泛應(yīng)用在多目標(biāo)定位領(lǐng)域。它包括1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和多個(gè)待定位點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)是由超聲波發(fā)射模塊、無線射頻發(fā)射模塊和定時(shí)模塊組成，待定位點(diǎn)是由超聲波接收模塊、無線射頻接收模塊以及處理超聲波和無線射頻信號的主處理模塊組成?；鶞?zhǔn)點(diǎn)周期性地同時(shí)發(fā)射超聲波信號和無線射頻信號，待定位點(diǎn)不斷接收無線射頻信號，當(dāng)接收到時(shí)，啟動(dòng)對應(yīng)的計(jì)時(shí)器直到收到超聲波信號停止計(jì)時(shí)，并由主處理模塊處理各探頭至基準(zhǔn)點(diǎn)的距離，計(jì)算出待定位點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)定位。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低、多目標(biāo)定位和抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，非常適于家庭及企業(yè)的智能化定位領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)原理示意圖。圖2是本發(fā)明的基準(zhǔn)點(diǎn)原理示意圖。圖3是本發(fā)明的待定位點(diǎn)原理示意圖。圖4是本發(fā)明的定位方法幾何原理示意圖。在圖1 3中，標(biāo)記T表示發(fā)送，R表示接收。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1所示，系統(tǒng)的架構(gòu)包括1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)1和多個(gè)待定位點(diǎn)，圖中只畫出2個(gè)待定位點(diǎn)21和22?；鶞?zhǔn)點(diǎn)1周期性地發(fā)送超聲波信號和無線射頻信號，待定位點(diǎn)21和22不斷接收超聲波信號和無線射頻信號。所述基準(zhǔn)點(diǎn)原理示意圖如圖2所示，包括1個(gè)無線射頻發(fā)射模塊11、多個(gè)超聲波發(fā)射模塊12、13、14，以及1個(gè)定時(shí)模塊15。相鄰超聲波模塊之間成一定角度，能實(shí)現(xiàn)完整覆蓋待定位點(diǎn)所在區(qū)域。定時(shí)模塊控制無線射頻模塊和超聲波發(fā)射模塊周期性的發(fā)射信號。所述待定位點(diǎn)原理示意圖如圖3所示，包括1個(gè)無線射頻接收模塊211、4個(gè)超聲波接收模塊212、213、214、215，以及1個(gè)主處理模塊216。4個(gè)超聲波接收模塊分布于同一平面且相對的兩個(gè)模塊相連的線段互相垂直平分，如圖3所示，超聲波接收模塊212和214 相連的線段與超聲波接收模塊213和215相連的線段互相垂直平分。定位開始時(shí)，無線射頻接收模塊211不斷接收無線射頻發(fā)射模塊11發(fā)出無線信號，當(dāng)接收到時(shí)，主處理模塊216 開始啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，直到超聲波接收模塊212、213、214和215中某一個(gè)收到超聲波信號時(shí)，對應(yīng)的計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，并存入主處理模塊存儲(chǔ)器中，其他計(jì)時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)直至收到超聲波停止。所述定位方法幾何原理示意圖如圖4所示，基準(zhǔn)點(diǎn)為0，其坐標(biāo)為(0，0)，且水平向左方向?yàn)閄軸正方向，豎直向下為Y軸正方向；待定位點(diǎn)的4個(gè)超聲波接收探頭依次為A、B、 C、D，AC和BD的交點(diǎn)為待定位點(diǎn)的中心0’(x，y)，0’為AC、BD的中點(diǎn)，OE垂直BD (或延長線)于E，OF垂直CA(或延長線)于F。假設(shè)0’到0點(diǎn)的距離為L，B0’、D0’長為dpAO’、 CO’長為d2，Cl1和d2長度根據(jù)測量可得。A、B、C、D4個(gè)超聲波接收探頭收到基準(zhǔn)點(diǎn)0發(fā)送的超聲波信號的時(shí)間依次為tl、t2、t3、t4，根據(jù)超聲波的聲速ν及勻速直線運(yùn)動(dòng)公式位移S = v*t，可算出A、B、C、D距O點(diǎn)的距離依次為Li、L2、L3、L4。由余弦定理可知
權(quán)利要求
1.基于超聲波和無線的聯(lián)合定位方法，其特征在于包括以下步驟1)設(shè)定基準(zhǔn)點(diǎn)，所述基準(zhǔn)點(diǎn)由至少1個(gè)超聲波發(fā)射探頭、具備定時(shí)觸發(fā)超聲波的處理模塊及無線射頻發(fā)射模塊組成，實(shí)現(xiàn)超聲波和無線信號發(fā)射；2)設(shè)定至少2個(gè)待定位點(diǎn)，所述待定位點(diǎn)由4個(gè)超聲波接收探頭、將超聲波探頭收到的信號進(jìn)行處理并輸出某個(gè)信號的調(diào)理模塊、無線射頻接收模塊及能夠?qū)φ{(diào)理電路輸出的信號進(jìn)行處理的主處理模塊組成；所述4個(gè)超聲波接收探頭分別位于待定位物體的前后左右 4個(gè)方向，前后探頭的連線與左右探頭的連線相互垂直平分，超聲波探頭與無線模塊結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)計(jì)算本探頭與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的超聲波傳輸時(shí)間；3)定位時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)的處理模塊同時(shí)觸發(fā)超聲波發(fā)射探頭和無線射頻模塊，發(fā)送超聲波和無線信號，每隔一段時(shí)間就發(fā)送1次，待定位點(diǎn)不斷接收無線信號，當(dāng)無線模塊收到無線信號時(shí)，即觸發(fā)4個(gè)超聲波發(fā)射探頭各自對應(yīng)的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)超聲波發(fā)射探頭收到超聲波信號時(shí)對應(yīng)的計(jì)時(shí)器就停止計(jì)時(shí)，即知道聲波從基準(zhǔn)點(diǎn)傳輸?shù)匠暡òl(fā)射探頭的時(shí)間，再算出基準(zhǔn)點(diǎn)到超聲波發(fā)射探頭的距離；當(dāng)?shù)贸?個(gè)超聲波發(fā)射探頭分別到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離，即由幾何知識定位出待定位點(diǎn)相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)定位。
全文摘要
基于超聲波和無線的聯(lián)合定位方法，涉及一種定位方法。它包括1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和多個(gè)待定位點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)是由超聲波發(fā)射模塊、無線射頻發(fā)射模塊和定時(shí)模塊組成，待定位點(diǎn)是由超聲波接收模塊、無線射頻接收模塊以及處理超聲波和無線射頻信號的主處理模塊組成?；鶞?zhǔn)點(diǎn)周期性地同時(shí)發(fā)射超聲波信號和無線射頻信號，待定位點(diǎn)不斷接收無線射頻信號，當(dāng)接收到時(shí)，啟動(dòng)對應(yīng)的計(jì)時(shí)器直到收到超聲波信號停止計(jì)時(shí)，并由主處理模塊處理各探頭至基準(zhǔn)點(diǎn)的距離，計(jì)算出待定位點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)定位。具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低、多目標(biāo)定位和抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，非常適于家庭及企業(yè)的智能化定位領(lǐng)域。
文檔編號G01S5/00GK102540144SQ20121000304
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者林聰仁, 王良元, 程恩, 袁飛 申請人:廈門大學(xué)