基于安卓移動終端的便攜式多功能超聲波測距系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于Android移動終端的便攜式多功能超聲波測距系統(tǒng)。系統(tǒng)由遵循AOA（Android?Open?Accessory）標準的硬件模塊和Android應用軟件組成，硬件模塊通過USB接口連接到Android移動終端上。硬件模塊完成超聲波測距，并利用傳感器采集的溫度、濕度、大氣壓等環(huán)境參數，來校正已知的超聲波在介質中的傳播速度，從而提高實際場景中的測量精度；應用軟件運行在Android移動終端上完成測距信息的智能控制與顯示。系統(tǒng)能夠實現測距數據的智能存儲、上傳、冗余消除、分析、優(yōu)化、實時展示等功能。與傳統(tǒng)測距儀器相比，由于該系統(tǒng)采用硬件模塊與Android移動設備相結合的方式，具有成本低，智能化程度高，便攜性強，易于定制與擴展的突出特點。
【專利說明】基于安卓移動終端的便攜式多功能超聲波測距系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用發(fā)明新型涉及一種基于Arduino Mega ADK的超聲波測距硬件模塊與一款Android移動終端的測距應用軟件，尤其是硬件采集了環(huán)境參數對測距結果進行矯正，具有高的測量精度。此外，通過與移動終端的連接，應用軟件可對測距數據的圖形化顯示與智能分析處理。
【背景技術】
[0002]目前測距方式主要有微波雷達測距、激光測距和超聲波測距三種。前兩種方法由于技術難度大成本高一般僅用于軍事工業(yè)，而超聲波測距則由于其技術難度相對較低且成本低廉，不僅可用于工業(yè)測量領域，也可適于民用推廣。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波非常適合距離的測量，且它不受光芒、被測對象顏色等影響，對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應能力。此外，超聲波在檢測方便上，有測距迅速、操作方便、計算處理簡單的特點，也容易做到實時控制；在測量精度方面，也能達到工業(yè)實用的要求。
[0003]現在市場上，雖然基于超聲波的測距儀已經有很多種，但多功能的測距儀普遍顯得笨重，攜帶不方便且價格昂貴，而既小巧又便攜的測距儀在功能上又比較匱乏，存在無分析處理能力、不易擴展、操作界面簡單不友好等的不足。鑒于以上情況，考慮到近幾年來智能移動終端，特別是基于Android系統(tǒng)手機的普及，本發(fā)明設計了遵循Google AOA協(xié)議，夕卜接在移動終端上的數據采集設備，而數據處理與展示等功能在移動終端上完成的多功能超聲波測距系統(tǒng)，彌補了傳統(tǒng)超聲波測距系統(tǒng)的不足，既具有多功能性又具有良好的便攜性。此外，軟件部分是基于Android系統(tǒng)的平臺開發(fā)，因此其易擴展性、易升級性、靈活性更強。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明是一種基于Android移動終端的便攜式多功能超聲波測距系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為兩大部分，一部分是可外接到Android移動終端實現超聲波采集的硬件模塊，另一部分運行在Android移動終端上的數據分析處理軟件系統(tǒng)，實現的主要功能包括數據實時采集、數據智能存儲、數據冗余刪除、數據分析與處理、數據實時展示等。其中數據的實時采集不僅實時地采集所探測的距離，記錄測距時的溫度、濕度、大氣壓等重要參數，還通過調用移動設備的GPS定位服務來采集測距時的經緯度等地理信息。本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)測距系統(tǒng)的液晶顯示屏及數碼管顯示，將所測數據均通過移動終端的屏幕智能化顯示，同時測距設備微型化后只是作為移動終端的一個附屬配件，使得測距系統(tǒng)更加小巧、輕便、成本也比傳統(tǒng)的多功能測距設備大為降低。另外，由于數據處理軟件是基于Android操作系統(tǒng)的，可設計出更加友好和易于使用的顯示界面，眾多的數據分析功能也可以方便地在移動終端上實現，系統(tǒng)的功能擴展和升級得到了很好的保證，這些優(yōu)勢是傳統(tǒng)測距系統(tǒng)所很難達到的。最后，本發(fā)明還從兩個方面來提高測量的精度:一方面利用傳感器采集的溫濕度、大氣壓等環(huán)境參數，來校正超聲波在介質中的傳播速度，提高測量精度；另一方面通過軟件系統(tǒng)對測量數據的重加工來提高測量精度。
[0005]前一種方法的理論依據是超聲波在介質中傳播的速度與溫度、濕度、大氣壓強的約束關系:
[0006]1.超聲波在空氣種傳播速度 Ce = (331.4+0.61XT)*(l+0.32*Pw/P)1/2。(T 為環(huán)境溫度；Pw為空氣中水蒸氣的分壓強，P為標準大氣壓強)；
[0007]2.國際標準大氣ISA規(guī)定:在對流層中(O~11000m)，海平面的氣溫為15°C，氣壓101325Pa，而在大氣中的壓強P=P gh，空氣密度1.226Kg/m3,得到海拔每升高1000m，氣溫下降6.5 °C ο
[0008]g---9.8N/kg (通常情況下去 g=10N/kg)
[0009]h深度(m 米)
[0010]后一種方法主要是通過快速測量同一位置障礙物的距離N次(Xl，X2,......xN),
然后通過求取平均值來提高該位置的測量精度°
【權利要求】
1. 一種基于Android移動終端的便攜式多功能超聲波測距系統(tǒng)，其中包括遵循GoogleAOA協(xié)議的數據采集硬件模塊和利用基于Google ADK開發(fā)且運行在Android移動終端上的智能數據處理與分析的應用軟件，硬件模塊通過USB接口連接Android移動終端。 根據上述的基于Android移動終端的便攜式多功能超聲波測距系統(tǒng)，其特征包括: 一、數據實時采集模塊，包括超聲波探測器、溫濕度傳感器和Android移動終端，負責采集超聲波探頭與障礙物之間的距離、溫度、濕度、大氣壓的數據，以及采集移動終端GPS定位服務的地理位置信息。 二、數據智能存儲及上傳模塊，負責實時存儲采集的數據，并可通過郵件服務等將數據文件傳送。 三、數據冗余刪除模塊，負責及時地刪除一些冗余信息或將歷史數據遷移到服務器或其他存儲設備上。 四、數據分析與處理模塊，負責分析存儲在SQLite數據庫中的各類數據。 五、數據實時展示模塊，對數據分析處理模塊的結果進行視覺上的直觀顯示。數據采集模塊裝置的特征包括基于AOA協(xié)議標準的硬件控制板、超聲波探測器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器等數據采集裝置，以及調用Android系統(tǒng)的GPS定位功能以獲得當時的地理位置信息。
2.數據智能存儲及上傳模塊的特征包括一個開源的輕型關系型數據庫——SQLite。針對數據采集裝置采集到的數據，統(tǒng)一采用ACID進行存儲；并通過郵件服務等功能將數據文件上傳給相關人員。
3.數據冗余刪除模塊特征在于及時地刪除一些冗余信息或將歷史數據遷移到服務器或其他存儲設備上，提高數據存儲質量，優(yōu)化數據存儲結構，達到高效而又節(jié)省存儲空間。
4.數據分析與處理模塊的特征包括對采集到的數據進行統(tǒng)計分析和計算處理。經過對某一類歷史數據或當前測量數據分析，可以針對其變化趨勢進行預判斷；以及對某一類數據求取平均值等操作，可以提高精度的處理等。
5.數據實時展示模塊特征是對采集的數據及其分析結果在移動終端上進行直觀有效的顯示。
【文檔編號】G01S15/08GK103616692SQ201310593752
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權日:2013年11月21日
【發(fā)明者】黃冬梅, 梅海彬, 何盛琪, 季麗偉, 郭穎新 申請人:上海海洋大學