本實(shí)用新型涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于超聲波有很強(qiáng)的方向性，所以目前所有基于無線和超聲波的定位技術(shù)，在獲取位置信息前，都需要先將超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊的收發(fā)探頭水平放置并相互對(duì)準(zhǔn)后，再進(jìn)行收發(fā)操作，接收模塊才能接收到超聲波信息，如果未對(duì)準(zhǔn)或偏差較大，超聲波接收模塊都無法收到信息，因此，為了在實(shí)際使用中避免這種情況，安裝超聲波的設(shè)備往往需要滿足以下至少一個(gè)條件（為便于描述，以設(shè)備A作為基準(zhǔn)設(shè)備，用于接收超聲波，設(shè)備B為待定位設(shè)備，可以發(fā)射超聲波）：

第一，根據(jù)超聲波接收角度的大小，在設(shè)備A四周必須布置多個(gè)超聲波接收模塊，完全覆蓋平面內(nèi)360度的范圍，而且布置時(shí)還需要保證同一時(shí)刻必須至少有兩個(gè)超聲波接收模塊收到信息，這樣才能計(jì)算出設(shè)備B相對(duì)于設(shè)備A的距離和方向。除此之外，設(shè)備B上的超聲波發(fā)射模塊也需要安裝多個(gè)，在發(fā)射的時(shí)候覆蓋平面內(nèi)360度的范圍，這樣設(shè)備A和B只要一次收發(fā)，就能實(shí)現(xiàn)定位。

第二，在上述的定位系統(tǒng)中，設(shè)備B也可以通過電機(jī)和超聲波結(jié)合的方式，讓超聲波發(fā)射模塊旋轉(zhuǎn)，在數(shù)秒之內(nèi)向四周發(fā)射超聲波，這樣設(shè)備A也能收到超聲波信息。

所以，要滿足以上任一個(gè)條件，不是對(duì)超聲波模塊的數(shù)量有一定要求，就是要增加額外的設(shè)備（如電機(jī)）來控制超聲波轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在定位效率上也會(huì)降低，無法一次定位成功。

比如，在中國專利CN201210003043.6中公開了一種基于超聲波和無線的聯(lián)合定位方法。該專利文件中公開的定位系統(tǒng)包括一個(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接收模塊和無線射頻信號(hào)的主模塊組成?；鶞?zhǔn)點(diǎn)周期性的同時(shí)發(fā)射超聲波信號(hào)和無線射頻信號(hào)，待定位點(diǎn)不斷接收無線射頻信號(hào)，當(dāng)接收到時(shí)，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)器直到收到超聲波信號(hào)停止計(jì)時(shí)，并由主處理模塊處理各探頭到基準(zhǔn)點(diǎn)距離，計(jì)算出待定位點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)定位。

上述專利（CN201210003043.6）的缺點(diǎn)在于：由于超聲波的水平安裝方式導(dǎo)致在定位的時(shí)候，待定位點(diǎn)上的部分超聲波模塊存在接收盲區(qū)，無法一次性獲得超聲波發(fā)射信號(hào)，需要基準(zhǔn)設(shè)備周期性地不停嘗試發(fā)射超聲波信號(hào)才有可能收到信號(hào)，使得其定位效率十分低下，在實(shí)際場(chǎng)合難以使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)，不僅可以減少超聲波裝置的安裝數(shù)量，同時(shí)使得超聲波裝置在發(fā)射和接收的時(shí)候不再存在盲區(qū)，可一次性完成信號(hào)的發(fā)射和接收，使得定位效率可以達(dá)到最高，只要一次超聲波收發(fā)操作便可定位出位置，節(jié)約能耗。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的實(shí)施方式提供了一種具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)，包含：

一待定位設(shè)備，還包含一個(gè)超聲波發(fā)射裝置、一個(gè)無線射頻發(fā)射裝置與一第一控制板，超聲波發(fā)射裝置、無線射頻發(fā)射裝置皆安裝在第一控制板上，其中超聲波發(fā)射裝置相對(duì)于地面垂直設(shè)置，用于朝向地面發(fā)射超聲波信號(hào)；以及

一基準(zhǔn)設(shè)備，還包含至少一個(gè)超聲波接收裝置、一個(gè)無線射頻接收裝置與一第二控制板；超聲波接收裝置、無線射頻接收裝置皆安裝在第二控制板上，其中超聲波接收裝置相對(duì)于地面垂直設(shè)置，用于接收超聲波信號(hào)；

在定位時(shí)，第一控制板同時(shí)觸發(fā)超聲波發(fā)射裝置與無線射頻發(fā)射裝置，發(fā)射超聲波信號(hào)與射頻信號(hào)；當(dāng)無線射頻接收裝置接收到射頻信號(hào)時(shí)，第二控制板觸發(fā)超聲波接收裝置；當(dāng)超聲波接收裝置接收到超聲波信號(hào)時(shí)，第二控制板根據(jù)無線射頻接收裝置接收到射頻信號(hào)與超聲波接收裝置接收到超聲波信號(hào)的時(shí)刻，以確定待定位設(shè)備和基準(zhǔn)設(shè)備的距離，藉以獲取待定位設(shè)備相對(duì)于基準(zhǔn)設(shè)備的位置。

本實(shí)用新型實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置安裝方式為垂直于地面，這樣超聲波信號(hào)發(fā)射的時(shí)候一觸碰到水平地面就能夠在水平面上朝360度范圍內(nèi)擴(kuò)散，超聲波接收裝置也能從水平面上的360度方向接收信號(hào)。通過本實(shí)用新型實(shí)施方式的具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)，不僅可以減少超聲波裝置的安裝數(shù)量，同時(shí)使得超聲波裝置在發(fā)射和接收的時(shí)候不再存在盲區(qū)，可一次性完成信號(hào)的發(fā)射和接收，使得定位效率可以達(dá)到最高，只要一次超聲波信號(hào)的收發(fā)操作便可定位出位置，節(jié)約能耗。

進(jìn)一步地，超聲波接收裝置的數(shù)目可以為三個(gè)。在定位時(shí)，當(dāng)無線射頻接收裝置接收到射頻信號(hào)時(shí)，第二控制板同時(shí)觸發(fā)三個(gè)超聲波接收裝置。

進(jìn)一步地，還可以包含四個(gè)計(jì)時(shí)器。四個(gè)計(jì)時(shí)器均與第二控制板連接，四個(gè)計(jì)時(shí)器與無線射頻接收裝置、三個(gè)超聲波接收裝置一一對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步地，待定位設(shè)備與基準(zhǔn)設(shè)備之間的距離可以小于或者等于6米。

附圖說明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施方式的具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施方式的具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)頂視圖。

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施方式的具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正視圖。

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施方式的具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)的產(chǎn)品透視俯視圖。

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施方式的具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)的產(chǎn)品透視正視圖。

圖6是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施方式的具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)的產(chǎn)品透視底視圖。

圖7是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施方式中的具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)中各裝置之間的位置關(guān)系示意圖。

主要組件符號(hào)說明：

1：待定位設(shè)備

11：超聲波發(fā)射裝置

12：無線射頻發(fā)射裝置

13：第一控制板

2：基準(zhǔn)設(shè)備

21：超聲波接收裝置

22：無線射頻接收裝置

23：第二控制板

24：計(jì)時(shí)器

3：地面。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本實(shí)用新型各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。

本實(shí)用新型一實(shí)施方式涉及一種具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖1－3所示，本實(shí)用新型的定位系統(tǒng)包含：待定位設(shè)備1與基準(zhǔn)設(shè)備2。其中，待定位設(shè)備1上包括一個(gè)超聲波發(fā)射裝置11、一個(gè)無線射頻發(fā)射裝置12與第一控制板13，其中超聲波發(fā)射裝置11、無線射頻發(fā)射裝置12皆安裝在第一控制板13上，超聲波發(fā)射裝置11相對(duì)于地面3垂直設(shè)置，用于朝向地面3發(fā)射超聲波信號(hào)?；鶞?zhǔn)設(shè)備2上包含至少一個(gè)超聲波接收裝置21、一個(gè)無線射頻接收裝置22與第二控制板23；超聲波接收裝置21、無線射頻接收裝置22均安裝在第二控制板23上；超聲波接收裝置21相對(duì)于地面3垂直設(shè)置，用于接收超聲波信號(hào)。

在定位時(shí)，第一控制板13同時(shí)觸發(fā)超聲波發(fā)射裝置11與無線射頻發(fā)射裝置12，以分別發(fā)射超聲波信號(hào)與射頻信號(hào)；當(dāng)無線射頻接收裝置12接收到射頻信號(hào)時(shí)，第二控制板23觸發(fā)超聲波接收裝置21；當(dāng)超聲波接收裝置21接收到超聲波信號(hào)時(shí)，第二控制板23根據(jù)無線射頻接收裝置22接收到射頻信號(hào)的時(shí)刻與超聲波接收裝置21接收到超聲波信號(hào)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，獲取待定位設(shè)備1相對(duì)于基準(zhǔn)設(shè)備2的位置。

在一個(gè)實(shí)施方式中，超聲波裝置的安裝方式如圖1－3所示，在待定位設(shè)備1中僅需安裝一個(gè)垂直朝向水平地面的超聲波發(fā)射裝置11，基準(zhǔn)設(shè)備2中可以安裝三個(gè)垂直朝向水平地面3的超聲波接收裝置21。在定位時(shí)，當(dāng)無線射頻接收裝置22接收到射頻信號(hào)時(shí)，第二控制板23同時(shí)觸發(fā)三個(gè)超聲波接收裝置21；當(dāng)三個(gè)超聲波接收裝置21均接收到超聲波信號(hào)時(shí)，第二控制板23根據(jù)無線射頻接收裝置22接收到射頻信號(hào)的時(shí)刻分別與三個(gè)超聲波接收裝置21接收到超聲波信號(hào)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，獲取待定位設(shè)備1相對(duì)于基準(zhǔn)設(shè)備2的位置。值得說明的，本實(shí)施方式所揭露的超聲波接收裝置21所使用的數(shù)量是三個(gè)，但熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員，可以從本專利申請(qǐng)的技術(shù)方案中擴(kuò)充超聲波接收裝置21的使用數(shù)量可以是三個(gè)以上，并不以本實(shí)施方式所使用的數(shù)量為限。

在一個(gè)實(shí)施方式中，本實(shí)用新型的定位系統(tǒng)中還可以包含四個(gè)計(jì)時(shí)器24。四個(gè)計(jì)時(shí)器24均與第二控制板23連接，四個(gè)計(jì)時(shí)器24與無線射頻接收裝置12、三個(gè)超聲波接收裝置21一一對(duì)應(yīng)；當(dāng)無線射頻接收裝置22接收到射頻信號(hào)時(shí)，第二控制板23觸發(fā)無線射頻接收裝置22對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)器24記錄接收時(shí)刻t0。當(dāng)三個(gè)超聲波接收裝置21接收到超聲波信號(hào)時(shí)，第二控制板23分別觸發(fā)對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)器24記錄接收時(shí)刻t1、t2、t3；第二控制板23根據(jù)接收時(shí)刻t0分別與接收時(shí)刻t1、t2、t3之間的時(shí)間間隔，獲取待定位設(shè)備1相對(duì)于基準(zhǔn)設(shè)備2的位置。

在一個(gè)實(shí)施方式中，待定位設(shè)備1與基準(zhǔn)設(shè)備2之間的距離可以小于或者等于6米，其定位效果是最精確的。

在實(shí)際應(yīng)用中，待定位設(shè)備1與基準(zhǔn)設(shè)備2的產(chǎn)品透視圖如圖4－6所示。

本實(shí)用新型的實(shí)施方式中，基于無線射頻和超聲波的定位系統(tǒng)的定位過程如下：

首先，待定位設(shè)備1上的第一控制板13控制板控制無線射頻發(fā)射裝置12發(fā)射射頻信號(hào)，同時(shí)，控制超聲波發(fā)射裝置11發(fā)射超聲波信號(hào)。

接著，基準(zhǔn)設(shè)備2上的無線射頻接收裝置22接收到射頻信號(hào)后，記錄接收時(shí)刻t0；同時(shí)，第二控制板23控制同時(shí)打開三個(gè)超聲波接收裝置21，準(zhǔn)備接收超聲波信號(hào)。

最后，基準(zhǔn)設(shè)備2上的三個(gè)超聲波接收裝置21收到超聲波信號(hào)后，基準(zhǔn)設(shè)備2分別記錄接收時(shí)刻t1、t2、t3，并根據(jù)超聲波信號(hào)在空氣中的傳播速度v分別計(jì)算出三個(gè)超聲波接收裝置21同超聲波發(fā)射裝置11之間的距離，如圖7所示，其中O點(diǎn)為基準(zhǔn)設(shè)備2的中心位置，作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，A、B、C三點(diǎn)表示基準(zhǔn)設(shè)備2上的超聲波接收裝置21，P點(diǎn)為待定位設(shè)備1上的超聲波發(fā)射裝置11，其中，PA=v*（t1-t0），PB=v*（t2-t0），PC=v*（t3-t0），為求P點(diǎn)的坐標(biāo)，只需要利用PA、PB、PC中最小的兩個(gè)值便可，如圖4所示為PA和PC的值，其余已知的條件為OA、OC、AC的長度和角∠AOX和∠OAC的值，基于這些信息，可以計(jì)算得出P點(diǎn)坐標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)待定位設(shè)備1定位。

計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)的過程如下：

第一步，通過余弦定理計(jì)算得出三角形△APC中角∠CAP的值。

第二步，計(jì)算出∠OAP的值；其中，∠OAP=∠CAP+∠OAC。

第三步，通過余弦定理計(jì)算△APO中OP的長度。

第四步，通過余弦定理計(jì)算△APO中∠AOP的值。

第五步，計(jì)算出∠POX的值；其中，∠POX=∠AOX-∠AOP。

第六步，計(jì)算出P點(diǎn)坐標(biāo)。其中，P(X,Y) = P(OP*cos∠POX,OP*sin∠POX)。其中，X表示P點(diǎn)在坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)，Y表示P點(diǎn)在坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)。

在本實(shí)施方式中，將無線射頻技術(shù)和超聲波收發(fā)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，并將超聲波裝置朝向水平地面安裝進(jìn)行超聲波信號(hào)的收發(fā)操作，不僅解決了待定位設(shè)備的定位問題，同時(shí)還解決了超聲波信號(hào)的方向性限制問題，為實(shí)現(xiàn)有效定位，需要在平行于水平方向安裝超聲波裝置數(shù)量過多的缺點(diǎn)，通過一次超聲波收發(fā)操作便可定位出待定位設(shè)備的位置，將定位效率提到最高。

本實(shí)用新型實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置安裝方式為垂直于地面，這樣超聲波信號(hào)發(fā)射的時(shí)候一觸碰到水平地面就能夠在水平面上朝360度范圍內(nèi)擴(kuò)散，超聲波接收裝置也能從水平面上的360度方向接收信號(hào)。通過本實(shí)用新型實(shí)施方式的具備無線射頻裝置和超聲波裝置的定位系統(tǒng)，不僅可以減少超聲波裝置的安裝數(shù)量，同時(shí)使得超聲波裝置在發(fā)射和接收的時(shí)候不再存在盲區(qū)，可一次性完成信號(hào)的發(fā)射和接收，使得定位效率可以達(dá)到最高，只要一次超聲波收發(fā)操作便可定位出位置，節(jié)約能耗。

特別是，通過本實(shí)用新型實(shí)施方式中的超聲波對(duì)地收發(fā)信號(hào)的安裝結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的技術(shù)效果是：兩個(gè)設(shè)備（基準(zhǔn)設(shè)備2和待定位設(shè)備1）能夠在室內(nèi)六米范圍內(nèi)、一共只使用四個(gè)超聲波裝置的情況下，僅需一次操作便可定位出待定位設(shè)備1的位置。

需要說明的是，在本實(shí)施方式中，僅使用了四個(gè)超聲波裝置，而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，也可以不局限于四個(gè)超聲波裝置，只要安裝方式不脫離本實(shí)用新型中的對(duì)地安裝結(jié)構(gòu)，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，而在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。