基于超聲傳感器的測距定位系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于超聲傳感器的測距定位系統，包括超聲發射端子系統和超聲定位端子系統，超聲發射端子系統和超聲定位端子系統通過無線通信模塊進行通訊；超聲定位端子系統包括定位端無線通信模塊、定位端微型控制器單元、定位端超聲發射模塊和定位端超聲接收模塊；超聲發射端子系統包括發射端無線通信模塊、發射端微型控制器單元和發射端超聲發射模塊。本發明所公開的基于超聲傳感器的測距定位系統，實現了超聲傳感器測距功能與定位功能的復用；通過超聲定位端子系統和超聲發射端子系統的超聲傳感器的數量的靈活配置，實現了單對多、多對多的測距和定位；通過溫度傳感器校準超聲波的波速，實現了較高的測距和定位精度以及較高的實用性。
【專利說明】
基于超聲傳感器的測距定位系統
技術領域
[0001]本發明涉及測距定位系統，尤其是一種基于超聲傳感器的測距定位系統。【背景技術】
[0002]具有自主跟隨避障功能的移動機器人廣泛應用于高爾夫球場、病人看護、物流基地和軍事運輸等方面。為了實現不同移動機器人平臺的目標定位與自主避障功能，搭載于其上的傳感器系統必須具有良好的測距性能與可擴展性，以獲得準確充足的外界環境信息。超聲波測距具有精度高、成本低和穩定性好的優點，適用于移動機器人的目標定位與自主避障。
[0003]目前的超聲波傳感器模塊以自發自收的形式居多，不能接收其他模塊發射的超聲波，因而不能同時滿足測距與定位的需求。
【發明內容】
[0004]本發明以實現超聲波收發可控為目標，設計了分體式的基于超聲傳感器的測距定位系統，實現了超聲波傳感器測距功能與定位功能的復用。
[0005]為了實現上述目的，本發明提供了下述方案:
[0006]—種基于超聲傳感器的測距定位系統，包括一個超聲發射端子系統和一個超聲定位端子系統，
[0007]所述超聲發射端子系統和所述超聲定位端子系統通過無線通信模塊進行通訊；
[0008]所述超聲定位端子系統包括定位端無線通信模塊、定位端微型控制器單元、兩個定位端超聲發射模塊和兩個定位端超聲接收模塊，
[0009]所述定位端無線通信模塊、第一定位端超聲發射模塊、第一定位端超聲接收模塊、 第二定位端超聲發射模塊和第二定位端超聲接收模塊分別與所述定位端微型控制器單元連接；
[0010]所述定位端微型控制器單元控制任意一個所述定位端超聲發射模塊和任意一個所述定位端超聲接收模塊進行通訊實現測距功能；
[0011]所述定位端微型控制器單元控制所述超聲發射端子系統和任意一個所述定位端超聲接收模塊進行通訊實現定位功能。
[0012]優選地，所述超聲定位端子系統還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器與所述定位端微型控制器單元連接，所述定位端微型控制器單元根據所述溫度傳感器的信號校準所述定位端超聲發射模塊發射的超聲波的波速。
[0013]優選地，所述的基于超聲傳感器的測距定位系統包括兩個或兩個以上所述超聲發射端子系統，所述定位端微型控制器單元控制任意一個所述超聲發射端子系統和任意一個所述定位端超聲接收模塊進行通訊實現定位功能。
[0014]優選地，所述的基于超聲傳感器的測距定位系統包括兩個或兩個以上所述超聲定位端子系統。
[0015]優選地，所述超聲定位端子系統還包括總線收發器，所有所述超聲定位端子系統經總線收發器相互連接。
[0016]優選地，所述超聲定位端子系統包括兩個以上所述定位端超聲發射模塊和/或兩個以上所述定位端超聲接收模塊。
[0017]優選地，所述超聲發射端子系統包括發射端無線通信模塊、發射端微型控制器單元和發射端超聲發射模塊，所述發射端無線通信模塊和所述發射端超聲發射模塊與所述發射端微型控制器單元連接。
[0018]優選地，所述無線通信模塊包括發射端無線通信模塊和定位端無線通信模塊，所述發射端無線通信模塊和所述定位端無線通信模塊連接。
[0019]優選地，所述基于超聲傳感器的測距定位系統工作在測距模式時，
[0020]所述定位端微型控制器單元根據所述溫度傳感器的信號校準所述定位端超聲發射模塊發射的超聲波的波速，
[0021]所述定位端微型控制器單元根據測距指令控制所述定位端微型控制器單元的定時器、任意一個所述定位端超聲發射模塊和任意一個所述定位端超聲接收模塊同時開始工作，
[0022]所述定位端微型控制器單元根據所述定位端超聲接收模塊接收到的回波信號控制所述定時器、所述定位端超聲發射模塊和所述定位端超聲接收模塊同時停止工作，
[0023]所述定位端微型控制器單元根據超聲波的波速和所述定時器的計時時間計算出距離，完成測距功能。
[0024]進一步地，所述定位端微型控制器單元根據設定的回波接收閾值時間控制所述定時器、所述定位端超聲發射模塊和所述定位端超聲接收模塊同時停止工作；[0〇25] 所述定位端微型控制器單元根據測距指令控制所述定位端微型控制器單元的定時器、任意一個所述定位端超聲發射模塊和任意一個所述定位端超聲接收模塊再一次同時開始工作，直到完成測距功能。[0〇26]優選地，所述基于超聲傳感器的測距定位系統工作在定位模式時，
[0027]所述定位端微型控制器單元控制所述定位端無線通信模塊向所述發射端無線通信模塊發射定位指令信號，
[0028]所述發射端微型控制器單元根據所述發射端無線通信模塊接收到的定位指令信號向所述定位端無線通信模塊發射同步信號，同時控制所述發射端超聲發射模塊發射超聲波；
[0029]所述定位端微型控制器單元根據所述定位端無線通信模塊接收到的同步信號控制所述定時器和任意一個所述定位端超聲接收模塊同時開始工作，
[0030]所述定位端微型控制器單元根據所述定位端超聲接收模塊接收到的超聲波信號控制所述定時器和所述定位端超聲接收模塊同時停止工作，
[0031]所述定位端微型控制器單元根據超聲波的波速和所述定時器的計時時間計算出所述超聲發射端子系統和所述超聲定位端子系統之間的相對距離，實現所述超聲定位端子系統對所述超聲發射端子系統的定位。
[0032]本發明中，所述超聲發射端子系統和所述超聲定位端子系統采用單片機作為微型控制器單元，負責超聲發射脈沖的產生、測距計時與距離計算;且都具備超聲發射功能與無線通信功能。
[0033]本發明中，所述超聲定位端子系統設有n個(n多2)所述定位端超聲發射模塊和所述定位端超聲接收模塊，即n(n多2)路超聲收發可控的電路，既可自發自收超聲波進行測距避障，又可接收所述超聲發射端子系統發射的超聲波來定位所述超聲發射端子系統；因為超聲波波速與溫度有關，為了校準波速，所述超聲定位端子系統設有所述溫度傳感器，使超聲測距更為精確。
[0034]本發明中，所述超聲發射端子系統和所述超聲定位端子系統設有獨立的電池供電，方便用戶使用。
[0035]本發明中，當所述超聲定位端子系統設有多個時，所述超聲定位端子系統之間通過所述總線收發器(如CAN總線收發器、485總線收發器等)級聯組網，使得所述基于超聲傳感器的測距定位系統使用的所述超聲定位端子系統的數量不受限制，并通過無線通信模塊與所述超聲發射端子系統進行時間同步。
[0036]本發明所公開的基于超聲傳感器的測距定位系統可以由一個或多個超聲發射端子系統和一個或多個超聲定位端子系統組成，所述超聲發射端子系統和所述超聲定位端子系統均設有無線通信模塊。
[0037]本發明中，所述超聲定位端子系統既能接收超聲波也能發射超聲波。
[0038]本發明中，所述超聲發射端子系統與所述超聲定位端子系統通過無線通信模塊進行時間同步。
[0039]本發明中，所述超聲定位端子系統通過所述總線收發器進行級聯組網，提高了系統的可擴展性和測距數據采集能力。
[0040]本發明中，所述超聲定位端子系統通過所述溫度傳感器校準超聲波波速。
[0041]本發明中，所述超聲發射端子系統和所述超聲定位端子系統均采用電池單獨供電，方便用戶使用。[〇〇42]本發明產生的有益效果:[〇〇43]本發明所公開的基于超聲傳感器的測距定位系統，通過設置超聲發射端子系統和超聲定位端子系統，實現了超聲傳感器測距功能與定位功能的復用;通過超聲定位端子系統和超聲發射端子系統的超聲傳感器的數量的靈活配置，能夠實現單對多、多對多的測距和定位;通過溫度傳感器校準超聲波的波速，實現了較高的測距和定位精度以及較高的實用性。【附圖說明】
[0044]圖1為本發明的基于超聲傳感器的測距定位系統的組成結構示意圖；[〇〇45]圖2為本發明的基于超聲傳感器的測距定位系統的超聲測距流程圖；
[0046]圖3為本發明的基于超聲傳感器的測距定位系統的超聲定位流程圖。
[0047]圖中:
[0048]超聲發射端子系統1、超聲定位端子系統2、發射端無線通信模塊3、發射端微型控制器單元4、發射端超聲發射模塊5、定位端無線通信模塊6、定位端微型控制器單元7、第一定位端超聲發射模塊8、第一定位端超聲接收模塊9、溫度傳感器10、總線收發器11、第二定位端超聲發射模塊12和第二定位端超聲接收模塊13。【具體實施方式】
[0049]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0050]如圖1所示的基于超聲傳感器的測距定位系統的組成結構示意圖:[0051 ] 一種基于超聲傳感器的測距定位系統，包括一個超聲發射端子系統1和一個超聲定位端子系統2,所述超聲發射端子系統1和所述超聲定位端子系統2通過無線通信模塊進行通訊。[〇〇52]所述超聲定位端子系統2包括定位端無線通信模塊6、定位端微型控制器單元7、兩個定位端超聲發射模塊和兩個定位端超聲接收模塊，所述定位端無線通信模塊6、第一定位端超聲發射模塊8、第一定位端超聲接收模塊9、第二定位端超聲發射模塊12和第二定位端超聲接收模塊13分別與所述定位端微型控制器單元7連接;所述超聲定位端子系統2還包括溫度傳感器10,所述溫度傳感器10與所述定位端微型控制器單元7連接，所述定位端微型控制器單元7根據所述溫度傳感器10的信號校準所述定位端超聲發射模塊8發射的超聲波的波速。[〇〇53]所述超聲發射端子系統1包括發射端無線通信模塊3、發射端微型控制器單元4和發射端超聲發射模塊5,所述發射端無線通信模塊3和所述發射端超聲發射模塊5與所述發射端微型控制器單元4連接;所述無線通信模塊包括發射端無線通信模塊3和定位端無線通信模塊6，所述發射端無線通信模塊3和所述定位端無線通信模塊6連接。
[0054]所述發射端微型控制器單元4和所述定位端微型控制器單元7采用單片機;所述超聲發射端子系統1和所述超聲定位端子系統2分別設置獨立的電池供電。
[0055]所述基于超聲傳感器的測距定位系統工作在測距模式時，
[0056]所述定位端微型控制器單元7根據所述溫度傳感器10的信號校準所述定位端超聲發射模塊8發射的超聲波的波速，
[0057]所述定位端微型控制器單元7根據測距指令控制所述定位端微型控制器單元7的定時器、任意一個所述定位端超聲發射模塊和任意一個所述定位端超聲接收模塊同時開始工作，
[0058]所述定位端微型控制器單元7根據所述定位端超聲接收模塊接收到的回波信號控制所述定時器、所述定位端超聲發射模塊和所述定位端超聲接收模塊同時停止工作，
[0059]所述定位端微型控制器單元7根據超聲波的波速和所述定時器的計時時間計算出距離，完成測距功能；
[0060]或所述定位端微型控制器單元7根據設定的回波接收閾值時間控制所述定時器、 所述定位端超聲發射模塊和所述定位端超聲接收模塊同時停止工作；[0061 ] 所述定位端微型控制器單元7根據測距指令控制所述定位端微型控制器單元7的定時器、任意一個所述定位端超聲發射模塊和任意一個所述定位端超聲接收模塊再一次同時開始工作，直到完成測距功能。[〇〇62]如圖2所示的基于超聲傳感器的測距定位系統的超聲測距流程圖:
[0063]程序開始后首先使用所述溫度傳感器測量環境溫度，通過查找事先建立的波速-溫度對照表獲得當前超聲波波速，然后選取要進行測距的超聲傳感器組，系統可同時控制多組傳感器進行測距。單片機通過定時器翻轉電平產生多個40KHz脈沖方波經放大電路后發射超聲波，同時定時器開始計時，直至單片機捕獲到回波觸發信號停止計時，通過計時時間測出距離。當發射超聲波后，若在閾值時間內沒有接收到回波信號，則停止接收回波。
[0064]所述基于超聲傳感器的測距定位系統工作在定位模式時，
[0065]所述定位端微型控制器單元7控制所述定位端無線通信模塊6向所述發射端無線通信模塊3發射定位指令信號，
[0066]所述發射端微型控制器單元4根據所述發射端無線通信模塊3接收到的定位指令信號向所述定位端無線通信模塊6發射同步信號，同時控制所述發射端超聲發射模塊5發射超聲波；[〇〇67]所述定位端微型控制器單元7根據所述定位端無線通信模塊6接收到的同步信號控制所述定時器和任意一個所述定位端超聲接收模塊同時開始工作，
[0068]所述定位端微型控制器單元7根據所述定位端超聲接收模塊接收到的超聲波信號控制所述定時器和所述定位端超聲接收模塊同時停止工作，
[0069]所述定位端微型控制器單元7根據超聲波的波速和所述定時器的計時時間計算出所述超聲發射端子系統1和所述超聲定位端子系統2之間的相對距離，實現所述超聲定位端子系統2對所述超聲發射端子系統1的定位。
[0070]如圖3所示的基于超聲傳感器的測距定位系統的超聲定位流程圖:
[0071]由所述超聲定位端子系統2主動向所述超聲發射端子系統1進行時間同步，隨后所述超聲發射端子系統1發射超聲波，所述超聲定位端子系統2開始測距計時；當所述超聲定位端子系統2接收到回波后停止計時，并推算出所述超聲發射端子系統1的距離，進一步確定所述超聲發射端子系統1與所述超聲定位端子系統的相對位置。
[0072]具體實施時，多個所述超聲定位端子系統2也可通過分時輪循的方式定位多個所述超聲發射端子系統1，實現多對多的測距與定位。
[0073]具體實施時，所述超聲定位端子系統2也可以包括兩個以上上述定位端超聲發射模塊和/或兩個以上上述定位端超聲接收模塊;也可以包括兩個或兩個以上所述超聲發射端子系統1;也可以包括兩個或兩個以上所述超聲定位端子系統2,所有所述超聲定位端子系統2經總線收發器11相互連接。[〇〇74]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于超聲傳感器的測距定位系統，其特征在于:包括一個超聲發射端子系統(1) 和一個超聲定位端子系統(2)，所述超聲發射端子系統(1)和所述超聲定位端子系統(2)通過無線通信模塊進行通訊；所述超聲定位端子系統(2)包括定位端無線通信模塊(6)、定位端微型控制器單元(7)、 兩個定位端超聲發射模塊和兩個定位端超聲接收模塊，所述定位端無線通信模塊(6)、第一定位端超聲發射模塊(8)、第一定位端超聲接收模 塊(9)、第二定位端超聲發射模塊(12)和第二定位端超聲接收模塊(13)分別與所述定位端 微型控制器單元(7)連接；所述定位端微型控制器單元(7)控制任意一個所述定位端超聲發射模塊和任意一個所 述定位端超聲接收模塊進行通訊實現測距功能；所述定位端微型控制器單元(7)控制所述超聲發射端子系統(1)和任意一個所述定位 端超聲接收模塊進行通訊實現定位功能。2.根據權利要求1所述的基于超聲傳感器的測距定位系統，其特征在于:所述超聲定位 端子系統(2)還包括溫度傳感器(10)，所述溫度傳感器(10)與所述定位端微型控制器單元 (7)連接，所述定位端微型控制器單元(7)根據所述溫度傳感器(10)的信號校準所述定位端 超聲發射模塊(8)發射的超聲波的波速。3.根據權利要求1所述的基于超聲傳感器的測距定位系統，其特征在于:包括兩個或兩 個以上所述超聲發射端子系統(1)，所述定位端微型控制器單元(7)控制任意一個所述超聲 發射端子系統(1)和任意一個所述定位端超聲接收模塊進行通訊實現定位功能。4.根據權利要求1或3所述的基于超聲傳感器的測距定位系統，其特征在于:包括兩個 或兩個以上所述超聲定位端子系統(2)。5.根據權利要求4所述的基于超聲傳感器的測距定位系統，其特征在于:所述超聲定位 端子系統(2)還包括總線收發器(11)，所有所述超聲定位端子系統(2)經總線收發器(11)相 互連接。6.根據權利要求1所述的基于超聲傳感器的測距定位系統，其特征在于:所述超聲定位 端子系統(2)包括兩個以上所述定位端超聲發射模塊和/或兩個以上所述定位端超聲接收 豐旲塊。7.根據權利要求1所述的基于超聲傳感器的測距定位系統，其特征在于:所述超聲發射 端子系統(1)包括發射端無線通信模塊(3)、發射端微型控制器單元(4)和發射端超聲發射 模塊(5)，所述發射端無線通信模塊(3)和所述發射端超聲發射模塊(5)與所述發射端微型控制 器單元(4)連接。8.根據權利要求1所述的基于超聲傳感器的測距定位系統，其特征在于:所述基于超聲 傳感器的測距定位系統工作在測距模式時，所述定位端微型控制器單元(7)根據所述溫度傳感器(10)的信號校準所述定位端超聲 發射模塊(8)發射的超聲波的波速，所述定位端微型控制器單元(7)根據測距指令控制所述定位端微型控制器單元(7)的 定時器、任意一個所述定位端超聲發射模塊和任意一個所述定位端超聲接收模塊同時開始 工作，所述定位端微型控制器單元(7)根據所述定位端超聲接收模塊接收到的回波信號控制 所述定時器、所述定位端超聲發射模塊和所述定位端超聲接收模塊同時停止工作，所述定位端微型控制器單元(7)根據超聲波的波速和所述定時器的計時時間計算出距 離，完成測距功能。9.根據權利要求8所述的基于超聲傳感器的測距定位系統，其特征在于:所述定位端微 型控制器單元(7)根據設定的回波接收閾值時間控制所述定時器、所述定位端超聲發射模 塊和所述定位端超聲接收模塊同時停止工作；所述定位端微型控制器單元(7)根據測距指令控制所述定位端微型控制器單元(7)的 定時器、任意一個所述定位端超聲發射模塊和任意一個所述定位端超聲接收模塊再一次同 時開始工作，直到完成測距功能。10.根據權利要求1所述的基于超聲傳感器的測距定位系統，其特征在于:所述基于超 聲傳感器的測距定位系統工作在定位模式時，所述定位端微型控制器單元(7)控制所述定位端無線通信模塊(6)向所述發射端無線 通信模塊(3)發射定位指令信號，所述發射端微型控制器單元(4)根據所述發射端無線通信模塊(3)接收到的定位指令 信號向所述定位端無線通信模塊(6)發射同步信號，同時控制所述發射端超聲發射模塊(5) 發射超聲波；所述定位端微型控制器單元(7)根據所述定位端無線通信模塊(6)接收到的同步信號 控制所述定時器和任意一個所述定位端超聲接收模塊同時開始工作，所述定位端微型控制器單元(7)根據所述定位端超聲接收模塊接收到的超聲波信號控 制所述定時器和所述定位端超聲接收模塊同時停止工作，所述定位端微型控制器單元(7)根據超聲波的波速和所述定時器的計時時間計算出所 述超聲發射端子系統(1)和所述超聲定位端子系統(2)之間的相對距離，實現所述超聲定位 端子系統(2)對所述超聲發射端子系統(1)的定位。
【文檔編號】G01S15/08GK105954753SQ201610246695
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】王治彪, 畢樹生, 牛傳猛
【申請人】北京九星智元科技有限公司