一種基于反射錐的超聲波定位系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于反射錐的超聲波定位系統，包含發射模塊、N個接收模塊、無線通信模塊、溫度傳感器和控制模塊，N為大于等于3的自然數；無線通信模塊包含一個匯總節點和N+1個分支節點；所述匯總節點和所述控制模塊相連，所述N+1個分支節點分別和發射模塊、N個接收模塊一一對應相連；所述匯總節點和分支節點之間基于無線通信；發射模塊和接收模塊中均添加反射錐；控制模塊和溫度傳感器相連，用于根據溫度傳感器感應到的溫度和各個接收模塊傳遞的超聲波信號計算出所述發射模塊的坐標。本發明有效解決傳統超聲波定位中節點布置不便捷、節點數量多的問題。
【專利說明】
一種基于反射錐的超聲波定位系統
技術領域
[0001]本發明涉及移動設備定位技術領域，特別是涉及一種基于反射錐的超聲波定位系統。
【背景技術】
[0002]目前很多定位系統都是借助于GPS衛星實現對目標的定位，這種定位雖然很方便，但是其定位精度相對較低，定位區域大多處于室外空曠地區，很多時候我們需要對定位目標實現高精度的定位，這是GPS無法實現的。超聲波所具有方向性好，能在界面上產生反射、折射、能量高等特點，現有的超聲波定位系統受限于超聲波的這些特點，很多都是將部分節點布置于天花板上，這給節點的布置帶來了不便，同時由于受限于發射器發射角度的限制，定位很小的區域就需要布置大量的接收節點，也造成了成本的上升，鑒于傳統超聲波定位系統中的節點布置問題，如果能夠增加超聲波發射端的輻射范圍，那么就能有效地減少接收端節點的個數，從而達到降低成本的目的。
[0003]現有的超聲波定位系統大多運用于對室內物體的定位，本發明涉及的超聲波定位系統可以運用于駕考的各項項目中對汽車的定位、停車場中對汽車的定位來尋找車位、室內小車軌跡分析等背景。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對【背景技術】中所涉及到的缺陷，提供一種基于反射錐的超聲波定位系統，利用反射圓錐有效地擴大超聲波發射器發射的超聲波的輻射范圍，實現發射端和接收端對超聲波的全向發射和接收。
[0005]本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
一種基于反射錐的超聲波定位系統，包含發射模塊、N個接收模塊、無線通信模塊、溫度傳感器和控制模塊，N為大于等于3的自然數；
所述無線通信模塊包含一個匯總節點和N+1個分支節點;所述匯總節點和所述控制模塊相連，所述N+1個分支節點分別和發射模塊、N個接收模塊一一對應相連;所述匯總節點和分支節點之間基于無線通信；
所述發射模塊設置在待定位的物體上，用于發出超聲波，包含超聲波發射器、發射反射錐和發射微控制器;所述發射反射錐呈圓錐狀，設置在超聲波發射器的發射端，錐尖面朝超聲波發射器，軸心與超聲波發射器的發射方向在同一直線上;所述發射微控制器分別和超聲波發射器、發射模塊對應的分支節點相連，用于根據接收到的命令控制超聲波發射器工作；
所述接收模塊包含超聲波接收器、接收反射錐和接收微控制器;所述接收反射錐呈圓錐狀，設置在超聲波接收器的接收端，錐尖面朝超聲波接收器，軸心與超聲波接收器的接收方向在同一直線上;所述接收微控制器分別和超聲波接收器、接收模塊對應的分支節點相連，用于將接收到的超聲波信號傳遞給所述控制模塊； 所述控制模塊和溫度傳感器相連，用于根據溫度傳感器感應到的溫度和各個接收模塊傳遞的超聲波信號計算出所述發射模塊的坐標。
[0006]作為本發明一種基于反射錐的超聲波定位系統進一步的優化方案，所述發射反射錐、接收反射錐均為表面平整的金屬圓錐，且頂角均為90度。
[0007]作為本發明一種基于反射錐的超聲波定位系統進一步的優化方案，所述溫度傳感器采用IC溫度傳感器。
[0008]作為本發明一種基于反射錐的超聲波定位系統進一步的優化方案，所述IC溫度傳感器采用DS18B20型溫度傳感器。
[0009]作為本發明一種基于反射錐的超聲波定位系統進一步的優化方案，所述控制模塊采用PC。
[0010]本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
1.通過在超聲波發射模塊加上反射錐，有效地擴大了超聲波發射模塊發出的超聲波的輻射范圍，更便于超聲波接收節點的布置；
2.在超聲波接收模塊安裝反射錐后，將超聲波接收端原來只有約60度的接收角度有效地改進為360度全向接收；
3.在PC端進行數據的運算和位置的顯示，PC的運行速度和圖形顯示相對于單片機有很大優勢；
4.有效減少超聲波的接收節點的數量，解決節點布置不便捷的問題。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是超聲波經反射錐反射過后的路線圖；
圖2是超聲波經發射端發射錐反射后側面輻射范圍示意圖；
圖3是超聲波經發射端反射錐反射后俯視輻射范圍示意圖；
圖4為超聲波發射端增加反射錐后示意圖；
圖5為超聲波接收端增加反射錐后示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明:
本發明公開了一種基于反射錐的超聲波定位系統，包含發射模塊、N個接收模塊、無線通信模塊、溫度傳感器和控制模塊，N為大于等于3的自然數；
所述無線通信模塊包含一個匯總節點和N+1個分支節點;所述匯總節點和所述控制模塊相連，所述N+1個分支節點分別和發射模塊、N個接收模塊一一對應相連;所述匯總節點和分支節點之間基于無線通信；
所述發射模塊設置在待定位的物體上，用于發出超聲波，包含超聲波發射器、發射反射錐和發射微控制器;所述發射反射錐呈圓錐狀，設置在超聲波發射器的發射端，錐尖面朝超聲波發射器，軸心與超聲波發射器的發射方向在同一直線上;所述發射微控制器分別和超聲波發射器、發射模塊對應的分支節點相連，用于根據接收到的命令控制超聲波發射器工作；
所述接收模塊包含超聲波接收器、接收反射錐和接收微控制器;所述接收反射錐呈圓錐狀，設置在超聲波接收器的接收端，錐尖面朝超聲波接收器，軸心與超聲波接收器的接收方向在同一直線上;所述接收微控制器分別和超聲波接收器、接收模塊對應的分支節點相連，用于將接收到的超聲波信號傳遞給所述控制模塊；
所述控制模塊和溫度傳感器相連，用于根據溫度傳感器感應到的溫度和各個接收模塊傳遞的超聲波信號計算出所述發射模塊的坐標。
[0013]所述發射反射錐、接收反射錐均為表面平整的金屬圓錐，頂角優先設置為90度，所述溫度傳感器采用IC溫度傳感器，型號為DS18B20。
[0014]所述控制模塊采用PC。
[0015]由傳統室內定位的三邊算法可知，要得到具體的三維位置信息，一個發射端至少要配備3個接收端才能進行三維定位，超聲波發射端發出的超聲波信號當有3個或3個以上的接收端接收到，結合定位算法就可得到具體坐標。
[0016]由于PC端的開發環境和運算能力均優于單片機，坐標計算更容易實現，且可以方便的實現定位對象的運動軌跡顯示，這是許多定位系統所需要的，此外，當需要用超過四個接收點組成的陣列實現較大區域的定位時，通過此方式相對容易許多。
[0017]在發射端用一個金屬圓錐(因為金屬較硬，可以提高反射效率)作為反射錐將超聲波經圓錐反射形成360度水平發散的圓環，經過反射錐反射后，發射的超聲波被擴散成一個近似水平的環形波束，水平方向360度全部覆蓋;垂直方向角度大約從5度到30度范圍，距離可以達到5m，相對于原來的60左右的輻射角來說范圍擴大了很多，同時在接收端也安裝了一個發射錐，用來實現對超聲波的全向接收。
[0018]圖1為超聲波信號路線示意圖:
超聲波發射器發出超聲波信號，經過發射反射錐反射(發射反射錐為表面平整的金屬圓錐，金屬較硬，可以提高反射率)到達接收端反射錐，經過反射后到達超聲波接收器。
[0019]圖2為超聲波經發射反射錐反射后從側面看的輻射范圍圖:
從側面看，其中的陰影部分為超聲波經發射反射錐反射后的輻射范圍，其輻射范圍與發射反射錐的形狀有關。
[0020]圖3為超聲波經發射反射錐反射后俯視輻射范圍示意圖:
由圖中可以看出，其輻射范圍類似一個圓環狀，相對于原來的圓錐狀輻射范圍來說，擴大了不少。
[0021 ]圖4為超聲波發射端增加發射反射錐后示意圖:
由圖可知發射端的發射反射錐以倒三角的形式安裝于超聲波發射器的上方，圓錐的大小和形狀不同會引起輻射范圍的不同。
[0022]圖5為超聲波接收端增加接收反射錐后示意圖:
由圖可知接收反射錐安裝于超聲波超聲波接收器的下方，超聲波經接收反射錐反射后可實現接收端對超聲波的全向接收。
[0023]本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0024]以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于反射錐的超聲波定位系統，其特征在于，包含發射模塊、N個接收模塊、無線通信模塊、溫度傳感器和控制模塊，N為大于等于3的自然數； 所述無線通信模塊包含一個匯總節點和N+1個分支節點；所述匯總節點和所述控制模塊相連，所述N+1個分支節點分別和發射模塊、N個接收模塊一一對應相連;所述匯總節點和分支節點之間基于無線通信； 所述發射模塊設置在待定位的物體上，用于發出超聲波，包含超聲波發射器、發射反射錐和發射微控制器;所述發射反射錐呈圓錐狀，設置在超聲波發射器的發射端，錐尖面朝超聲波發射器，軸心與超聲波發射器的發射方向在同一直線上;所述發射微控制器分別和超聲波發射器、發射模塊對應的分支節點相連，用于根據接收到的命令控制超聲波發射器工作； 所述接收模塊包含超聲波接收器、接收反射錐和接收微控制器;所述接收反射錐呈圓錐狀，設置在超聲波接收器的接收端，錐尖面朝超聲波接收器，軸心與超聲波接收器的接收方向在同一直線上;所述接收微控制器分別和超聲波接收器、接收模塊對應的分支節點相連，用于將接收到的超聲波信號傳遞給所述控制模塊； 所述控制模塊和溫度傳感器相連，用于根據溫度傳感器感應到的溫度和各個接收模塊傳遞的超聲波信號計算出所述發射模塊的坐標。2.根據權利要求1所述的基于反射錐的超聲波定位系統，其特征在于，所述發射反射錐、接收反射錐均為表面平整的金屬圓錐，且頂角均為90度。3.根據權利要求1所述的基于反射錐的超聲波定位系統，其特征在于，所述溫度傳感器采用IC溫度傳感器。4.根據權利要求3所述的基于反射錐的超聲波定位系統，其特征在于，所述IC溫度傳感器采用DS18B20型溫度傳感器。5.根據權利要求1所述的基于反射錐的超聲波定位系統，其特征在于，所述控制模塊采用PC。
【文檔編號】G01S7/521GK105974420SQ201610551753
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月13日
【發明人】郭俊, 戎舟
【申請人】南京郵電大學