專利名稱：基于超聲波和無線的聯(lián)合定位方法
技術領域：
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：
當今社會已越來越智能化，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，這些機器能不能定位充電器的位置，自動尋找充電器并充電，這就涉及到定位問題。本發(fā)明的超聲波定位技術就可以解決這類問題。目前常見的室內定位技術有紅外技術、圖像識別技術以及超聲波技術。但現(xiàn)有的技術都有很多缺點如中國專利CN201010609587.8中使用基于網(wǎng)絡環(huán)境的超聲波定位，雖然可以定位多個目標，但是由于安裝的設備較多，成本較高。再如中國專利 CN200710026504.0中雖然只使用超聲波，成本低，但是安裝較復雜，需要在待定位區(qū)域的4 個位置放置4個接收裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種多目標、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)設定基準點，所述基準點由至少1個超聲波發(fā)射探頭、具備定時觸發(fā)超聲波的處理模塊及無線射頻發(fā)射模塊組成，實現(xiàn)超聲波和無線信號發(fā)射；幻設定至少2個待定位點，所述待定位點由4個超聲波接收探頭、將超聲波探頭收到的信號進行處理并輸出某個信號的調理模塊、無線射頻接收模塊及能夠對調理電路輸出的信號進行處理的主處理模塊組成；所述4個超聲波接收探頭分別位于待定位物體的前后左右4個方向，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合，實現(xiàn)計算本探頭與基準點之間的超聲波傳輸時間；3)定位時，基準點的處理模塊同時觸發(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，每隔一段時間就發(fā)送1次，待定位點不斷接收無線信號，當無線模塊收到無線信號時，即觸發(fā)4個超聲波發(fā)射探頭各自對應的計時器開始計時，當超聲波發(fā)射探頭收到超聲波信號時對應的計時器就停止計時，即知道聲波從基準點傳輸?shù)匠暡òl(fā)射探頭的時間，再算出基準點到超聲波發(fā)射探頭的距離；當?shù)贸?個超聲波發(fā)射探頭分別到基準點的距離，即由幾何知識定位出待定位點相對于基準點的坐標，從而實現(xiàn)定位。當有多個目標時，目標之間的計時是相互獨立，可以實現(xiàn)多目標的定位，本發(fā)明具有很強的抗干擾性。本發(fā)明的基準點周期性地同時發(fā)射超聲波信號和無線射頻信號，待定位點不斷接收無線射頻信號，當接收到時，啟動計時器，直到某個接收探頭收到超聲波信號，此探頭對應的計時器才停止，根據(jù)超聲波的聲速和傳播時間便可算出此探頭到基準點的直線距離。當此待定位點的4個探頭都收到超聲波信號時，主處理模塊便可根據(jù)幾何原理計算出待定位點的位置，從而實現(xiàn)定位。本發(fā)明能廣泛應用在多目標定位領域。它包括1個基準點和多個待定位點，基準點是由超聲波發(fā)射模塊、無線射頻發(fā)射模塊和定時模塊組成，待定位點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?；鶞庶c周期性地同時發(fā)射超聲波信號和無線射頻信號，待定位點不斷接收無線射頻信號，當接收到時，啟動對應的計時器直到收到超聲波信號停止計時，并由主處理模塊處理各探頭至基準點的距離，計算出待定位點的位置，從而實現(xiàn)定位。本發(fā)明具有結構簡單、安裝方便、成本低、多目標定位和抗干擾性強等優(yōu)點，非常適于家庭及企業(yè)的智能化定位領域。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)架構原理示意圖。圖2是本發(fā)明的基準點原理示意圖。圖3是本發(fā)明的待定位點原理示意圖。圖4是本發(fā)明的定位方法幾何原理示意圖。在圖1 3中，標記T表示發(fā)送，R表示接收。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步地描述。如圖1所示，系統(tǒng)的架構包括1個基準點1和多個待定位點，圖中只畫出2個待定位點21和22?；鶞庶c1周期性地發(fā)送超聲波信號和無線射頻信號，待定位點21和22不斷接收超聲波信號和無線射頻信號。所述基準點原理示意圖如圖2所示，包括1個無線射頻發(fā)射模塊11、多個超聲波發(fā)射模塊12、13、14，以及1個定時模塊15。相鄰超聲波模塊之間成一定角度，能實現(xiàn)完整覆蓋待定位點所在區(qū)域。定時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。所述待定位點原理示意圖如圖3所示，包括1個無線射頻接收模塊211、4個超聲波接收模塊212、213、214、215，以及1個主處理模塊216。4個超聲波接收模塊分布于同一平面且相對的兩個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，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，當接收到時，主處理模塊216 開始啟動計時器，直到超聲波接收模塊212、213、214和215中某一個收到超聲波信號時，對應的計時器停止計時，并存入主處理模塊存儲器中，其他計時器繼續(xù)計時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，基準點為0，其坐標為(0，0)，且水平向左方向為X軸正方向，豎直向下為Y軸正方向；待定位點的4個超聲波接收探頭依次為A、B、 C、D，AC和BD的交點為待定位點的中心0’(x，y)，0’為AC、BD的中點，OE垂直BD (或延長線)于E，OF垂直CA(或延長線)于F。假設0’到0點的距離為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個超聲波接收探頭收到基準點0發(fā)送的超聲波信號的時間依次為tl、t2、t3、t4，根據(jù)超聲波的聲速ν及勻速直線運動公式位移S = v*t，可算出A、B、C、D距O點的距離依次為Li、L2、L3、L4。由余弦定理可知
權利要求
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)設定基準點，所述基準點由至少1個超聲波發(fā)射探頭、具備定時觸發(fā)超聲波的處理模塊及無線射頻發(fā)射模塊組成，實現(xiàn)超聲波和無線信號發(fā)射；2)設定至少2個待定位點，所述待定位點由4個超聲波接收探頭、將超聲波探頭收到的信號進行處理并輸出某個信號的調理模塊、無線射頻接收模塊及能夠對調理電路輸出的信號進行處理的主處理模塊組成；所述4個超聲波接收探頭分別位于待定位物體的前后左右 4個方向，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合， 實現(xiàn)計算本探頭與基準點之間的超聲波傳輸時間；3)定位時，基準點的處理模塊同時觸發(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，每隔一段時間就發(fā)送1次，待定位點不斷接收無線信號，當無線模塊收到無線信號時，即觸發(fā)4個超聲波發(fā)射探頭各自對應的計時器開始計時，當超聲波發(fā)射探頭收到超聲波信號時對應的計時器就停止計時，即知道聲波從基準點傳輸?shù)匠暡òl(fā)射探頭的時間，再算出基準點到超聲波發(fā)射探頭的距離；當?shù)贸?個超聲波發(fā)射探頭分別到基準點的距離，即由幾何知識定位出待定位點相對于基準點的坐標，從而實現(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個基準點和多個待定位點，基準點是由超聲波發(fā)射模塊、無線射頻發(fā)射模塊和定時模塊組成，待定位點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。基準點周期性地同時發(fā)射超聲波信號和無線射頻信號，待定位點不斷接收無線射頻信號，當接收到時，啟動對應的計時器直到收到超聲波信號停止計時，并由主處理模塊處理各探頭至基準點的距離，計算出待定位點的位置，從而實現(xiàn)定位。具有結構簡單、安裝方便、成本低、多目標定位和抗干擾性強等優(yōu)點，非常適于家庭及企業(yè)的智能化定位領域。
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