[发明专利]一种基于超声波的室内定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于超声波的室内定位系统，其特征在于包括依次连接的超声波发射单元、超声波接收单元和数据处理单元；

所述超声波发射单元，用于产生两种不同频率的超声波，并以预定的时间间隔按预定的顺序发送超声波；

所述超声波接收单元，用于接收超声波发射单元发出的超声波，滤除干扰杂波，并将处理后的信号传输至数据处理单元；

所述数据处理单元，用于对超声波接收单元传入的数据进行处理，获得移动物体的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，所述超声波发射单元包括超声波发射探头、单片机控制单元、信号传输单元和信号驱动单元；

所述单片机控制单元，含有控制器，用于产生远程控制信号，控制超声波发射探头产生两种不同频率的超声波信号，并控制超声波发射探头发射超声波信号的时间间隔与循环方式；

所述信号传输单元，通过预定的通信协议将单片机控制单元产生的远程控制信号远距离传输给信号驱动单元；

所述信号驱动单元，包含驱动器，用于增强远程控制信号的驱动能力，驱动超声波发射探头发射超声波。

3.根据权利要求1所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，所述超声波接收单元包括信号放大单元和信号整形单元；

所述信号放大单元包括超声波接收探头和放大器，超声波接收探头用于接收超声波信号，并将超声波信号转化为同频的电压正弦信号；放大器用于将电压正弦信号进行放大，并将放大后的电压正弦信号传给信号整形单元；

所述信号整形单元，包括比较器，用于将电压正弦信号整形为方波。

4.根据权利要求1所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，所述数据处理单元包括温度传感器和单片机处理器；

所述温度传感器，用于实时测量室内温度，并将测得的室内温度传送给单片机处理器；

所述单片机处理器，用于对超声波接收单元传入的数据进行解算，确定移动物体在空间坐标系中的坐标。

5.根据权利要求2所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，所述超声波发射探头为若干个，所有超声波发射探头在室内坐标系中位置已知，彼此之间相对位置固定，并构成结构稳定的基线对。

6.根据权利要求2或5所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，所述超声波发射探头中的一个超声波发射探头发射一种频率的超声波，其余的超声波发射探头均发射不同于该频率的超声波。

7.根据权利要求2或5所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，所述超声波发射探头按预定的时间间隔和预定的顺序发射超声波，并按此循环。

8.根据权利要求1所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，所述超声波接收单元和数据处理单元均安装在移动物体上。

9.根据权利要求2或5所述的基于超声波的室内定位系统，其特征在于，所述超声波发射探头安装在室内的天花板上。

10.一种基于超声波的室内定位系统的室内定位方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一、单片机控制单元依次通过信号传输单元和信号驱动单元，控制每个超声波发射探头以预订的时间间隔依次循环发射超声波信号，第一个超声波发射探头发射超声波的频率为f1，其余超声波发射探头发射超声波的频率为f2；

步骤二、超声波接收单元中的超声波接收探头接受传入的两种频率的超声波信号，经放大、整形后传输给单片机处理器；

步骤三，单片机处理器在收到超声波接收单元传来的信号后，开始记时，得到相邻两次超声波到达的时间差，由此时间差得到移动物体到相邻超声波发射探头的距离差；由前两次距离差列出一个方程组，解得移动物体在此坐标系内的坐标；再在另一个空间坐标系内，根据空间中的几何关系，确定出移动物体的坐标。