[实用新型]超声波三维定位系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及空间定位装置，尤指一种超声波三维定位系统。

背景技术

目前，小范围(诸如室内)定位技术主要是三种：1.无线电定位，各个频段的都有(RFID技术也可以归为此类)，其原理是通过测量无线电信号的强度来确定位置，系统复杂、定位精度不高(米级)；2.视觉定位，这种方法主要是基于摄像机采集到的地标的图像，采用几何方法来确定位置，其缺陷主要在于对摄像头要求较高(需要标定)，对计算能力要求较高(需要进行图像处理)，一旦地标脱离摄像机的视野则无法定位，因而这类系统成本高、功耗大、结构复杂；3.超声波定位，这种方法的原理主要是测试通过测量超声波从多个发射点到接收点的传送时间，计算多个发射点到接收点之间的距离，然后利用几何的方法求出接收点的位置，这类系统的结构简单、成本低、定位精度较高(厘米级)，已经在室内机器人定位中得到应用。目前，超声波三维定位主要采用一个发射器和多个接收器的方式对发射器的位置进行定位，不能够同时对多个目标进行三维定位。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种能够在一定的空间区域内，为多个目标提供较为精确三维位置信息的超声波三维定位系统。

为实现上述目，本实用新型采用的技术方案是：一种超声波三维定位系统，包括至少一发射模块、至少一接收模块、上位机，其中所述发射模块包括第一微控制器，第一供电模块，第一时钟模块，第一通信模块，同步信号发射接收模块，至少三个超声波发射模块，所述超声波发射模块设置在坐标已知且不共线间的位置上；所述第一时钟模块、第一通信模块、同步信号发射接收模块、超声波发射模块分别与第一微控制器连接；所述接收模块包括第二微控制器，第二供电模块，第二时钟模块，第二通信模块，同步信号接收模块、至少一个超声波接收模块；所述第二供电模块、第二时钟模块、第二通信模块、同步信号接收模块、超声波接收模块分别与第二微控制器相连；所述发射模块和接收模块通过同步信号发射接收模块与同步信号接收模块进行时间同步信号连接，所述第二通信模块与上位机通信连接。

具体地，所述超声波发射模块包括超声波驱动电路和超声波发射探头，所述超声波驱动电路的输入端与第一微控制器连接，超声波驱动电路的输出端与超声波发射探头连接；所述超声波接收模块包括超声波接收探头和超声波信号调理电路，所述超声波信号调理电路的输入端与超声波接收探头，超声波信号调理电路的输出端与第二微控制器连接。

具体地，所述接收模块还包括气温湿度与大气压强测量模块，所述温湿度与大气压强测量模块与上位机或第二微控制器连接，包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器。

具体地，所述时间同步信号采用光信号、有线电信号或无线电信号。

为实现上述目的，本实用新型提供一种如权利要求1所述超声波三维定位系统的定位方法，包括以下步骤：

a.将发射模块中至少三个以上超声波发射模块安装在坐标已知且不共线的位置上；

b.发射模块中，第一微控制器控制同步信号发射接收模块发送时间同步信号，再控制超声波发射模块以已知时间间隔轮流发射超声波信号；

c.接收模块中，通过同步信号接收模块接收步骤b中的时间同步信号并发送给第二微控制器，通过至少一个超声波接收模块接收步骤b中的超声波信号并发送给第二微控制器；

d.第二微控制器记录接收到步骤c中时间同步信号后，开始记录步骤c中超声波接收模块接收到的每个超声波信号的时刻，并对超声波接收模块接收到的每个超声波信号的时刻进行处理计算得出超声波接收模块的空间位置，再通过第二通信模块发给上位机；

e.重复步骤a-d。

具体地，超声波发射模块包括超声波驱动电路和超声波发射探头，第一微控制器控制超声波驱动电路生成超声波信号并放大，通过超声波发射探头发射；超声波接收模块包括超声波接收探头和超声波信号调理电路，超声波接收探头将接收到的超声波信号经过超声波信号调理电路放大、滤波、整形后发送给第二微控制器。

具体地，还包括气温湿度与大气压强测量模块，所述气温湿度与大气压强测量模块与第二通微控制器连接，包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器，其中温度传感器、湿度传感器、气压传感器分别收集获得大气温度、湿度和压强值并发送给第二微控制器，第二微控制器结合所述大气温度、湿度和压强值及步骤d中得出的超声波接收模块的空间位置数值进行再处理，进一步得出超声波接收模块的空间位置，再通过第二通信模块发送给上位机。