基于单片机的超声波室内定位系统,本文是关于基于单片机方面专升本毕业论文范文跟单片机和定位系统和超声波相关参考文献格式范文.
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要 文章主要介绍了一种基于超声波测距技术的室内定位系统的设计.硬件方面详细介绍了同步无线信号处理电路、超声波收发电路、温度补偿电路等.软件方面主要介绍了室内定位的算法、主控机程序流程以及测量点处单片机程序结构.
关键词 超声波测距；室内定位算法；程序流程
中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）205-0138-02
随着数据业务和多媒体业务的快速增加,人们对定位与导航的需求日益增大,尤其在复杂的室内环境,如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中,常常需要确定各种设施与物品在室内的位置信息.但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制,比较完善的定位技术目前还无法很好地利用.
因此,专家学者提出了许多室内定位技术解决方案,如GPS 技术、红外线技术、蓝牙技术、射频识别技术、超宽带技术、WiFi 技术、ZigBee 技术、超声波技术等.
超声波是一种频率超过20kHz 的机械波.超声波作为一种特殊的声波,同样具有声波传输的基本物理特性—反射、折射、干涉、衍射、散射.超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点,易于获得较集中的声能,可产生较大力量.可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石等.在医学、军事、工业、农业上有很多的应用.
1 超声波测量的定位算法
超声波测量的定位也分为三球定位原理和三圆定位原理两种情况.
应用于三维坐标系统时称为三球定位原理,应用与二维坐标系统时称为三圆定位原理.它是利用超声波传感器能感超声波物理现象,把感知到的超声波的时间差作为测量数据来进行定位的.
基于超声波测量的定位算法的原理图如图所示.
将超声波的时间差定义为一组声波数据.声波数据与声速的乘积就为声源到达测量点的实际距离,利用三组超声波数据,可以对目标进行三圆定位.三圆定位法中目标的位置是由以各站为圆心,以各站同时测量目标的距离为半径的三个圆的交点来确定.
三个测点的站址在测量坐标系中的位置坐标分别一记为（x,y,z）,（x2,y2,z2）,（x3,y3,z3）,信源到达3 个测量站的时间分别为1 1 2 2 3 3 cΔt 等于 R,cΔt 等于 R,cΔt 等于 R 超声波在空气的传播速度为C,则利用三球进行定位的公式为：
2 超声波室内定位系统硬件电路设计超声波室内定位系统由主系统和携带机系统两部分构成,主系统由上位机、通信控制器、单片机、无线发射电路、超声波接收电路组成：
室内放置至少3 个测量点,测量点包括测温模块、超声波接收设备,信号处理部分.主系统需要一台用于计算与显示的计算机.被跟踪的物体携带无线接收模块,超声波发射模块和信号控制部分.首先,由计算机发射无线电信号,同时计算机通知各个控制点开始计时.当被跟踪的物体接收到无线电信号后,和自己ID 进行比较,确认ID 后,由信号控制部分控制超声波发射模块发射超声波.当测量点接收到超声波后停止计时,并由信号处理部分把时间、室内温度等数据打包,接到计算机可传送数据命令后传回给计算机.采用RS—442 接口完成计算机和控制点的通讯.当相关数据传送完毕后,主控制系统开始计算并把计算结果显示在计算机上.由于一个控制点只能完成本控制点与物体之间距离的测量.所以只能确定物体在以此控制点为圆心,测得的距离为半径的球面上.两个点则相当于两球面相交,可确定物体在一个圆上.三个点则相当于两个园相交,可确定物体在以3 测量点为对称面一上一下的两个点.由于本系统是室内定位,将对称面置于地面则可排除对称面下方点坐标.因此本系统至少需要3 个不在同一直线上的测量点.
3 系统软件设计
主控机程序功能主要是通过串口向测量点的
单片机传送数据包,控制单片机完成测量功能.
测量完成后,再通过串口接收回传数据.在主控机内部完成计算,最终完成测量结果显示.
本系统设定用RS—422 接口完成计算机与测量点中单片机之间的通讯.首先,由计算机发送无线电信号.同时各个测量点开始计时.当被跟踪的物体接收到无线电信号后,确认ID,与自身工D 匹配后,由信号控制部分控制超声波发射模块发射超声波.当测量点1 接收到超声波后停止计时,由信号处理部分把时间,室内温度等参数传回给主控计算机,用于数据处理,最终在计算机上显示.相关数据传送完毕后,控制点2 开始如上过程.依次类退,直至所需控制点3 完成数据传送.再从控制点1 开始下一次测量.
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