超声波定位讲解ppt课件

目录 1 超声波特点阐述 随着社会各行各业的快速发展 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 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 比较完善的室内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 Wi Fi技术 超声波技术等等 GPS是目前应用最为广泛的定位技术 缺点是定位信号到达地面时较弱 不能穿透建筑物 而且定位器终端的成本较高 红外线定位技术只能在直线视距内传播 传输距离较短 而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰 在精确定位上有局限性 蓝牙器件和设备的价格比较昂贵 而且对于复杂的空间环境 蓝牙系统的稳定性稍差 受噪声信号干扰大 当压电片受力时 在晶体的一个表面上会聚集正电荷 而在另一个表面上聚集负电荷 这两个极板上的电荷量大小相等方向相反 所以可以把压电片当作一个电荷发生器 由于在晶体的上下表面聚集电荷 中间为绝缘介质 可看成是一个电容器其电容量为C S dS 压电元件聚集电荷的表面面积 d 压电元件的厚度 压电元件的介电常数 再通过U q c便可以计算出电压变化 2 超声波定位系统设计 超声波定位系统设计 声波发射器向某一方向发射超声波 在发射时刻的同时开始计时 超声波在空气中传播 途中碰到障碍物就立即返回来 超声波接收器收到反射波就立即停止计时 超声波在空气中的传播速度为340m s 根据计时器记录的时间t 就可以计算出发射点距障碍物的距离 s 即 s 340t 2 这就是经典的所谓的时间差测距法 超声波定位系统设计 二 单向测距法 单向测距法中由应答器和主测距器组成 主测距器放置在被测物体上 在微机指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号 应答器在收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号 得到主测距器与各个应答器之间的距离 单向测距发可以实现两点测距 当同时有三个或三个以上不在同一直线上的应答器作出回应时 就可以计算出被测物体所在的位置 在相同的测量距离下 反射式测距法中空气对超声波吸收较单向测距法中大 因此反射式测距范围较单向式测距范围小 若以测得距离 根据算法便可得到待测物体的位置 实现定位 3 定位算法简析 设声波在空气中的速度为v 发射器发射声波到接收器接收声波的时间为t则亮着距离可求得为L vt假设在A a 0 0 B 0 b 0 C 0 0 0 三个位置安装上超声波接收器 被测对象在M x y z 处 以上三个点倒带定位物体的距离为L1 L2 L3 则有 L1 a x y z L2 x b y z L3 x y z 联立上式 解得 x L3 L1 a 2ay L3 L2 b 2bz L3 x y 方案一 距离交会法 方案一 距离交会法 优点 这种方法所受的空间条件限制较少 即使在主体与接收点之间有障碍物 只要不完全阻断超声波的传播 仍可以工作 缺点 由于接收与发射点的位置固定 回波法较难实现两点测距 需采用发射与接受装置的同步时差法测距法 同时要由高精度的计时装置 这样制作制作起来相对复杂 定位算法二 定位算法二 T11 t21 T12 t22 定位算法二 以收发传感器1为圆心 以t11 2 t12 2为半径分别画圆 然后以收发传感器2为圆心 以T21 2 T22 2为半径分别画圆 可得出4个交点D E F G 如左图所示 因为2个位置点要占尽4个圆弧 所以可以判断物体的位置在D点 F点或者G点 E点 即如果将圆弧相交所得的图形看作是扭曲的 矩形 则物体所处位置的连线只能是 矩形 的对角线 所以只需判断D E F G任意一点是不是物体所处的位置即可定位两物体 因为F点与收发传感器1和收发传感器2距离之和最近 所以只需判断t11 2与T21 2的和是否等于T11 如果等于 则F点即为物体位置点 反之F点不是物体位置点 定位算法二 优点 不需要在物体上加装发射或接收器 能对普通物体定位 缺点 算法较为复杂 4 系统误差及应用 系统误差及应用 系统误差及应用 3 其他环境对超声波测量精度的影响 1 空气湿度的影响超声波在空气介质中传播时 在湿度处于饱和状态的空气中传播速度相对于处于干燥状态的空气中的传播速度 最大可增加2 3 气流的影响当风速大于50km h时 声波传播方向的改变会大于3 会影响测量精度 在相对封闭的室内环境中 此误差因素可以忽略 2 空气压力的影响大气压力的变化同样会对声速产生影响 大气压力变化 5 会造成声速变化约 0 6 在室内定位中 工作环境相对封闭 气压变化可以不予考虑 4 油雾的影响通过实践可知表面油雾会对测量精度产生影响 为了避免此类影响 只需保持传感器工作面上的清洁即可 系统误差