超声波室内定位系统学习教案

1、会计学1超声波室内超声波室内(sh ni)定位系统定位系统第一页，共39页。第1页/共39页第二页，共39页。第2页/共39页第三页，共39页。第3页/共39页第四页，共39页。随着随着(su zhe)社会各行各业的快速发展，人们对定位与导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环境等条件的限制，比较

2、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。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、技术、红外线技术、蓝牙技术、射频识别技术、红外线技术、蓝牙技术、射频识别技术、Wi-Fi技术、超声波技术等技术、超声波技术等等。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

3、房间内的灯光干扰，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，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。受噪声信号干扰大。 第4页/共39页第五页，共39页。第5页/共39页第六页，共39页。本系统不只局限于舞台跟踪，还可以扩大范围，应用到其他工程现场，如：可以扩展到物流中心和工厂，可实时掌握设施内移动物体的状态(zhungti)，从而正确分析移动物体的移动轨迹。还可以用于矿坑里的工人定位，避免工人的误操作走入不安全的

4、区域。第6页/共39页第七页，共39页。第7页/共39页第八页，共39页。 研究内容 下面对本系统的主要研究内容进行简单的介绍： (1)介绍了超声波室内定位系统的发展现状，讲述了课题 的研究内容和研究意义。 (2)对超声波的特性进行了简单介绍，为应用超声波技术 实现室内定位奠定了基础。对压电式超声波传感器进 行了系统的分析，为传感器的应用找到理论基础。 (3)完成了室内定位系统的数学模型的建立和系统的硬件 和软件的设计。 (4)分析了系统中可能产生误差的原因，对实验结果(ji gu) 进行了总结。并提出下一步改进计划。 第8页/共39页第九页，共39页。第9页/共39页第十页，共39页。第10

5、页/共39页第十一页，共39页。第11页/共39页第十二页，共39页。第12页/共39页第十三页，共39页。圆板型，超声波频率f与其厚度成反比。为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片，在压电晶片下有一层保护膜。阻尼块的作用是降低压电晶片的机械品质，吸收超声波的能量。如果没有阻尼块，当激励的电脉冲信号停止时，晶片会续振荡，加长超声波的脉冲宽度，使分辨率变差图图2.4 压电式超声波传感器结构压电式超声波传感器结构(jigu)第13页/共39页第十四页，共39页。率特性可知，在发射器的中心频率处，发射器所产生的超声波最强；而在中心频率两侧，声压能级迅速降低。因此，在使用中，一定(ydng)要用

6、接近中心频率的交流电压来驱动超声波发生器。本文中使用的超声波传感器型号为FC-16KT40。图2.5超声波传感器的频率特性第14页/共39页第十五页，共39页。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式中：S压电元件聚集电荷的表面面积(min j)； d压电元件的厚度；压电元件的介电常数。dSC第15页/共39页第十六页，共39页。所示cqU第16页/共39页第十七页，共39页。第17页/共39页第十八页，共39页。第18页/共39页第十九页，共39页。第19页/共39页第二十页，共39页。通知超声波发生器开始发射，同时接收模块开始计时，当有三个或三个以上不在同一直线

7、上的接收器做出回应时，分别记下每个接收器接收到超声波的时间，由此得到被定位物体(wt)与各个接收器之间的距离。可以根据相关计算确定出被定位物体(wt)所在的坐标系下的位置。电磁波的传播速度为3X108 m/s，而超声波在空气中的传播速度340m/s，其速度相对电磁波是非常慢的,开始计时的时间差可以忽略。图图3.1 系统系统(xtng)原理结原理结构图构图第20页/共39页第二十一页，共39页。图4.1 三球定位(dngwi)原理图第21页/共39页第二十二页，共39页。第22页/共39页第二十三页，共39页。第23页/共39页第二十四页，共39页。第24页/共39页第二十五页，共39页。图3.

8、1 超声波室内定位系统主机框图第25页/共39页第二十六页，共39页。第26页/共39页第二十七页，共39页。第27页/共39页第二十八页，共39页。超声波发射电路框图第28页/共39页第二十九页，共39页。超声波接收电路框图第29页/共39页第三十页，共39页。第30页/共39页第三十一页，共39页。介质中的传播需要时间，但无线信号的传播速度比超声波的传播速度快很多，时间差可以忽略不计，但为了提高测量精度(jn d)，可以在软件设计上给予适当的时间补偿。（2）波速的修正超声波在空气中传播时，温度对超声 波的传播速度有很大的影响。在空气中声速用下式来表示：第31页/共39页第三十二页，共39页。第32页/共39页第三十三页，共39页。第33页/共39页第三十四页，共39页。第34页/共39页第三十五页，共39页。第35页/共39页第三十六页，共39页。第36页/共39页第三十七页，共39页。器，以便消除由于噪声或干扰信号的掺入，造成的触发时间的不准确，而带来的随机误差。(2)软件设计方面可以对算法进行进一步优化，以便消除系统固有误差。例如：在消除温度