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超声波定位讲解专家讲座
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1、超声波特点阐述
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伴随社会各行各业快速发展,人们对定位与导航需求日益增大,尤其在复杂室内环境,经常需要确定各种设施与物品在室内位置信息。不过受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件限制,比较完善室内定位技术当前还无法很好地利用。所以,教授学者提出了许多室内定位技术处理方案,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是当前应用最为广泛定位技术,缺点是定位信号抵达地面时较弱,不能穿透建筑物,而且定位器终端成本较高。红外线定位技术只能在直线视距内传输、传输距离较短,而且轻易被荧光灯或者房间内灯光干扰,在准确定位上有不足。蓝牙器件和设备价格比较昂贵,而且对于复杂空间环境,蓝牙系统稳定性稍差,受噪声信号干扰大。
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当压电片受力时,在晶体一个表面上会聚集正电荷,而在另一个表面上聚集负电荷,这两个极板上电荷量大小相等方向相反,所以能够把压电片看成一个电荷发生器。因为在晶体上下表面聚集电荷,中间为绝缘介质,可看成是一个电容器其电容量为C=εS/d
S——压电元件聚集电荷表面面积;
d——压电元件厚度;
ε——压电元件介电常数。
再经过U=q/c便能够计算出电压改变。
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2、超声波定位系统设计
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超声波定位系统设计
声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻同时开始计时,超声波在空气中传输,途中碰到障碍物就马上返回来,超声波接收器收到反射波就马上停顿计时。超声波在空气中传输速度为340m/s,依据计时器统计时间t,就能够计算出发射点距障碍物距离(s),即:s=340t/2。这就是经典所谓时间差测距法。
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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,在微机指令信号作用下向位置固定应答器发射同频率无线电信号,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距离。
单向测距发能够实现两点测距,当同时有三个或三个以上不在同一直线上应答器作出回应时,就能够计算出被测物体所在位置。在相同测量距离下,反射式测距法中空气对超声波吸收较单向测距法中大,所以反射式测距范围较单向式测距范围小。
若以测得距离,依据算法便可得到待测物体位置,实现定位。
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3、定位算法简析
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设声波在空气中速度为v,发射器发射声波到接收器接收声波时间为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距离为L1,L2,L3,则有: L1²=(a-x)²+y²+z² L2²=x²+(b-y)²+z² L3²=x²+y²+z²
联立上式,解得:
x=L3²-L1²+a²/2a
y=L3²-L2²+b²/2b
z=L3²-x²-y²
方案一:距离交会法
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方案一:距离交会法
优点:这种方法所受空间条件限制较少,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传输,仍能够工作。
缺点:因为接收与发射点位置固定,回波法较难实现两点测距。需采取发射与接收装置同时时差法测距法,同时要由高精度计时装置,这么制作制作起来相对复杂。
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T11=t21,T12=t22
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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,所以可以判断物体位置在D点、F点或者G点、E点,即假如将圆弧相交所得图形看作是扭曲“矩形”,则物体
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