超声波定位讲解.ppt

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1、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

2、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/d S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

3、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

4、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

5、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 ，

6、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

7、，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50kmh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06。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。,系统误差及应用,改进方法：,超声波探测地下聚乙烯PE管线探测仪（定位仪），该仪器采用了先进的超声探测技术探测地下管线。现场大量测试表明APL对于目前常用的PE管定位非常有效，该系统适用于常见的各种路面及土壤。,谢谢您的聆听！,