超声波定位系统
超声波定位讲解
3、定位算法简析
定位算法一
超声波空间定位方案一：
超声波发射器固定在待定位的物体 上，发射器按一定时间向周围发射超声 波脉,在其周围3个固定的位置安装超声 波接收器用以接收发射器发射的超声波 脉冲，利用超声波到达3个接收器的时间， 计算出超声波发射器的具体位置。如果 是移动物体，通过连续测量，就可描绘 出物体移动轨迹。 或者待定 位物体 上 装 的 是超 声 波 接 收 器 ，物 体 周 围装 的是 发射器 ， 通 过 计 算 接 收器 与每 个 发 射 器 之间 距离 进行 定 位。
2、超声波定位系统设计
超声波定位系统设计
超声波定位系统主要研究超声波的测距方法，然后根据距离和提 供算法来计算出待测物体的位置，超声波测距有两种实现方法：
一、反射式测距法：反射式测距法就是发射超声波并接收由被测物产生的回波 ,根据 回波与发射波的时间差计算出待测距离。
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。
超声波及其物理性质
超声波物理特性：
超声波是一种机械波，其可以在气体、液体和固体 中传播，具有以下待性： (1)超声波的频率很高，波长较短，绕射现象小， 传播速度慢，可以像光线那样沿着一定方问传播，传播 的能量较为集中。 (2)超声波的振幅很小，加速度非常大，因而可以 产生较大的能量，而且对液体、固体的穿透本领很大， 尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。 (3)对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有 灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中，超声波 的这些特性，使其在遥控、测距以及其它领域得到了广 泛的应用。
基于超声波技术的室内定位系统研究
基于超声波技术的室内定位系统研究随着智能家居、智能工厂等技术的发展，室内定位技术也成为了一个基础性技术。
以前在室内定位技术方面，常用的是基于Wi-Fi、蓝牙、红外等技术，但是由于其存在精度、覆盖范围、干扰等方面的局限性，而现在更多的是基于超声波技术的室内定位系统。
超声波室内定位系统的原理是，利用超声波模块向四周发出超声波信号，接收模块接收信号后带有时序信息，通过算法计算可以确定接收模块在空间中的位置，进而确定被定位目标。
相较于其他常用的技术，超声波室内定位系统具有精度高、覆盖范围广、干扰小等优点。
实现超声波室内定位系统主要依靠硬件和算法两方面。
硬件方面，主要涉及超声波传感模块、控制器、定位标签等部分，其中传感模块是核心部件。
在高精度定位要求的应用场景下，需要在定位区域安装足够数量的超声波模块保证定位标签与多个收发模块之间发生超声波交互。
算法方面，超声波室内定位系统需要用到距离测量算法、三角定位算法、蒙特卡洛算法等。
这些算法的目的是通过处理传感器获取的数据，最终确定被定位物体的位置。
其中实现精度较高的超声波室内定位系统，需要通过深度学习等技术优化算法。
超声波室内定位系统应用于通行管理、物资调配、室内导航等领域，它可以精确地为物品或个体标签建立位置信息，实现快速智能化管理和监控。
例如，在仓储场所中，超声波室内定位系统可以提高物品及库存的精准度，节省按人工统计库存所需的时间和精力。
此外，超声波室内定位系统还可以为用户提供室内导航，实现了人机交互的全新体验感。
当然，超声波室内定位系统在应用过程中也存在着不少问题需要解决。
例如，超声波模块工作过程中易受设备、人员、环境等外部干扰，进而造成误差。
还有定位标签电量耗费、外观设计等问题都需要针对性地解决。
随着技术发展，这些问题的解决方案也会逐步出现。
总的来说，基于超声波技术的室内定位系统，是一个依赖硬件设备和算法的全新技术应用。
其优点在于精度高、覆盖范围广，可以为用户提供更全面、智能化的定位服务。
超声波定位讲解
2、超声波定位系统设计
超声波定位系统设计
超声波定位系统主要研究超声波的测距方法，然后根据距离和提 供算法来计算出待测物体的位置，超声波测距有两种实现方法：
一、反射式测距法：反射式测距法就是发射超声波并接收由被测物产生的回波 ,根据 回波与发射波的时间差计算出待测距离。
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。
1、超声波特点阐述
超声波室内定位系统的应用现状
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。
超声波及其物理性质
超声波物理特性：
超声波是一种机械波，其可以在气体、液体和固体 中传播，具有以下待性： (1)超声波的频率很高，波长较短，绕射现象小， 传播速度慢，可以像光线那样沿着一定方问传播，传播 的能量较为集中。 (2)超声波的振幅很小，加速度非常大，因而可以 产生较大的能量，而且对液体、固体的穿透本领很大， 尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。 (3)对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有 灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中，超声波 的这些特性，使其在遥控、测距以及其它领域得到了广 泛的应用。
基于超声波的跟踪定位系统研究
基于超声波的跟踪定位系统研究在现代社会中，人们需要对移动物体进行实时追踪和定位，以便于进行相关监测和控制操作。
为了实现这个目标，基于超声波的跟踪定位系统成为了一个被广泛研究的领域。
这篇文章主要探讨了基于超声波的跟踪定位系统的研究，包括定位原理、系统设计、算法实现和应用领域等方面。
一、定位原理基于超声波的跟踪定位系统是一种利用声波在空气中的变化进行测距、定位和追踪的技术。
声波是一种机械波，它能够在空气中传播，并在遇到不同密度的物体时发生反射、折射和散射等现象。
这为声波跟踪定位提供了基础条件。
在这种系统中，如何采集声波信号并从中获取有用的信息是至关重要的。
定位原理的核心是测量声波传播的时间差。
在系统中，一组发射器和接收器被放置在目标区域内。
这些发射器将超声波信号发送到目标物体，接收器接收到物体反射回来的声波。
通过测量发射和接收的时间差，可以确定目标物体与接收器之间的距离。
当有多组发射器和接收器组成网络时，可以利用三角定位法计算目标物体的位置。
二、系统设计基于超声波的跟踪定位系统由以下几个部分组成：1. 发射器：负责发射超声波，通常使用压电材料来产生机械振动引起声波发射。
2. 接收器：负责接收目标物体反射回来的声波，并将其转化为电信号。
通常采用压电材料来产生电信号。
3. 时间测量器：负责测量发射器和接收器之间的时间差来确定目标物体与接收器之间的距离。
4. 数据处理器：负责实现测距数据的处理，包括三角定位法的计算。
5. 软件界面：提供用户接口和数据输出，通常使用图形化界面。
三、算法实现基于超声波的跟踪定位系统通常采用三角定位法来计算目标物体的位置。
三角定位法是利用目标物体与多个发射器/接收器之间的距离来计算目标物体在平面或空间中的位置的一种方法。
当目标物体与三个以上的发射器/接收器配对时，可以通过计算交点来确定目标物体的位置。
交点是所有发射器/接收器之间连线的交点，它是目标物体在平面/空间中的位置。
四、应用领域基于超声波的跟踪定位系统具有广泛的应用场景，包括物流、工业生产、医疗、安全等领域。
超声波定位系统的原理与应用
超声波定位系统的原理与应用Pr i nc iple and Appl ica tion of Superson ic L oca tion Syste m●王富东W ang Fudong1 基本原理已经获得广泛应用的无线电定位系统的基本原理是通过接收几个固定位置的发射点的无线电波,从而得到主体到这几个发射点的距离,经计算后即可得到主体的位置。
超声波定位的原理与此相仿,只不过由于超声波在空气中的衰减较大,它只适用于较小的范围。
超声波在空气中的传播距离一般只有几十米。
短距离的超声波测距系统已经在实际中有所应用,测距精度为厘米级。
超声波定位系统可用于无人车间等场所中的移动物体定位。
其具体实现可有两种方案。
方案1:在三面有墙壁的场所,利用装在主体上的反射式测距系统可以测得主体到三面墙壁的距离。
如果以三面墙壁的交点为原点建立直角坐标系,则可直接得到主体的三个直角坐标如图1所示。
图1 利用三面垂直的墙壁进行定位 这种方案在实际应用中要受到某些限制。
首先,超声波传感器必须与墙面基本保持垂直。
其次墙壁表面必须平整,不能有凸出和凹进。
传感器与墙壁之间也不能有其它物体。
这在很大程度上影响了其实际使用的效果。
方案2:在空间的某些固定位置上设立超声波发射装置,主体上设立接收器(反之亦可)。
分别测量主体到各发射点的距离,经过计算后便可得到主体的位置。
由于超声波的传播具有一定的发散性及绕射作用,这种方法所受到的空间条件限制较少。
即使在主体与发射点之间有障碍物,只要不完全阻断超声波的传播系统仍然可以工作。
故本文重点介绍这种方法。
发射点的位置通常按直角方位配置。
以三维空间为例,可在坐标原点及(X ,0,0),(0,Y ,0)三个位置布置发射点如图2所示。
图2 距离与坐标换算主体坐标(x ,y ,z )到三个发射点的距离分别为L 1,L 2,L 3,由距离计算坐标的原理如下: 由图2可得如下三角关系: X 2+Y 2+Z 2=L 12(1) (X -x )2+Y 2+Z 2=L 22(2) X 2+(Y -y )2+Z 2=L 32(3) 求解上列方程可得: x =(L 22-L 12+X 2)2Y(4)王富东,现在苏州大学工学院工作。
基于AT89C51的超声波定位系统设计
基于AT89C51的超声波定位系统设计作者：金鑫来源：《电子世界》2012年第19期【摘要】本系统是向测量目标发射超声波脉冲然后接收相应的反射波，由AT89C51集成的模拟比较器A检测到达系统的回声，计算时间以达到定位目的的精确测量系统。
【关键词】超声波；测距；定位1.前言本设计的主要应用是eBeam白板，该系统是通过吸附于普通白板左右上角的两个接受器接受并传送白板笔在书写时发出的超声波至本地计算机，从而将写于白板的任何笔迹及现场声音记录于本地计算机，并可通过internet及时传送给远端计算机。
2.总体方案设计本设计采用超声波发生与接收一体的装置，通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差，然后计算出相应的距离。
假设声波室温下在空气中的速度为340米/秒，AT89CC51计算系统与目标间的距离并采用LED将其显示在四位的LED显示器上。
距离以米为单位显示，精度为1cm。
本系统由超声波测距系统及定位系统两部分组成。
3.超声波测距系统的设计3.1 系统概述单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差，然后计算出相应的距离。
3.2 系统硬件设计本系统主要电路又单片机主机系统电路、超声波发射、接收电路、LED显示电路。
3.2.1 单片机主机系统电路本电路由AT89C51主机、时钟、复位电路及报警电路组成。
3.2.2 超声波发射电路超声波发送器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声波探头选用CSB40T，可利用软件产生40kHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。
3.2.3 超声波接收电路超声波接收器包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。
超声波接收电路的作用是对接收的超声波信号进行放大，并将该信号处理成系统可以接收的电平信号。
3.2.4 LED显示电路常用的测量数据的显示器有发光二极管显示器（简称LED或数码管）和液晶显示器（简称LCD）。
超声波定位系统的设计
己昨 巨 月 第己 日 卷 第巳 期
目 标节点 矽 倒 超声 波信号停 止定时器 取出定 时器中 数值送 到上位
机
的 法 据 目 上 三 定维 位 标 计 位坐 机 节 算 出 算 根 点
目 标节 点启动
定时器
图
定位系统的流程图
节点的硬件设计
微处理器模块
微处理器采 用 公司的 微处理
单片机产生 的信号进行放大 再将放大了的信号加载于超
接 口是 用 于对 程 序 的下 载 , 设 计 中采 用 标 准 的 接 口座 , 以此方便仿真器的使用 。串 口通信模块接 单片机的串行通信 口 , 并采用 样使整个无线节点能方便地工作在
系统 的功耗 。
通信
低功耗芯 片 , 这 下 ,进一步降低 了
引脚提供时钟频率 , 通过
同步性 ,在接收和发送时 ,保证
一
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在数据接收部分 , 用
传感器节点定位过程中 , 未知节点在获得对于临近信 标节点的距离后 ,通常使用三边测量法计算 自己的位置 。 已知 、 、 三个节 点的坐标分别为 。 , 。, 。 、 、, 。, 。、 。 , 。 , 。 , 以及它们 到未知节点 的距离 分别为 。 ,氏 , 。 , 假设节点 的坐标为 , , 。 那么 ,存在以下公式 一 一几 十 一 。 一 。 一 。 少 一夕 一 一气 一武 一跳 一 磷 能 。使
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寇海洲 基于超声波的定位系统研究与实现
定时器 中的 并发给上位
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定时器中的 并发给上位
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蝙蝠和雷达仿生学例子
蝙蝠和雷达仿生学例子蝙蝠和雷达是仿生学中经常被引用的例子，它们之间的关系非常密切。
蝙蝠是一种夜行性动物，由于在黑暗中无法依靠视觉来感知周围环境，蝙蝠进化出了一种独特的生物雷达系统，即超声波定位系统。
通过发出超声波信号并根据回波来判断周围环境的情况，蝙蝠能够精确地感知到障碍物的位置和形状，从而避免碰撞。
雷达技术正是受到了蝙蝠的超声定位系统的启发而发展起来的。
下面将详细介绍蝙蝠和雷达在仿生学中的应用。
1. 蝙蝠的超声波定位系统蝙蝠通过声波的反射来感知周围环境，它们发出一系列高频声波，然后根据声波的回声来确定物体的位置和形状。
蝙蝠的耳朵非常敏感，能够听到高于人类听力范围的声音。
这种超声波定位系统使蝙蝠能够在黑暗中捕捉到食物，避免障碍物，甚至能够在飞行中捕捉到昆虫。
2. 蝙蝠的声音发射器和接收器蝙蝠的声音发射器位于嘴巴附近，它们能够发出高频声波，然后通过耳朵接收回声。
蝙蝠的耳朵相距较远，这样可以更好地接收到回声，从而提高定位的精度。
蝙蝠通过调整声音的频率和幅度来适应不同的环境和任务。
3. 蝙蝠的大脑处理声音的能力蝙蝠的大脑具有很强的处理声音的能力，它们能够分辨不同频率和幅度的声波，并将其转化为对物体的位置和形状的认知。
蝙蝠的大脑还能够将声波的时间差转化为物体距离的信息，从而更加准确地定位物体。
4. 雷达技术的发展雷达技术是受到蝙蝠的超声波定位系统的启发而发展起来的。
雷达系统通过发射电磁波并接收回波来感知周围环境。
雷达系统可以用于军事、航空、气象等领域，能够探测飞机、船只和天气情况等。
雷达技术的发展使得人类能够在远距离和恶劣环境下进行目标探测和跟踪。
5. 雷达系统的工作原理雷达系统通过发射电磁波并接收回波来感知周围环境。
当电磁波遇到物体时，会被反射或散射，然后被接收器接收到。
通过测量发送和接收之间的时间差，可以计算出物体的距离。
利用多普勒效应，还可以计算出物体的速度和方向。
6. 蝙蝠和雷达的相似之处蝙蝠和雷达都是通过发射信号并接收回波来感知周围环境。
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2.1.1 超声波的物理性质 ................................................................................................ 6 2.1.2 超声波的传播速度 ................................................................................................ 6 2.2 超声波传感器 ................................................................................................................ 7 2.2.1 超声波传感器原理 ................................................................................................ 7 2.2.2 超声波传感器的检测模式 .................................................................................... 7 2.2.3 超声波传感器系统构成 ........................................................................................ 8 2.3 超声波定位系统 ........................................................................................................... 8 2.3.1 超声波定位系统的原理 ........................................................................................ 8 2.3.2 超声波定位系统的组成 ........................................................................................ 9 第三章 超声波定位系统主要硬件的设计 ........................................................................... 10 3.1 总体方案设计 .............................................................................................................. 10 3.2 单片机主机系统电路 .................................................................................................. 10 3.2.1 STC89C52 ............................................................................................................. 10 3.2.2 单片机电路 .......................................................................................................... 10 3.2.3 复位电路 .............................................................................................................. 11 3.2.4 时钟电路 .............................................................................................................. 11 3.3 超声波测距系统电路设计 .......................................................................................... 11 3.3.1 超声波发射电路 .................................................................................................. 11 3.3.2 超声波接收电路 .................................................................................................. 12 第四章 超声波定位系统软件的设计 ................................................................................... 13 4.1 系统程序的结构 .......................................................................................................... 13 4.2 系统主程序.................................................................................................................. 13
电子设计大赛
超声波定位系统设计（C 题）
学生姓名：
学 院： 时 间：
梁天宇 李嘉怡 信息工程学院 2015.04.20-2015.05.22
2015 年 5 月 22 日
超声波定位系统设计报告
摘要
随着国民经济的发展，基于位置的服务显得越来越重要。室外环境下，全球 定位系统(GPS)和北斗卫星导航系统（BDS）已经比较成功地解决了定位问题，可 以提供接近全球的定位覆盖范围，而由于受建筑物的影响，定位信号大大衰减， 因此对室内定位无能为力。本论文预探讨了一种的超声波定位系统的算法，详细 介绍了超声波传感器的原理和特性，以及 STC 公司的 STC89C52RC 单片机的性能 和特点，并在分析了基于 STC89C52RC 芯片为核心的超声波测距的基础上，指出 了设计并制作一个超声波定位系统的思路和所需考虑的问题，包括超声波发射电 路、超声波接收电路、单片机系统、LCD1602 显示电路等。主要实现对开阔空间 的目标物体进行定位。
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目录
摘 要 ....................................................................................................................................... 1 Abstract ..................................................................................................................................... 2 第一章 ....................................................................................................................................... 5
1ment of the national economy,location-based services become more and more important.In outdoor environments,the global positioning system(GPS) satellites and Beidou navigation system(BDS) has successfully solved the problem of localization can provide nearglobal location coverage,and due to the impact of buildings,positioning signal attenuation greatly,so can't do anything about indoor location.This papers pre discussion has a of ultrasonic positioning system of algorithm,detailed introduced has ultrasonic sensor of principle and characteristics,and STC company of STC89C52RC single tablets machine of performance and features,and in analysis has based on STC89C52RC chip for core of ultrasonic ranging of based Shang,pointed out that has design and making a ultrasonic positioning system of ideas and by needed considered of problem,including ultrasonic launches circuit,ultrasonic receives circuit,single tablets machine system,and LCD1602 displayed circuit and so on.Main to locate open space objects.