本發(fā)明涉及超聲波領域，特別涉及一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)及方法。
背景技術：
超聲波定位作為一種常用的定位方法被廣泛的引用于各個領域，其造價低，定位簡單。超聲波定位系統(tǒng)可用于一定范圍的無接觸定位，定位精度可達1cm。由于超聲波的傳播受環(huán)境影響較大，故不推薦在室外使用。在實際應用中根據環(huán)境和具體要求其應用電路可作適當改進。例如可以將編碼信號直接加入到超聲波信號中，這樣的系統(tǒng)可直接用于對象的識別。為了增加接收靈敏度，還可以采用類似雷達天線的反射裝置。
但由于超聲波定位相較于GPS定位來說，其準確性相差較遠，所以在某些情況下，超聲波定位并不適用；但同樣的，對于一些需要定位非本地地址的目標地址時，GPS定位則無法很好的啟動作用，因此研發(fā)一種能夠兼具兩種優(yōu)點的系統(tǒng)將具有很高的實用性。
技術實現要素：
鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)及方法，本發(fā)明具有定位準確、實現遠距離定位和具備三維定位功能等優(yōu)點。
本發(fā)明采用的技術方案如下：
一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：用于產生中央處理器時鐘頻率的外部晶振；所述外部晶振信號連接于用于處理系統(tǒng)數據信息的中央處理器；所述中央處理器分別信號連接于發(fā)射超聲波信號的超聲波發(fā)射頭、用于連接外部調試機的調試接口、用于定位的定位單元以及用于對接收到的超聲波進行處理的超聲波接收處理單元。
所述超聲波接收處理單元包括：接收返回超聲波的超聲波接收頭；所述超聲波接收頭信號連接于對接收到的信號進行放大的信號放大器；所述信號放大器信號連接于用于帶通濾波的帶通濾波器；所述帶通濾波器信號連接于用于對電壓進行比較的電壓比較器；所述電壓比較器信號連接于中央處理器。
所述定位單元包括：氣壓計、溫度傳感器、微處理器和GPS定位單元；所述氣壓計和溫度傳感器分別信號連接于微處理器；所述氣壓計，用于獲取氣壓數據信息；所述溫度傳感器，用于獲取溫度數據信息；所述微處理信號連接于用于GPS定位的GPS定位單元，用于對接收到的數據信息進行處理，將處理后的結果發(fā)送至中央處理器。
所述中央處理器包括：閾值選取單元、發(fā)射波生成單元、接收波檢波單元和數據融合單元；所述發(fā)射波生成單元，用于在超聲波發(fā)射頭上施加矩形脈沖電壓，進而生成發(fā)射波通過超聲波發(fā)射頭發(fā)射出去；所述閾值選取單元，用于針對不同的測量情況進行閾值選取，提升系統(tǒng)的精度；所述接收波檢波單元，用于對接收波進行檢波；所述數據融合單元，用于對接收到的數據信息進行數據融合，得出最終的測距結果。
所述數據融合單元包括：高度計算單元、距離計算單元和坐標生成單元；所述距離計算單元用于根據發(fā)射波和接收波的數據信息，進行距離計算；所述高度計算單元，用于根據溫度計和氣壓計的數據信息計算目標地址的高度信息。
一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
步驟1：系統(tǒng)初始化，選取閾值，中央處理器根據選區(qū)的閾值在超聲波發(fā)射頭施加矩形脈沖電壓，超聲波發(fā)射頭發(fā)出發(fā)射波；
步驟2：超聲波接收頭對接收到的超聲波進行放大、帶通濾波和檢波處理后發(fā)送至中央處理器；中央處理器接收到接收波后，進行距離計算，得出距離計算結果。
步驟3：中央處理器從定位單元中獲取溫度數據信息和氣壓數據信息，根據數據信息進行高度計算，得出高度計算的結果；
步驟4：中央處理器從定位單元中獲取GPS定位結果；
步驟5：中央處理器根據高度結果、GPS定位結果和距離計算結果進行數據融合，得出最終的結果。
所述高度計算單元對高度的計算方法包括以下步驟：
步驟1：中央處理器發(fā)送復位命令；
步驟2：發(fā)送溫度ADC命令，延時10ms后，發(fā)送讀取溫度ADC命令，獲得溫度值W1；
步驟3：發(fā)送氣壓ADC命令，延時10ms后，發(fā)送讀取氣壓ADC命令，獲得氣壓值W2；然后計算補償后的氣壓值；
步驟4：根據補償后的氣壓值，按照如下公式進行高度計算：
;
其中， =288.15K，是 對應高度下的溫度下限值； ,是溫度的垂直變化率；
，是 對應的高度； ，是 對應高度下的氣壓下限值； ，是氣體常數； ，是海平面重力加速度。
所述中央處理器進行數據融合的方法包括以下步驟：
步驟1：根據GPS定位結果和距離信息得出目標地址的經緯度；
步驟2：根據高度計算結果得出目標地址的高度。
采用以上技術方案，本發(fā)明產生了以下有益效果：
1、結構簡單，成本低：本發(fā)明的基于超聲波的測距定位系統(tǒng)結構簡單，定位、超聲波單元可以獨立生產制造，為工業(yè)化生產制造提供了便利大大降低了系統(tǒng)的成本。
2、準確性高：本發(fā)明在接受超聲波時，對超聲波進行了放大和帶通濾波，去除了部分噪聲信號，保證接收信號的準確度，提升了系統(tǒng)的準確性。
3、遠距離定位：本發(fā)明的定位系統(tǒng)通過超聲波測量目標地址和源地址的距離得出目標地址的經緯度，實現了遠距離定位目標地址的功能。
采用以上技術方案，本發(fā)明產生了以下有益效果：
1、定位準確：本發(fā)明的定位中對于高度的定位，采用了補償矯正算法，同時對于超聲波測量距離中，采用了各種濾波器和放大器保證信號的完整和有用性，大大提升了系統(tǒng)的準確性。
2、具備遠距離定位功能：本發(fā)明的定位系統(tǒng)能夠定位遠距離目標點的坐標，針對自己的坐標地址得出精確的目標經緯度，保證了定位的精準。
3、具備三維定位功能：本發(fā)明除了能夠定位經緯度以外，還能定位目標地點的高度，得出高度信息，使得定位的結果更加詳細，效果更好。
4、適用性廣：本發(fā)明能夠進行閾值選擇，針對不同的情況，選擇不同的閾值可以進行提升系統(tǒng)定位和測量的準確性。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)及方法的系統(tǒng)結構示意圖。
具體實施方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書（包括任何附加權利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
本發(fā)明實施例1中提供了一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)，系統(tǒng)結構如圖1所示：
一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：用于產生中央處理器時鐘頻率的外部晶振；所述外部晶振信號連接于用于處理系統(tǒng)數據信息的中央處理器；所述中央處理器分別信號連接于發(fā)射超聲波信號的超聲波發(fā)射頭、用于連接外部調試機的調試接口、用于定位的定位單元以及用于對接收到的超聲波進行處理的超聲波接收處理單元。
所述超聲波接收處理單元包括：接收返回超聲波的超聲波接收頭；所述超聲波接收頭信號連接于對接收到的信號進行放大的信號放大器；所述信號放大器信號連接于用于帶通濾波的帶通濾波器；所述帶通濾波器信號連接于用于對電壓進行比較的電壓比較器；所述電壓比較器信號連接于中央處理器。
所述定位單元包括：氣壓計、溫度傳感器、微處理器和GPS定位單元；所述氣壓計和溫度傳感器分別信號連接于微處理器；所述氣壓計，用于獲取氣壓數據信息；所述溫度傳感器，用于獲取溫度數據信息；所述微處理信號連接于用于GPS定位的GPS定位單元，用于對接收到的數據信息進行處理，將處理后的結果發(fā)送至中央處理器。
所述中央處理器包括：閾值選取單元、發(fā)射波生成單元、接收波檢波單元和數據融合單元；所述發(fā)射波生成單元，用于在超聲波發(fā)射頭上施加矩形脈沖電壓，進而生成發(fā)射波通過超聲波發(fā)射頭發(fā)射出去；所述閾值選取單元，用于針對不同的測量情況進行閾值選取，提升系統(tǒng)的精度；所述接收波檢波單元，用于對接收波進行檢波；所述數據融合單元，用于對接收到的數據信息進行數據融合，得出最終的測距結果。
所述數據融合單元包括：高度計算單元、距離計算單元和坐標生成單元；所述距離計算單元用于根據發(fā)射波和接收波的數據信息，進行距離計算；所述高度計算單元，用于根據溫度計和氣壓計的數據信息計算目標地址的高度信息。
本發(fā)明實施例2中提供了一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)的方法，
一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
步驟1：系統(tǒng)初始化，選取閾值，中央處理器根據選區(qū)的閾值在超聲波發(fā)射頭施加矩形脈沖電壓，超聲波發(fā)射頭發(fā)出發(fā)射波；
步驟2：超聲波接收頭對接收到的超聲波進行放大、帶通濾波和檢波處理后發(fā)送至中央處理器；中央處理器接收到接收波后，進行距離計算，得出距離計算結果。
步驟3：中央處理器從定位單元中獲取溫度數據信息和氣壓數據信息，根據數據信息進行高度計算，得出高度計算的結果；
步驟4：中央處理器從定位單元中獲取GPS定位結果；
步驟5：中央處理器根據高度結果、GPS定位結果和距離計算結果進行數據融合，得出最終的結果。
所述高度計算單元對高度的計算方法包括以下步驟：
步驟1：中央處理器發(fā)送復位命令；
步驟2：發(fā)送溫度ADC命令，延時10ms后，發(fā)送讀取溫度ADC命令，獲得溫度值W1；
步驟3：發(fā)送氣壓ADC命令，延時10ms后，發(fā)送讀取氣壓ADC命令，獲得氣壓值W2；然后計算補償后的氣壓值；
步驟4：根據補償后的氣壓值，按照如下公式進行高度計算：
;
其中， =288.15K，是 對應高度下的溫度下限值； ,是溫度的垂直變化率；
，是 對應的高度； ，是 對應高度下的氣壓下限值； ，是氣體常數； ，是海平面重力加速度。
所述中央處理器進行數據融合的方法包括以下步驟：
步驟1：根據GPS定位結果和距離信息得出目標地址的經緯度；
步驟2：根據高度計算結果得出目標地址的高。
本發(fā)明實施例3中提供了一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)結構如圖1所示：
一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：用于產生中央處理器時鐘頻率的外部晶振；所述外部晶振信號連接于用于處理系統(tǒng)數據信息的中央處理器；所述中央處理器分別信號連接于發(fā)射超聲波信號的超聲波發(fā)射頭、用于連接外部調試機的調試接口、用于定位的定位單元以及用于對接收到的超聲波進行處理的超聲波接收處理單元。
所述超聲波接收處理單元包括：接收返回超聲波的超聲波接收頭；所述超聲波接收頭信號連接于對接收到的信號進行放大的信號放大器；所述信號放大器信號連接于用于帶通濾波的帶通濾波器；所述帶通濾波器信號連接于用于對電壓進行比較的電壓比較器；所述電壓比較器信號連接于中央處理器。
所述定位單元包括：氣壓計、溫度傳感器、微處理器和GPS定位單元；所述氣壓計和溫度傳感器分別信號連接于微處理器；所述氣壓計，用于獲取氣壓數據信息；所述溫度傳感器，用于獲取溫度數據信息；所述微處理信號連接于用于GPS定位的GPS定位單元，用于對接收到的數據信息進行處理，將處理后的結果發(fā)送至中央處理器。
所述中央處理器包括：閾值選取單元、發(fā)射波生成單元、接收波檢波單元和數據融合單元；所述發(fā)射波生成單元，用于在超聲波發(fā)射頭上施加矩形脈沖電壓，進而生成發(fā)射波通過超聲波發(fā)射頭發(fā)射出去；所述閾值選取單元，用于針對不同的測量情況進行閾值選取，提升系統(tǒng)的精度；所述接收波檢波單元，用于對接收波進行檢波；所述數據融合單元，用于對接收到的數據信息進行數據融合，得出最終的測距結果。
所述數據融合單元包括：高度計算單元、距離計算單元和坐標生成單元；所述距離計算單元用于根據發(fā)射波和接收波的數據信息，進行距離計算；所述高度計算單元，用于根據溫度計和氣壓計的數據信息計算目標地址的高度信息。
一種基于超聲波測距技術的智能測距系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
步驟1：系統(tǒng)初始化，選取閾值，中央處理器根據選區(qū)的閾值在超聲波發(fā)射頭施加矩形脈沖電壓，超聲波發(fā)射頭發(fā)出發(fā)射波；
步驟2：超聲波接收頭對接收到的超聲波進行放大、帶通濾波和檢波處理后發(fā)送至中央處理器；中央處理器接收到接收波后，進行距離計算，得出距離計算結果。
步驟3：中央處理器從定位單元中獲取溫度數據信息和氣壓數據信息，根據數據信息進行高度計算，得出高度計算的結果；
步驟4：中央處理器從定位單元中獲取GPS定位結果；
步驟5：中央處理器根據高度結果、GPS定位結果和距離計算結果進行數據融合，得出最終的結果。
所述高度計算單元對高度的計算方法包括以下步驟：
步驟1：中央處理器發(fā)送復位命令；
步驟2：發(fā)送溫度ADC命令，延時10ms后，發(fā)送讀取溫度ADC命令，獲得溫度值W1；
步驟3：發(fā)送氣壓ADC命令，延時10ms后，發(fā)送讀取氣壓ADC命令，獲得氣壓值W2；然后計算補償后的氣壓值；
步驟4：根據補償后的氣壓值，按照如下公式進行高度計算：
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其中， =288.15K，是 對應高度下的溫度下限值； ,是溫度的垂直變化率；
，是 對應的高度； ，是 對應高度下的氣壓下限值； ，是氣體常數； ，是海平面重力加速度。
所述中央處理器進行數據融合的方法包括以下步驟：
步驟1：根據GPS定位結果和距離信息得出目標地址的經緯度；
步驟2：根據高度計算結果得出目標地址的高度。
本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。