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[原创] 基于超声波的定位系统原理详解

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发表于 2019-8-8 14:59:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
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,尤其是在复杂的室内环境,常常需要确定各种设施与物品在室内的位置信息,但是受到定位时间、定位精确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的利用。因此,业界人士提出了很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、WiFi技术、超声波传技术。
根据目前技术定位的发展来看,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。
什么是超声波定位系统

超声波定位系统是利用超声波的空间传播特性,来确定目标的具体位置。将超声波发生器置于被定位的目标上面,向周围按照一定的时间间隔发送超声波脉冲,在周围3个固定位置上分别接收超声波发射装置发出来的脉冲信号,由于超声波在空间传送速度比较慢,所以通过比较三个接收装置收到信号的时间先后,可以反演出超声波发生器的具体位置,也就是被定位目标的位置,当目标移动时候,可以通过不间断测量,描出目标的运动轨迹。
QQ图片20190808101052.png
超声波自动定位仪的技术指标包括定位精度、响应速度、定位范围。定位精度在5cm之内,响应速度为0.1秒,定位范围为场地内,半径30米的区间。因此超声波定位系统的应用领域主要是室内定位和场地定位。如汽车驾驶考场,将发射装置置于汽车上,跟随汽车运动,接收系统可在电脑上描出汽车行驶的轨迹,从而可以通过电脑自动判断汽车驾驶员是否合格,减少了监考人员的工作量。
超声波定位原理
超声波定位系统主要是依据超声波测距方法,然后根据距离和算法来定位物体的位置,例如:
超声波发生器内部有两个压电晶片和一个共振板,当两极外加脉冲信号的频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将发生共振,并带动共振板振动,从而产生超声波;同理,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片产生振动,将机械能转换为电信号。
2.png
被测距离
QQ图片20190807165631.png
式中:s为超声波传播距离;h为发射探头与接收探头之间的距离。由于s远大于h,此可近似认为d=s,则d=s=ct/2,t为发射超声波与接收超声波的时间间隔,c为超声波在空气中的传播速度。在空气中,常温下超声波的传播速度是334m/s,但其传播速度c易受空气中温度的影响,声速与温度关系如表1所示,由此可修正超声波传播速度c=331.5+0.607T
在未来市场应用前景中超声波定位系统市场相当广阔,保加利亚Hexamite科技是一家专注于超声波定位系统的开发商,并可为用户开发适合特定应用的解决方案。工采网作为传感器供应商引荐两款用于定位的超声波产品:美国hexamite 超声波传感器 - Rx-HX、美国hexamite 超声波传感器 Tx-HX这两款产品位置追踪定位系统是一款高速、多点超声波定位和本地化系统适用于追踪及导航。其特点如下:
20190807154612.png
美国hexamite 超声波传感器 Rx-HX描述:

超声波定位接收机Rx,射频2.4-2.523GHz,射频用户com通道125,通信250Kbaud,超声波40KHz,速度344m/秒,远程定位可达20米。
距离超声波发射器的距离测量分辨率为1mm
美国hexamite 超声波传感器 Rx-HX 参数:
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美国hexamite 超声波传感器 Tx-HX描述:
超声波定位发射机Tx,射频2.4-2.523GHz,射频用户com通道125,通信250Kbaud,超声波40KHz,速度344m/秒,远程定位可达20米
距离超声波发射器的距离测量分辨率为1mm
超声波换能器铝外壳
在同步模式下,蓝色LED闪烁
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美国hexamite 超声波传感器 Tx-HX 参数:
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