CN104297728B - 一种室内超声波定位系统及其定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内超声波定位系统，它包括控制器和定位终端，控制器包括发送天线和多个超声波接收器，定位终端包括接收天线、滤波放大模块、信号处理器、超声波发生器和能量收集/电源模块；室内超声波定位的方法，包括收集无线信号能量、解析信号、ID信息对比、超声波回应以及计算对应位置。本发明定位终端体积小，能依附在小型物体上方便人们搜寻，采用ID数据信息对比以及多个不同距离的超声波接收器，能同时准确定位多个寻找物品。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声波定位技术，特别是一种室内超声波定位系统及其定位方法。
背景技术
人们在家中时，常常会丢失或者暂时找不到一些物品，给生活造成一定的困扰，例如电视遥控器，空调遥控器，钥匙，证件等，人们迫切希望能有一种帮助自己寻找物品的系统。目前常用的室内寻物系统主要使用的有wi-fi定位，zigbee定位等，这些定位方式基本都是通过测量多点的信号强度来进行定位，定位精度差，系统复杂，定位终端较大难以安放在被定位的物体上。因此，市场急需一种成本低，易实现，定位准确，定位终端能够安放在小物体上的定位系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种室内超声波定位系统及其定位方法，解决了传统丢失或暂时找不到物品的问题，采用ID信息对比，确定是否为所查找物品，解决了传统定位寻物系统不能同时进行多物品查找的缺点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种室内超声波定位系统，它包括控制器，控制器包括发送天线和多个超声波接收器，所述的发送天线用于发送射频信号，所述的超声波接收器用于接收超声波；
它包括定位终端，定位终端包括接收天线、滤波放大模块、信号处理器、超声波发送器和能量收集/电源模块，接收天线的信号输出端分别与滤波放大模块及能量收集/电源模块的输入端连接，滤波放大模块的输出端与信号处理器的输入端连接，信号处理器的输出端与超声波发生器的输入端连接，所述的能量收集/电源模块的能量输出端分别与滤波放大模块、信号处理器以及超声波发生器连接；所述的接收天线用于收集控制器发出的无线信号；所述的滤波放大模块用于将信号进行滤波和放大；所述的超声波发生器用于发出超声波，便于控制器接收和定位；所述的能量收集/电源模块用于收集无线电波中的能量供其他模块使用；
所述控制器的发送天线通过射频信号与定位终端的接收天线相连，定位终端的超声波发送器通过超声波与控制器的超声波接收器相连。
每个超声波接收器设于控制器上的位置各不相同。
一种室内超声波定位方法，它包括下面几个步骤：
S1：控制器先通过发射天线发送特定频率的能量密集的无线信号，再将需要寻找的终端ID数据调制到规定载波频率上通过发射天线发送；
S2：定位终端接收到密集能量的无线信号后，通过能量收集/电源模块将无线信号转换成能量提供给滤波放大模块、信号处理器和超声波发生器使用；
S3：定位终端的接收天线接收到包含ID数据的无线信号，并传输到滤波放大模块进行滤波和放大处理，信号处理器将经过滤波放大处理后的信号进行解调解码得到原始的ID数据；
S4：信号处理器将原始的ID数据与自己的ID逐位相比较，如果完全相同，则控制超声波发生器发出超声波回应，反之，则不作出反应；
S5：控制器根据每个超声波接收器接收到定位终端发来的超声波时间的不同，通过比较时间分析得到定位终端相对于控制器的位置。
它还包括定位终端和寻找物体绑定的方法，其步骤如下：
SS1：将定位终端贴于需要经常寻找的物体上，每个终端的ID号唯一；
SS2：将定位终端的ID号与对应的物体名称输入控制器；
SS3：在控制器上输入ID号，并通过控制器发送对应的ID数据，若接收到对应物体发来的超声波信号，则物体绑定成功，反之，则失败。
本发明具有以下几个优点：
1、定位终端体积小，能依附在小型物体上方便人们搜寻；
2、具有ID数据对比功能，能确认搜索的是否为本ID数据所对应的物体，适合多物体的定位查找；
3、设有多个不同位置的超声波接收器，通过接收器接收的时间差算出寻找物体的位置，定位准确，非常适合于室内定位寻物。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明定位终端的结构示意框图；
图3为本发明定位方法的流程图；
图4为本发明定位计算的原理图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1、图2所示，一种室内超声波定位系统，一种室内超声波定位系统，它包括控制器，控制器包括发送天线和多个超声波接收器，所述的发送天线用于发送射频信号，所述的超声波接收器用于接收超声波。
室内超声波定位系统还包括定位终端，定位终端包括接收天线、滤波放大模块、信号处理器、超声波发送器和能量收集/电源模块，接收天线的信号输出端分别与滤波放大模块及能量收集/电源模块的输入端连接，滤波放大模块的输出端与信号处理器的输入端连接，信号处理器的输出端与超声波发生器的输入端连接，所述的能量收集/电源模块的能量输出端分别与滤波放大模块、信号处理器以及超声波发生器连接；所述的接收天线用于收集控制器发出的无线信号；所述的滤波放大模块用于将信号进行滤波和放大；所述的超声波发生器用于发出超声波，便于控制器接收和定位；所述的能量收集/电源模块用于收集无线电波中的能量供其他模块使用。
所述控制器的发送天线通过射频信号与定位终端的接收天线相连，定位终端的超声波发送器通过超声波与控制器的超声波接收器相连。
每个超声波接收器设于控制器上的位置各不相同。
如图3所示，一种室内超声波定位方法，它包括下面几个步骤：
S1：控制器先通过发射天线发送特定频率的能量密集的无线信号，再将需要寻找的终端ID数据调制到规定载波频率上通过发射天线发送；
S2：定位终端接收到密集能量的无线信号后，通过能量收集/电源模块将无线信号转换成能量提供给滤波放大模块、信号处理器和超声波发生器使用；
S3：定位终端的接收天线接收到包含ID数据的无线信号，并传输到滤波放大模块进行滤波和放大处理，信号处理器将经过滤波放大处理后的信号进行解调解码得到原始的ID数据；
S4：信号处理器将原始的ID数据与自己的ID逐位相比较，如果完全相同，则控制超声波发生器发出超声波回应，反之，则不作出反应；
S5：控制器根据每个超声波接收器接收到定位终端发来的超声波时间的不同，通过比较时间分析得到定位终端相对于控制器的位置。
室内超声波定位方法还包括一个定位终端和寻找物体绑定的步骤，它包括以下子步骤：
SS1：将定位终端贴于需要经常寻找的物体上，每个终端的ID号唯一；
SS2：将定位终端的ID号与对应的物体名称输入控制器；
SS3：在控制器上输入ID数据，并通过控制器发送对应的ID数据，若接收到对应物体发来的超声波信号，则物体绑定成功，反之，则失败。
步骤S5中通过每个超声波接收器收到定位终端发来的超声波时间的不同，计算得出定位终端相对于控制器的位置，如图4所示，它还包括有以下算法：
S501：S1、S2、S3、S4分别是四个接收器的位置，O是坐标系远点，Q是目标声源点，坐标为Q（x,y,z）；
S502：设S1到坐标原点O的距离为a，用c表示声音速度，r1,r2,r3,r4表示Q到四个超声波接收器的距离，目标声音信号到达其他接收器的距离与到达S1的距离之差为di1=ri-r1=c*ti1(i=2,3,4)；
S503：根据四面体阵列来定位声源，并求出差值di1，由此，计算得出目标源点Q（x,y,z），并实现定位。
在具体使用上，首先要将定位终端和经常寻找的物体绑定。由于定位终端体积很小，甚至可以贴在要寻找的物体上。又由于每个定位终端都有唯一的ID号，则这个物体也就具有了唯一的ID号。将这个ID号和对应的物体名称输入控制器，下次想要寻找这个物体时，通过控制器即可发出对应的ID数据。例如将ID“12A5D493”的终端贴在遥控器上，在手机上输入遥控器和对应的ID号，在找不到遥控器时，点击手机上的遥控器图标，手机就可以发出ID“12A5D493”的无线数据，遥控器终端判断找的就是自己，发出超声波，手机通过算法定位到遥控器位置后，将这个位置显示在显示屏上就可以引导人们寻找到遥控器了。
Claims (5)
1.一种室内超声波定位系统，所述系统包括控制器，控制器包括发送天线和多个超声波接收器，所述的发送天线用于发送射频信号，所述的超声波接收器用于接收超声波；
所述的系统还包括定位终端，所述的定位终端包括接收天线、滤波放大模块、信号处理器、超声波发送器，接收天线的信号输出端与滤波放大模块输入端连接，滤波放大模块的输出端与信号处理器的输入端连接，信号处理器的输出端与超声波发生器的输入端连接；所述的接收天线用于收集控制器发出的无线信号；所述的滤波放大模块用于将信号进行滤波和放大；所述的超声波发生器用于发出超声波，便于控制器接收和定位；
其特征在于：
所述的定位终端还包括和能量收集/电源模块，接收天线的信号输出端还与能量收集/电源模块的输入端连接，能量收集/电源模块的能量输出端分别与滤波放大模块、信号处理器以及超声波发生器连接；所述的能量收集/电源模块用于收集无线电波中的能量供其他模块使用；
控制器先通过发射天线发送特定频率的能量密集的无线信号，定位终端接收到密集能量的无线信号后，通过能量收集/ 电源模块将无线信号转换成能量提供给滤波放大模块、信号处理器和超声波发生器使用； 定位终端再将需要寻找的终端ID 数据调制到规定载波频率上通过发射天线发送；定位终端的接收天线接收到包含ID 数据的无线信号，并传输到滤波放大模块进行滤波和放大处理，信号处理器将经过滤波放大处理后的信号进行解调解码得到原始的ID数据。
2.根据权利要求1所述的一种室内超声波定位系统，其特征在于：所述控制器的发送天线通过射频信号与定位终端的接收天线相连，定位终端的超声波发送器通过超声波与控制器的超声波接收器相连。
3.根据权利要求1所述的一种室内超声波定位系统，其特征在于：每个超声波接收器设于控制器上的位置各不相同。
4.一种室内超声波定位方法，其特征在于：它包括下面几个步骤：
S1：控制器先通过发射天线发送特定频率的能量密集的无线信号，再将需要寻找的终端ID数据调制到规定载波频率上通过发射天线发送；
S2：定位终端接收到密集能量的无线信号后，通过能量收集/电源模块将无线信号转换成能量提供给滤波放大模块、信号处理器和超声波发生器使用；
S3：定位终端的接收天线接收到包含ID数据的无线信号，并传输到滤波放大模块进行滤波和放大处理，信号处理器将经过滤波放大处理后的信号进行解调解码得到原始的ID数据；
S4：信号处理器将原始的ID数据与自己的ID逐位相比较，如果完全相同，则控制超声波发生器发出超声波回应，反之，则不作出反应；
S5：控制器根据每个超声波接收器接收到定位终端发来的超声波时间的不同，通过比较时间分析得到定位终端相对于控制器的位置。
5.根据权利要求4所述的一种室内超声波定位方法，其特征在于：它还包括一个定位终端和寻找物体绑定的步骤，它包括以下子步骤：
SS1：将定位终端贴于需要经常寻找的物体上，每个终端的ID号唯一；
SS2：将定位终端的ID号与对应的物体名称输入控制器；
SS3：在控制器上输入ID数据，并通过控制器发送对应的ID数据，若接收到对应物体发来的超声波信号，则物体绑定成功，反之，则失败。
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