CN106226771A - 一种定位系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种定位系统及方法，所述定位系统包括硬件系统和软件系统：所述硬件系统包括单片机和与单片机分别连接的时钟电路、复位电路、电源、显示器、测距和声光报警，所述电源和单片机直接设置有接近开关，所述单片机的控制系统连接至驱动电路和探针支架；所述软件系统包括控制模块以及分别与控制模块相连接的发射模块和接收模块，所述控制模块用于控制发射模块和接收模块的启动，定位精度高，测距准确，可靠性高，误差小，反应灵敏，能准确显示探针距离，自动报警。

Description

一种定位系统以及方法

技术领域

本发明属于通信与控制领域，具体涉及一种定位系统及方法。

背景技术

封闭腔体是指四周封闭，里面黑暗的密闭腔体。探针是用于测量封闭腔体内壁附近流体流速的传感器。

在封闭腔体内进行温度、湿度和流体流速等参数测量与控制紧密相关于社会生活、工农业生产等。某些领域，如工程热物理实验研究等，不但需要封闭腔体内探针具有准确、可靠等静态特性，还要求对探针在封闭腔体内的位置进行准确定位，以避免将探针碰断或碰弯。现有封闭腔体探针定位系统及其定位精度不尽人意。

目前现有的封闭腔体探针定位系统是使用钢针的定位系统，如图1所示。为了保证探针1在测试封闭腔体2内壁流体流速时不碰壁，在探针支架3上与探针并行固定了一个钢针4，该钢针凸出探针0.5~1mm。连杆5与外面三维坐标架相连。这样，通过连杆和支架，探针便实现了三维运动。同时，钢针另一端串联一个灯泡6，该灯泡与直流电源7正极相连接。直流电源的负极则和腔体内壁相连接。探针在封闭腔体内随支架及连杆5运动过程中，钢针首先会碰到封闭腔体的内壁，此时便形成一个闭合的直流电路，因此灯泡会亮起来，实验人员以此得知钢针的位置，从而保证了探针的安全，对探针起到定位和保护作用，现有技术的缺点：定位精度差；不能显示探针的具体位置；不能报警，只能靠灯泡的亮与灭判断探针的大概位置；误差大，可靠性低，反应速度慢。

因此需要一种新型的定位系统来解决上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种定位系统及方法，简单实现容易，操作方便，价格适中，有较广阔的应用范围。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种定位系统，所述定位系统包括封闭腔体和设置在封闭腔体内的探针支架，所述探针支架上固定有探针、连杆、接近开关和超声波测距探头8，所述连杆固定在所述探针支架外围的三维坐标架上，所述接近开关和超声波测距探头连接至单片机控制系统。

优选地，所述定位系统的测试范围50~500mm。

优选地，所述定位系统的测试精度1mm。

优选地，所述定位系统在在为0~1mm的范围内由接近开关9感应后自动报警。

优选地，所述定位系统包括硬件系统和软件系统：所述硬件系统包括单片机和与单片机分别连接的时钟电路、复位电路、电源、显示、测距和声光报警，所述电源和单片机直接设置有接近开关，所述单片机的控制系统连接至驱动电路和探针支架；所述软件系统包括控制模块以及分别与控制模块相连接的发射模块和接收模块，所述控制模块用于控制发射模块和接收模块的启动。

优选地，所述显示器采用带背光的1602字符型液晶显示器，用来显示探头与被测物之间的距离。

优选地，所述测距部分采用HC-SR04超声波测距探头，用来发射和接收超声波信号。

一种定位方法，所述定位方法基于上述定位系统，所述定位方法包括以下步骤：

S1,同时启动发射模块中的发射电路和单片机内部的定时器T0并开始计时；

S2，开始有返回脉冲返回到接收端之后，计时停止，并以这个时间点作为终值；

S3，计算信号从发射到返回所经过的时间差，从而得出超声波探头到障碍物之间的距离；

S4，在单片机向发射端发射出返回信息时所述发射模块停止工作。

本发明提供的一种定位系统及方法，本发明带来的有益效果是采用超声波探头及接近开关替代现有钢针，且在单片机的控制下，在50~500mm的测距范围内准确显示探针与封闭腔体内壁的距离，其测距精度可达1mm。在0~50mm的范围内，由接近开关起作用，且在距离为0~1mm时自动报警。该本发明与钢针定位系统相比，定位精度高，测距准确，可靠性高，误差小，反应灵敏，能准确显示探针距离，自动报警。

附图说明

图1是现有的定位系统的结构示意图；

图2是本发明一种定位系统的结构示意图；

图3是本发明一种定位系统的硬件框图；

图4是本发明一种定位系统的超声波原理框图；

图5是本发明一种定位系统的主程序流程图；

图6 是本发明一种定位系统的发射端流程图；

图7 是本发明一种定位系统的超声波接收端流程图；

具体实施方式

下面详细说明本发明的实施例。以下所述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不应理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。

一种定位系统，所述定位系统包括封闭腔体2和设置在封闭腔体2内的探针支架3，所述探针支架3上固定有探针1、连杆5、接近开关9和超声波测距探头8，所述连杆5固定在所述探针支架3外围的三维坐标架上，所述接近开关9和超声波测距探头8连接至单片机控制系统。

本实施例基于单片机控制、应用超声波探测技术及接近开关的封闭腔体探针定位系统，如图2所示。图中用接近开关9和超声波测距探头8代替图1中的钢针4，通过导线与单片机控制系统相连，同时，将探针1、接近开关9、超声波测距探头8对齐固定在探针支架3上，连杆5与外面三维坐标架相连。当探针随支架和连杆在封闭腔体2内进行三维运动时，探针便实现了三维运动。该系统能够在50~500mm的范围内通过超声波测距探头测距，通过单片机系统计算并显示出探头与腔体内壁之间的距离，其测距精度可达1mm。在0~50mm的范围内，由于超神波探头进入盲区，此时只有接近开关起作用，且在距离为0~1mm时自动报警。该发明结构简单实现容易，操作方便，价格适中，有较广阔的应用范围。

所述定位系统包括硬件系统和软件系统：所述硬件系统包括单片机和与单片机分别连接的时钟电路、复位电路、电源、显示、测距和声光报警，所述电源和单片机直接设置有接近开关，所述单片机的控制系统连接至驱动电路和探针支架；所述软件系统包括控制模块以及分别与控制模块相连接的发射模块和接收模块，所述控制模块用于控制发射模块和接收模块的启动。

下面逐一介绍以上硬件和软件部分：

硬件部分的单片机采用89C52芯片，是增强型8051单片机，可以任意选择6时钟/机器周期和12 时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统51单片机。单片机是系统的核心部件；时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。CPU通过复杂的时序电路完成不同的指令功能；复位电路是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位；电源采用XY-400K直流电源，作用是将220V交流电变为12V直流电，给接近开关和报警装置提供一个稳定的12V电源。再由稳压芯片将12V的直流电转换为5V的直流电给单片机供电；显示采用带背光的1602字符型液晶显示器，用来显示探头与被测物之间的距离；测距采用HC-SR04超声波测距探头，它是一种非接触式距离感测探头，测距范围为50~500mm，测距精度高达1mm。它包括超声波发射器、接收器与控制电路三部分，是主要的测距部分，用来发射和接收超声波信号。超声波测距原理框图如图4所示；声光报警采用型号为TGSG150的声光报警器，在接通电源的同时，能够发出声、光两种报警信号；接近开关；在测距范围为0~50mm时，由于采用的HC-SR04超声波测距探头已经进入盲区，此时采用J-0427S08PO型PNP型涡流式接近开关（也称为电感式接近开关）代替超声波测距探头进行测量。它利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流，这个涡流反作用于接近开关，使接近开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体靠近，进而控制开关的开和断。要注意的是，接近开关有一个缺点，就是被检测物体必须是导电体。PNP型接近开关内部简化电路图如图5所示。接近开关碰到内壁时会报警。

此外，该发明还有以下部分：驱动电路，由于声光报警装置所需电流是900mA，而接近开关输出为100mA，因此直接由接近开关无法带动报警装置。本发明采用Insulated GateBipolar Transistor (IGBT)晶闸管，作用是将电流放大，将100mA电流转换为900mA电流来驱动报警装置；探针支架装置，本发明探针支架由探针、测距传感器、接近开关以及长杆组成，将探针、接近开关和测距传感器对齐且均固定在长杆一端的支架上，置于封闭空间里，长杆另一端则固定在外面三维坐标架上，通过调整坐标架，即可实现探针的三维运动。

软件部分：控制模块是主要的软件部分，工作时，启动发射电路的同时，启动单片机内部的定时器T0并开始计数，利用定时器的计时功能，得到信号从发射到返回所经过的时间差，通过公式测距=(时间差×340ms)/2，计算出超声波探头到障碍物之间的距离。控制部分程序流程图如图5所示；发射模块，当单片机向发射端发射出测距开始信号的同时，启动了内部的定时器开始计时，然后开始等待，直到接收到返回信号为止。超声波发射模块流程图如图6所示；接收模块，当启动定时器并且发射了超声波脉冲之后，进入了一个等待时间，等到开始有返回脉冲返回到接收端之后，计时停止，并以这个时间点作为终值。用终值减去初值之后得到一个时间差，这个时间差就是超声波脉冲通过被测距离一个来回所经过的时间，利用这个时间差就可以计算出被测距离了。接收端流程图如图7所示。

一种定位方法，所述定位方法基于上述定位系统，所述定位方法包括以下步骤：

S1,同时启动发射模块中的发射电路和单片机内部的定时器T0并开始计时；

S2，开始有返回脉冲返回到接收端之后，计时停止，并以这个时间点作为终值；

S3，计算信号从发射到返回所经过的时间差，从而得出超声波探头到障碍物之间的距离；

S4，在单片机向发射端发射出返回信息时所述发射模块停止工作。

本发明提供的一种定位系统及方法，本发明带来的有益效果是采用超声波探头及接近开关替代现有钢针，且在单片机的控制下，在50~500mm的测距范围内准确显示探针与封闭腔体内壁的距离，其测距精度可达1mm。在0~50mm的范围内，由接近开关起作用，且在距离为0~1mm时自动报警。该本发明与钢针定位系统相比，定位精度高，测距准确，可靠性高，误差小，反应灵敏，能准确显示探针距离，自动报警。

最后应当说明的是：本发明并不仅限于上述实施方式，任何针对本发明的具体实施方式进行的未脱离本发明精神和范围的修改或者等同替换均在本发明申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种定位系统，其特征在于，所述定位系统包括封闭腔体（2）和设置在封闭腔体（2）内的探针支架（3），所述探针支架（3）上固定有探针（1）、连杆（5）、接近开关（9）和超声波测距探头（8），所述连杆（5）固定在所述探针支架（3）外围的三维坐标架上，所述接近开关（9）和超声波测距探头（8）连接至单片机控制系统。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统的测试范围50~500mm。

3.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统的测试精度1mm。

4.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统在在为0~1mm的范围内由接近开关（9）感应后自动报警。

5.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括硬件系统和软件系统：所述硬件系统包括单片机和与单片机分别连接的时钟电路、复位电路、电源、显示器、测距和声光报警，所述电源和单片机之间设置有接近开关，所述单片机的控制系统连接至驱动电路和探针支架；所述软件系统包括控制模块以及分别与控制模块相连接的发射模块和接收模块，所述控制模块用于控制发射模块和接收模块的启动。

6.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述显示器采用带背光的1602字符型液晶显示器，用来显示探头与被测物之间的距离。

7.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述测距部分采用HC-SR04超声波测距探头，用来发射和接收超声波信号。

8.一种定位方法，所述定位方法基于上述定位系统，其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：

S1,同时启动发射模块中的发射电路和单片机内部的定时器T0并开始计时；

S2，开始有返回脉冲返回到接收端之后，计时停止，并以这个时间点作为终值；

S3，计算信号从发射到返回所经过的时间差，从而得出超声波探头到障碍物之间的距离；

S4，在单片机向发射端发射出返回信息时所述发射模块停止工作。