CN207586745U - 一种超声波导航传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种超声波导航传感器，属于传感装置类领域。它包括微控制器、超声波接收器发射器阵列、电源变换电路、通讯接口电路、方位角传感器、温度传感器、倾角传感器和风速传感器，超声波接收器发射器阵列、电源变换电路、通讯接口电路、方位角传感器、温度传感器、倾角传感器和风速传感器均连接到微控制器；超声波接收器发射器阵列包括超声波发射器阵列和超声波接收器阵列。与现有超声波导航传感器或设施相比，本实用新型提出的超声波导航传感器利用导轨带反射信号，基于测距结果或相位检测结果或频率成分检测结果获得被定位主体以导轨带为参照的相位位置，定位导航结果更准确，成本更低，环境适用性更强。
Description
技术领域
本实用新型属于传感装置类领域，尤其是一种超声波导航传感器。
背景技术
AGV(自动导引小车)通常使用磁导航传感器基于磁导轨，由于磁场随距离而衰减，磁导航传感器通常要求离磁导轨距离为20～40mm才能有效触发，太近或太远都会导致无法有效触发，增大了脱轨的可能。另一方面，磁导轨只能安装在室内，因此磁导航传感器只能用于室内场合。
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专利CN201280035010.8公开超声波传感器应用于驾驶员辅助装置，实现距离监视、停车空间测量和停车辅助，超声波传感器沿车辆的外周方向布置，超声波传感器安装在车辆前方或侧方。
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上述基于超声波定位导航都需要利用环境中已经存在的参照物，如墙壁、天花板或者地板，因此只能在室内使用。
实用新型内容
为解决现有技术存在的基于超声波定位导航都需要利用室内参照物，只能用于室内环境的缺陷，本实用新型提供一种室内和室外都可以使用的超声波导航传感器。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种超声波导航传感器，该超声波导航传感器包括微控制器、超声波接收器发射器阵列、电源变换电路和通讯接口电路，超声波接收器发射器阵列、电源变换电路和通讯接口电路均连接到微控制器；
超声波接收器发射器阵列包括超声波发射器阵列和超声波接收器阵列；
超声波发射器阵列包括两个或两个以上超声波发射器；
超声波接收器阵列包括两个或两个以上超声波接收器；
微控制器控制超声波发射器发射超声波到超声波导航传感器上方的导轨带和导轨带周边环境，导轨带和导轨带周边环境反射超声波到超声波接收器阵列，接收到导轨带反射信号的超声波接收器在接收到导轨带周边环境反射信号的超声波接收器的背景上形成投影；微控制器比较导轨带的投影和接收器阵列定位参考线获得以导轨带为参照的相对位置，通讯接口电路将相对位置发送到外部通讯总线；
导轨带反射信号基于测距结果或相位检测结果或接收信号频率成分检测结果的方式，与导轨带周边环境反射信号区分开以获得投影；
电源变换电路将外部电源信号变换为微控制器、超声波接收器发射器阵列、通讯接口电路和方位角传感器所需要的电源信号。
进一步地，超声波导航传感器还包括温度传感器，温度传感器连接到微控制器。
进一步地，超声波导航传感器还包括倾角传感器，倾角传感器连接到微控制器。
进一步地，超声波导航传感器还包括方位角传感器，方位角传感器连接到微控制器。
进一步地，超声波导航传感器还包括风速传感器，风速传感器连接到微控制器。
采用上述技术方案，超声波发射器发射的超声波同时发送到导轨带和导轨带周边环境，采用三种方式区分导轨带反射信号和导轨带周边环境反射信号以获得投影，第一种方式是基于测距结果获取投影，实现方法是超声波发射、反射、接收过程中，导轨带与导轨带周边环境到超声波接收器阵列的距离不同，超声波接收器阵列不同位置的超声波接收器测距结果不一致，根据导轨带反射信号检测到的距离在设定范围内，而根据导轨带周边环境反射信号检测到的距离在设定范围外，接收到导轨带反射信号的超声波接收器在接收到导轨带周边环境反射信号的超声波接收器的背景上形成投影；第二种方式是基于相位检测结果获取投影，实现方法是超声波发射、反射、接收过程中，导轨带与导轨带周边环境到超声波接收器阵列的距离不同，信号从超声波发射器经导轨带反射后和经导轨带周边环境反射后到达超声波接收器的时间不一致，时间不一致导致到达超声波接收器的超声波相位不一致，超声波接收器阵列不同位置的超声波接收器检测到的超声波相位不一致，根据导轨带反射信号检测到的相位在设定范围内，而根据导轨带周边环境反射信号检测到的相位在设定范围外，接收到导轨带反射信号的超声波接收器在接收到导轨带周边环境反射信号的超声波接收器的背景上形成投影；第三种方式是基于接收超声波频率成分检测结果来获取投影，实现方法是超声波发射、反射、接收过程中，发射信号包含2个或2个以上频率的基波，导轨带与导轨带周边环境对超声波的反射特性不一致，超声波接收器是超声波频率成分检测器，超声波接收器阵列不同位置的超声波接收器检测的信号频率成分不一致，导轨带反射超声波频率成分检测结果在设定范围内，而导轨带周边环境反射超声波成分检测结果在设定范围以外，接收到导轨带反射信号的超声波接收器在接收到导轨带周边环境反射信号的超声波接收器的背景上形成投影。
有益效果：
与现有超声波导航传感器或设施相比，本实用新型提出的超声波导航传感器利用导轨带反射信号，基于测距结果或相位检测结果或频率成分检测结果获得被定位主体以导轨带为参照的相位位置，定位导航结果更准确，成本更低，环境适用性更强。
附图说明
图1为超声波导航传感器实施例的硬件框图；
图2为超声波发射-反射-接收示意图；
图3为基于测距方法导轨带比导轨带周边环境更靠近超声波导航传感器实施方式示意图；
图4为基于测距方法导轨带比导轨带周边环境更远离超声波导航传感器实施方式示意图；
图5为基于相位检测方法导轨带比导轨带周边环境更靠近超声波导航传感器实施方式示意图；
图6为基于相位检测方法导轨带比导轨带周边环境更远离超声波导航传感器实施方式示意图；
图7为基于反射信号频率成分检测方法超声波导航传感器实施方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1所示，一种超声波导航传感器，它包括微控制器1、超声波接收器发射器阵列2、电源变换电路3、通讯接口电路4、温度传感器5、倾角传感器6、方位角传感器9和风速传感器10，超声波接收器发射器阵列2、电源变换电路3、通讯接口电路4、温度传感器5、倾角传感器6、方位角传感器9和风速传感器10均连接到微控制器1；
超声波接收器发射器阵列2包括超声波发射器阵列7和超声波接收器阵列8；
超声波发射器阵列7包括两个或两个以上超声波发射器；
超声波接收器阵列8包括两个或两个以上超声波接收器；
通讯接口电路4将相对位置发送到外部通讯总线；
电源变换电路3将外部电源信号变换为微控制器1、超声波接收器发射器阵列2、通讯接口电路4、温度传感器5、倾角传感器6、方位角传感器9和风速传感器10所需要的电源信号。
如图2所示，微控制器1控制超声波发射器发射超声波14到超声波导航传感器上方的导轨带16和导轨带周边环境17，导轨带16和导轨带周边环境17反射超声波15到超声波接收器阵列8，接收到导轨带16反射信号的超声波接收器18在接收到导轨带周边环境17反射信号的超声波接收器12的背景上形成投影19；微控制器1比较导轨带16的投影19和接收器阵列定位参考线20获得以导轨带16为参照的相对位置。
基于测距结果获取投影原理见图3和图4，实现方法是超声波发射、反射、接收过程中，导轨带16与导轨带周边环境17到超声波接收器阵列8的距离不同，超声波接收器阵列8不同位置的超声波接收器测距结果不一致。如图3所示，导轨带16比导轨带周边环境17更靠近超声波接收器时，接收到导轨带16反射超声波的超声波接收器18测距结果为22，接收到导轨带周边环境17反射超声波的超声波接收器12测距结果为21。如图4所示，导轨带16比导轨带周边环境17更远离超声波接收器时，接收到导轨带16反射超声波的超声波接收器18测距结果为22，接收到导轨带周边环境17反射超声波的超声波接收器12测距结果为21。
测距结果在21左右波动且变化范围在限定范围内的超声波接收器在超声波接收器阵列8形成投影；本实施例中，温度传感器5用于测量超声波发射器所处环境温度，由环境温度获得超声波传播速度，实现精确测距。
基于相位检测结果获取投影原理见图5和图6，实现方法是超声波发射、反射、接收过程中，导轨带16与导轨带周边环境17到超声波接收器阵列8的距离不同，超声波从超声波发射器经导轨带16反射后和经导轨带周边环境17反射后到达超声波接收器的时间不一致，时间不一致导致到达超声波接收器的超声波相位不一致。如图5所示，导轨带16比导轨带周边环境17更靠近超声波接收器时，接收到导轨带16反射超声波的超声波接收器18相位检测结果为24，接收到导轨带周边环境17反射超声波的超声波接收器12相位检测结果为23。如图6所示，导轨带16比导轨带周边环境17更远离超声波接收器时，接收到导轨带16反射超声波的超声波接收器18相位检测结果为24，接收到导轨带周边环境17反射超声波的超声波接收器12相位检测结果为23。
相位检测结果在23左右波动且变化范围在限定范围内的超声波接收器在超声波接收器阵列8形成投影。
基于接收超声波频率成分检测结果获取投影见图7，实现方法是超声波发射、反射、接收过程中，发射信号包含2个或2个以上频率的基波，其频谱为31；导轨带16具有频率选择性反射特性，即对特定频率段信号的反射率与其它频率段具有显著差别，由导轨带16反射的超声波信号频谱为32，超声波接收器是信号频率检测器，导轨带16与导轨带周边环境17对定位信号反射特性不一致，导轨带周边环境17反射的超声波信号频谱为33，不同位置超声波接收器检测的信号频率成分不一致，具有相近频率成分检测结果的超声波接收器在超声波接收器阵列8上形成投影。
以上三种获取投影方式中，倾角传感器6用于测量超声波接收器阵列8的倾角，用于超声波接收器阵列8接收位置补偿；风速传感器10用于测量超声波接收器阵列8所处环境风速，用于接收位置补偿；方位角传感器9用于获取超声波接收器阵列8方位角，用于验证超声波接收器阵列8与导轨带16夹角。
本实用新型提出的超声波导航传感器利用导轨带16反射信号，基于测距结果或相位检测结果或频率成分检测结果获得被定位主体以导轨带16为参照的相位位置，实现高环境适应性、高精度、低成本的定位导航。
对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种超声波导航传感器，其特征在于：所述超声波导航传感器包括微控制器(1)、超声波接收器发射器阵列(2)、电源变换电路(3)和通讯接口电路(4)，所述超声波接收器发射器阵列(2)、电源变换电路(3)和通讯接口电路(4)均连接到微控制器(1)；
所述超声波接收器发射器阵列(2)包括超声波发射器阵列(7)和超声波接收器阵列(8)；
所述超声波发射器阵列(7)包括两个或两个以上超声波发射器(13)；
所述超声波接收器阵列(8)包括两个或两个以上超声波接收器(12)；
所述微控制器(1)控制超声波发射器(13)发射超声波(14)到超声波导航传感器上方的导轨带(16)和导轨带周边环境(17)，导轨带(16)和导轨带周边环境(17)反射超声波(15)到超声波接收器阵列(8)，接收到导轨带(16)反射信号的超声波接收器(18)在接收到导轨带周边环境(17)反射信号的超声波接收器(12)的背景上形成投影(19)；微控制器(1)比较导轨带(16)的投影(19)和接收器阵列定位参考线(20)获得以导轨带(16)为参照的相对位置；通讯接口电路(4)将相对位置发送到外部通讯总线；
所述导轨带(16)反射信号基于测距结果或相位检测结果或接收信号频率成分检测结果的方式，与导轨带周边环境(17)反射信号区分开以获得投影(19)；
所述电源变换电路(3)将外部电源信号变换为微控制器(1)、超声波接收器发射器阵列(2)和通讯接口电路(4)所需要的电源信号。
2.根据权利要求1所述的超声波导航传感器，其特征在于：所述超声波导航传感器还包括温度传感器(5)，温度传感器(5)连接到微控制器(1)。
3.根据权利要求1所述的超声波导航传感器，其特征在于：所述超声波导航传感器还包括倾角传感器(6)，倾角传感器(6)连接到微控制器(1)。
4.根据权利要求1所述的超声波导航传感器，其特征在于：所述超声波导航传感器还包括方位角传感器(9)，方位角传感器(9)连接到微控制器(1)。
5.根据权利要求1所述的超声波导航传感器，其特征在于：所述超声波导航传感器还包括风速传感器(10)，风速传感器(10)连接到微控制器(1)。
Priority Applications (1)
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| CN201720603548.4U CN207586745U (zh) | 2017-05-27 | 2017-05-27 | 一种超声波导航传感器 |
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| CN201720603548.4U CN207586745U (zh) | 2017-05-27 | 2017-05-27 | 一种超声波导航传感器 |
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Family Applications (1)
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| CN201720603548.4U Active CN207586745U (zh) | 2017-05-27 | 2017-05-27 | 一种超声波导航传感器 |
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| CN (1) | CN207586745U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108725514A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-11-02 | 杨国强 | 导轨、轨道车辆控制装置、轨道车辆及运输系统 |
| CN113156952A (zh) * | 2021-04-24 | 2021-07-23 | 湖南云辙科技有限公司 | 基于导轨的无人移动设备及系统、移动控制装置和方法 |
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| CN108725514B (zh) * | 2018-07-23 | 2024-04-02 | 湖南云辙科技有限公司 | 导轨、轨道车辆控制装置、轨道车辆及运输系统 |
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