CN208283543U - 一种基于超声波的室内定位系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于超声波的室内定位系统，所述室内定位系统包括一个主机模块以及至少三个从机模块，所述主机模块与从机模块相互分离设置，且三个从机模块设置于室内不在同一直线所在的位置上；所述主机模块包括主机主控电路，与主机主控模块连接的超声波发射电路、NRF无线传输电路以及人机交互模块，所述从机模块包括从机主控电路，与从机主控电路连接的NRF无线传输电路以及超声波接收电路；所述超声波发射电路包括依次连接的三极管放大电路、推挽电路以及超声波发射探头；所述超声波接收电路包括相互连接的超声波接收探头和自动增益控制电路。本实用新型具有定位精度高、结构简单，成本较低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种室内定位系统，具体涉及一种基于超声波的室内定位系统。
背景技术
室内定位系统(Indoor Positioning System,IPS)是近几年来随着信息技术的高速发展应运而生的新技术。现代社会的生活节奏越来越快，人类也期望把生活和工作环境改造成更加舒适安全更加现代化，不管是室外还是室内，对位置的要求也越来越精确。现在的室内定位与跟踪系统如雨后春笋般高速发展，Wi-Fi定位、蓝牙定位、RFID定位、UWB(超宽带) 定位、红外技术、超声波等技术纷纷进入市场，为不同行业的室内定位需求贡献了诸多行之有效的位置服务方案。目前，现有的一些室内系统存在着定位精度不高、结构较为复杂等缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种定位精确的基于室内的超声波室内定位系统。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种基于超声波的室内定位系统，所述室内定位系统包括一个主机模块以及至少三个从机模块，所述主机模块与从机模块相互分离设置，且三个从机模块设置于室内不在同一直线所在的位置上；所述主机模块包括主机主控电路，与主机主控模块连接的超声波发射电路、NRF无线传输电路以及人机交互模块，所述从机模块包括从机主控电路，与从机主控电路连接的NRF无线传输电路以及超声波接收电路；所述超声波发射电路包括依次连接的三极管放大电路、推挽电路以及超声波发射探头，所述超声波发射探头为多个，且各超声波发射探头的朝向不同；所述超声波接收电路包括相互连接的超声波接收探头和自动增益控制电路。
优选地，所述主机主控电路和从机主控电路中的主控芯片为Cortex－ M4芯片。
优选地，所述自动增益控制电路中的主控芯片型号为AD8367。
优选地，所述NRF无线传输电路中的主控芯片型号为NRF24L01。
优选地，所述人机交互模块为LCD触控模块。
与现有技术相比，本实用新型提供的室内定位系统其具有定位精度高、结构简单，成本较低等优点。
附图说明
图1是本实用新型实施例所述主机模块的结构示意框图。
图2是本实用新型实施例所述从机模块的结构示意框图。
图3是本实用新型实施例所述超声波发射电路的具体电路结构图。
图4是本实用新型实施例所述超声波接收电路的具体电路结构图。
图5是本实用新型实施例所述NRF无线传输电路的具体电路结构图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如附图1-2所示，一种基于超声波的室内定位系统，所述室内定位系统包括一个主机模块以及至少三个从机模块，所述主机模块与从机模块相互分离设置，且三个从机模块设置于室内不在同一直线所在的位置上；所述主机模块包括主机主控电路，与主机主控模块连接的超声波发射电路、 NRF无线传输电路以及人机交互模块，所述从机模块包括从机主控电路，与从机主控电路连接的NRF无线传输电路以及超声波接收电路。
本实施例中，所述主机主控电路和从机主控电路中的主控芯片为 Cortex－M4芯片，具体芯片型号可选为STM32F407VET6，该芯片为ST(意法半导体)公司提出的基于Cortex-M4内核的ARM单片机，采用外部8M晶振经内部倍频后主频高达168M，片内192KBRAM,512KB FLASH，3个16路输出ADC，14个定时器及2个高级定时器等丰富功能强大的外设。另外，所述人机交互模块为LCD触控模块，该LCD触控模块用于进行触控操作和显示测量所得的距离。
在其中一个优选的实施例中，所述超声波发射电路包括依次连接的三极管放大电路、推挽电路以及超声波发射探头。该超声波发射电路通过三极管的放大和推挽电路把电压抬高，防止超声波信号在传播的过程中消耗太多的能量，以至于接收电路不能检测到超声波信号。所述超声波发射电路具体的电路附图3所示，在此不再对其具体电路进行详述。本实施例中，超声波发射探头使用的是TCT40-16T/R1压电陶瓷超声传感器，标称频率40KHz。由于超声波发射探头是以圆锥体的形式向外振荡传播的，具有波束角，采用一个发射探头可能会有一些接收盲区，越远接收盲区越大，为了解决这个问题，本实施例中的超声波发射探头为多个(附图3中显示的为4 个)，且各超声波发射探头的朝向不同，从而可有效增大辐射范围，确保多个从机能够接收到超声波信号。
作为优选的实施例，所述超声波接收电路包括相互连接的超声波接收探头和自动增益控制电路。本实施例中，所述自动增益控制电路中的主控芯片型号为AD8367。所述超声波接收电路的具体电路结构如附图4所示。由于超声波在传播的过程中能量会发生衰减，接收电路越远，接收到的信号就会越微弱，接收到的不同信号在超声波的检测上非常不利。为了便于对超声波信号的检测和分析，因此需要对超声波信号进行放大。但是由于距离的不同，增益会不一样。基于这种情况，因此本实施例采用了自动增益控制(AGC)电路。AGC电路的作用就是在输入信号变化比较大是情况下，输出信号的幅度稳定在一个很小的范围内，便于我们检测和分析信号。所述主控芯片AD8367，是ADI公司的一款高性能可变增益放大器，设计用于在最高500MHz的中频频率下工作，从外部施加0至1V的模拟增益控制电压，可调整45dB增益控制范围，以提供20mV/dB输出。精确的线性dB 增益控制通过ADI公司的专有X-AMPTM架构实现，该架构含有一个可变衰减器网络，由高斯插值器提供输入，从而实现精确的线性增益调整。此外， AD8367集成一个平方律检测器，使该器件可用作AGC解决方案，并提供检测到的接收信号强度指示(RSSI)输出电压。
作为较佳的实施例，所述NRF无线传输电路中的主控芯片型号为 NRF24L01，其具体电路结构如附图5所示。NRF24L01是NORDIC公司最近生产的一款无线通信通信芯片，采用FSK调制，内部集成NORDIC自己的 Enhanced Short Burst协议，可以实现点对点或是1对6的无线通信，其无线通信速度可以达到2M(bps)，因此非常适合用来为MCU系统构建无线通信功能。该电路实现的功能就是主机发射一个超声波信号的同时发射一个无线信号，让从机打开定时器，直到接收到超声波信号，然后读出定时时间，通过声波传播的速度就可以计算出距离，发送回去主机，然后主机又继续发送一个超声波信号和无线信号，这样周而复始下去。
与现有技术相比，本实用新型实施例提供的室内定位系统其具有定位精度高、结构简单，成本较低等优点。以下简要说明所述室内定位系统的工作原理：
测量距离的常规的方法就是发射端和接收端在同一位置上，利用发射端超声波由发射再返回到接收的时间差，然后通过声速来测量距离。但是由于超声波在传送的过程中能量会衰落，导致接收的困难。而现有的室内定位系统中，超声波的发射端和接收端是设置于同一位置上，导致其定位精度较低，而本实施例提供的室内定位系统，其一改常规的方法，使超声波的发射端和接收端分离开来，这样就可以使传送的距离减少一半和减少了超声波遇到障碍物发射中能量的衰落，大大减少了超声波接收的难度，从而大大提高了定位的准确性。
由于要实现定位，需要至少三个不在同一直线的三个点。本实施例中，其设置了一个主机模块和至少三个从机模块的方案实现来实现室内定位。当主机模块发送一个超声波信号的同时发送一个无线信号作为从机模块定时器开关信号，然后定时器计时，直到各个从机模块接收到了超声波信号，得出超声波的传播时间，计算出距离；将各从机模块测的距离参数发送给主机模块，然后主机模块通过定位算法得出位置参数，并通过LCD触控没空出来。
上述实施例为本实用新型的较佳的实现方式，并非是对本实用新型的限定，在不脱离本实用新型的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于超声波的室内定位系统，其特征在于：所述室内定位系统包括一个主机模块以及至少三个从机模块，所述主机模块与从机模块相互分离设置，且三个从机模块设置于室内不在同一直线所在的位置上；
所述主机模块包括主机主控电路，与主机主控模块连接的超声波发射电路、NRF无线传输电路以及人机交互模块，所述从机模块包括从机主控电路，与从机主控电路连接的NRF无线传输电路以及超声波接收电路；
所述超声波发射电路包括依次连接的三极管放大电路、推挽电路以及超声波发射探头，所述超声波发射探头为多个，且各超声波发射探头的朝向不同；
所述超声波接收电路包括相互连接的超声波接收探头和自动增益控制电路。
2.根据权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于：所述主机主控电路和从机主控电路中的主控芯片为Cortex－M4芯片。
3.根据权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于：所述自动增益控制电路中的主控芯片型号为AD8367。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的室内定位系统，其特征在于：所述NRF无线传输电路中的主控芯片型号为NRF24L01。
5.根据权利要求4所述的室内定位系统，其特征在于：所述人机交互模块为LCD触控模块。
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| CN201820919698.0U CN208283543U (zh) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | 一种基于超声波的室内定位系统 |
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