一种使用红外线和超声波的定位技术-.doc

研究与设计电子测量技术 ELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY第31卷第10期2008年10月一种使用红外线和超声波的定位技术厡玉磊王安健蒋理兴(信息工程大学测绘学院郑州 450052摘要:本文提出了一种使用红外线和超声波的定位技术,对其工作原理和主要部分的实现方法进行了介绍,设计了测量脉冲调理电路接收超声信号,并分析了主要的误差源。该技术使用红外编码指令触发定位,扩大了定位范围,降低了功耗;在接收电路中加入共振电路,减小了外界干扰。通过大量实验,分析了环境温度、传播角度等因素对测距精度的影响。关键词:红外线;超声波;脉冲调理;定位技术中图分类号:TN21 文献标识码:APositioningtechniquewithinfraredandultrasonicYuanYulei WangAnjian JiangLixing(InstituteofSurveyingandMapping,InformationEngineeringUniversity,Zhengzhou450052Abstract:,extendingthepositioningrangandreducingthepower,:infrared;ultrasonic;positioningtechnique;pulseadjusting0 引言GPS定位技术已经在导航、测图等方面得到了广泛的应用;而小型的基于红外线和超声波的定位技术则由于其体积小、电路简单、价格低等优势,在小范围定位方面得到越来越广泛的应用。尤其在室内和一些恶劣的条件下,GPS定位系统无法使用,超声波定位技术就显得更为必要。本文介绍了一种使用红外线和超声波的定位技术及其实现方法。1 定位原理超声波定位技术的定位原理与GPS定位技术相同。即测量待测点到至少3个坐标已知的固定点之间的距离,然后通过距离交会法求解出待测点位的三维坐标。超声波定位就是使用超声波测量待测点到固定点之间的距离。但是超声波在空气中传输的衰减很大,能传输的距离短,如果采用反射式测距法,则测量的距离更短,限制了超声波定位的范围;且采用反射式时,由于固定点一直处于发射超声波的状态,不管待定位点是否需要定位,因此功耗也浪费很大。本文使用了红外线触发定位信号的模式,在固定点上安置超声波发射装置和红外线接收及解码装置(定位从机,在待定位点上安置超声波接收装置和红外线编码发射装置(定位主机。当接收到定位信号后,定位主机发射红外编码指令,同时计时器开始计时,当定位从机接收到红外编码指令后,对其进行解码,并根据解码结果决定是否发射超声波信号,定位主机接收到超声波信号后停止计时,计算出该红外编码指令对应的固定点到该点的距离。这样使得超声波定位的距离扩大了1倍,并且大大减小了系统的功耗。工作原理图如图1所示。图1 工作原理图・51・第31卷电子测量技术测得待定点到坐标已知点的距离后,通过距离交会法解方程求出待定位点的三维坐标。解算方程如下:D21=(X-X12+(Y-Y12+(Z-Z12D22=(X-X22+(Y-Y22+(Z-Z22D23=(X-X32+(Y-Y32+(Z-Z32式中:(X,Y,Z为待定点坐标,(X1,Y1,Z1、(X2,Y2,Z2、(X3,Y3,Z3分别为固定点1、2、3的坐标。在该方程组中,只有(X,Y,Z为未知数,可以求解出来。如果设置的固定点多,可以通过平差的方法提高精度。 距离测量待定点到固定点的距离测量,是通过测量超声波自固定点到待定点间的传播时间,根据超声波在空气中的传输速度,计算出来。待定点在发射红外信号后就开始计时,而固定点在接收到红外信号后才开始发射超声波,这中间有红外线的传播时间,但由于红外速度远高于超声波的速度,距离又比较近,因此可以忽略不计。以距离30m,红外光速度为3×108m/s,超声速度为340m/s,则由红外传播时间引入的测距误差为:303×108×340=,因此这个误差完全可以忽略了。2 硬件