專利名稱：基于tdoa的超聲波測距系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波測距領(lǐng)域，具體涉及一種基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超聲波測距廣泛用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量。由于超聲波測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，在較惡劣的環(huán)境(如含粉塵)下具有一定的適應(yīng)能力，因此，用途極為廣泛。目前市場上普遍使用的超聲波測距儀采用的超聲波測距方案為已知發(fā)射功率，在接收節(jié)點(diǎn)測量接收功率，計算傳播損耗得到測量距離。然而，該種超聲波測距儀的抗干擾能力差，雖然在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中特性表現(xiàn)良好，但是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，溫度障礙物和傳播模式等條件往往都是變化的，使得超聲波信號受到的干擾影響較大，影響測量的準(zhǔn)確性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有超聲波測距儀抗干擾能力差、測量準(zhǔn)確性低的技術(shù)問題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，包括超聲波傳感器、射頻傳感器、第一發(fā)射模塊、第二發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊和語音輸出模塊，其中，
超聲波傳感器用以檢測障礙物信息，并將檢測到的信息發(fā)送至第一發(fā)射模塊；
射頻傳感器用以檢測障礙物信息，并將檢測到的信息發(fā)送至第二發(fā)射模塊；
第一發(fā)射模塊分別與超聲波傳感器和接收模塊連接，用以將接收到的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并發(fā)送至接收模塊；
第二發(fā)射模塊分別與射頻傳感器和接收模塊連接，用以將接收到的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并發(fā)送至接收模塊；
接收模塊分別與第一發(fā)射模塊和第二發(fā)射模塊連接，用以對接收到的數(shù)字信號進(jìn)行比較，得到第一發(fā)射模塊和第二發(fā)射模塊發(fā)射出的信號的到達(dá)時間差，并計算出障礙物距離；其進(jìn)一步包括接收單元、處理單元和輸出單元，其中
接收單元分別與第一發(fā)射模塊和第二發(fā)射模塊連接，用以接收第一發(fā)射模塊和第二發(fā)射模塊發(fā)出的數(shù)字信號并發(fā)送至處理單元；
處理單元與接收單元連接，用以對接收到的數(shù)字信號進(jìn)行處理，計算超聲波信號和射頻信號的到達(dá)時間差，得到障礙物距離，并根據(jù)計算結(jié)果發(fā)送提示信息至輸出單元；
輸出單元用以接收提示信息，并將提示信息發(fā)送至顯示模塊和語音輸出模塊；
顯示模塊與輸出單元連接，用以接收提示信息，根據(jù)提示信息給出視覺提醒并顯示障礙物距離；
語音輸出模塊與輸出單元連接，用以接收提示信息，并根據(jù)提示信息輸出語音提示障礙物距離。
依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，該第一發(fā)射模塊包括一 Kalman濾波器，用以去除超聲波信號中的隨機(jī)噪聲，得到較好的估計值。
依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，該顯示模塊包括一 LED發(fā)光二極管，用以顯示探測范圍內(nèi)是否有障礙物，若在探測范圍內(nèi)有障礙物，LED發(fā)光二極管以一定頻率閃爍，且閃爍的頻率以距離確定，距離越近頻率越高。
依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，該顯示模塊包括8位數(shù)碼管，用以顯示障礙物距離。
依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，該8為數(shù)碼管中第二位為小數(shù)點(diǎn)位。
依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，該語音輸出模塊提示的探測范圍為(Tl. 6m,若超過提示探測范圍則提示距離過大。
依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，該接收模塊采用 SPCE061A單片機(jī)。
依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，該超聲波傳感器采用SRF08超聲波測距芯片。
TDOA (time difference ofarrival)測距是通過計算兩種不同無線信號到達(dá)未知接收終端的時間差，再根據(jù)兩種信號傳播的速度來計算得到未知接收終端與發(fā)射終端的距離。它是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)測距方法中的一種，因其測距精度高，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方案中得到了較多的應(yīng)用。本發(fā)明利用超聲波傳感器和射頻傳感器結(jié)合TDOA測距原理， 檢測前方障礙物的距離，抗干擾能力強(qiáng)，測量準(zhǔn)確，精度達(dá)到1cm，并且能進(jìn)行語音播報以及數(shù)碼管顯示。另外，本發(fā)明采用kalman濾波的方法去除超聲波信號中的隨機(jī)噪聲，得到較好的估計值，減少盲區(qū)的產(chǎn)生。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有抗干擾能力強(qiáng)、無測量盲區(qū)、測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明產(chǎn)生波測距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明。
請參閱圖1，一種基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，包括超聲波傳感器I、射頻傳感器 2、第一發(fā)射模塊3、第二發(fā)射模塊4、接收模塊5、顯示模塊6和語音輸出模塊7。
超聲波傳感器I用以檢測障礙物信息，并將檢測到的信息發(fā)送至第一發(fā)射模塊3。 射頻傳感器2用以檢測障礙物信息，并將檢測到的信息發(fā)送至第二發(fā)射模塊4。第一發(fā)射模塊3和第二發(fā)射模塊4用以將接收到的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并發(fā)送至接收模塊5，且第一發(fā)射模塊3還包括一 Kalman濾波器，用以去除超聲波信號中的隨機(jī)噪聲，得到較好的估計值。 接收模塊5分別與第一發(fā)射模3塊和第二發(fā)射模塊4連接，用以對接收到的數(shù)字信號進(jìn)行比較，得到第一發(fā)射模塊3和第二發(fā)射模塊4發(fā)射出的信號的到達(dá)時間差，并計算出障礙物距離，其進(jìn)一步包括
接收單元51 :分別與第一發(fā)射模塊3和第二發(fā)射模塊4連接，用以接收第一發(fā)射模塊3和第二發(fā)射模塊4發(fā)出的數(shù)字信號并發(fā)送至處理單元52。
處理單元52 :與接收單元51連接，用以對接收到的數(shù)字信號進(jìn)行處理，計算超聲波信號和射頻信號的到達(dá)時間差，得到障礙物距離，并根據(jù)計算結(jié)果發(fā)送提示信息至輸出單元53。
輸出單元53 :用以接收提示信息，并將提示信息發(fā)送至顯示模塊6和語音輸出模塊7。
顯示模塊6與輸出單元53連接，用以接收提示信息，根據(jù)提示信息給出視覺提醒并顯示障礙物距離。語音輸出模塊7與輸出單元53連接，用以接收提示信息，并根據(jù)提示信息輸出語音提示障礙物距離。
進(jìn)一步的，顯示模塊6包括LED發(fā)光二極管和8位數(shù)碼管，LED發(fā)光二極管用以顯示探測范圍內(nèi)是否有障礙物，若在探測范圍內(nèi)有障礙物，LED發(fā)光二極管以一定頻率閃爍， 且閃爍的頻率以距離確定，距離越近頻率越高。8位數(shù)碼管用以顯示障礙物距離，且數(shù)碼管中第二位為小數(shù)點(diǎn)位，小數(shù)點(diǎn)前一位，小數(shù)點(diǎn)后6位。語音輸出模塊7提示的探測范圍為 (Tl. 6m,若超過提示探測范圍則提示距離過大。
更進(jìn)一步地，接收模塊5采用SPCE061A單片機(jī)；超聲波傳感器I采用SRF08超聲波測距芯片。
本發(fā)明的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)開機(jī)上電后自動運(yùn)行，也可設(shè)置開關(guān)測距鍵，按下測距鍵后自動運(yùn)行開始測距，當(dāng)在前方(Tl. 6m范圍內(nèi)有障礙物時，可以播報障礙物的距離，并且LED發(fā)光二極管閃爍，閃爍頻率越高距離越近，距離顯示在8位數(shù)碼管上。當(dāng)出現(xiàn)測量超時或外部中斷時，系統(tǒng)會自動進(jìn)行中斷處理，并重新啟動測量。
本發(fā)明利用超聲波傳感器和射頻傳感器結(jié)合TDOA測距原理，檢測前方障礙物的距離，抗干擾能力強(qiáng)，測量準(zhǔn)確，精度達(dá)到I cm,并且能進(jìn)行語音播報以及數(shù)碼管顯示。另外， 本發(fā)明采用kalman濾波的方法去除超聲波信號中的隨機(jī)噪聲，得到較好的估計值，減少盲區(qū)的產(chǎn)生。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有抗干擾能力強(qiáng)、無測量盲區(qū)、測量精度高、且操作簡單，性價比高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施實(shí)例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制， 任何未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施實(shí)例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于，包括超聲波傳感器、射頻傳感器、第一發(fā)射模塊、第二發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊和語音輸出模塊，其中， 所述超聲波傳感器用以檢測障礙物信息，并將檢測到的信息發(fā)送至所述第一發(fā)射模塊； 所述射頻傳感器用以檢測障礙物信息，并將檢測到的信息發(fā)送至所述第二發(fā)射模塊； 所述第一發(fā)射模塊分別與所述超聲波傳感器和接收模塊連接，用以將接收到的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并發(fā)送至所述接收模塊； 所述第二發(fā)射模塊分別與所述射頻傳感器和接收模塊連接，用以將接收到的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并發(fā)送至所述接收模塊； 所述接收模塊分別與所述第一發(fā)射模塊和第二發(fā)射模塊連接，用以對接收到的數(shù)字信號進(jìn)行比較，得到所述第一發(fā)射模塊和第二發(fā)射模塊發(fā)射出的信號的到達(dá)時間差，并計算出障礙物距離；其進(jìn)ー步包括接收單元、處理單元和輸出單元，其中 所述接收単元分別與所述第一發(fā)射模塊和第二發(fā)射模塊連接，用以接收所述第一發(fā)射模塊和第二發(fā)射模塊發(fā)出的數(shù)字信號并發(fā)送至所述處理単元； 所述處理単元與所述接收單元連接，用以對接收到的數(shù)字信號進(jìn)行處理，計算超聲波信號和射頻信號的到達(dá)時間差，得到障礙物距離，井根據(jù)計算結(jié)果發(fā)送提示信息至所述輸出單元； 所述輸出単元用以接收提示信息，并將提示信息發(fā)送至顯示模塊和語音輸出模塊； 所述顯示模塊與所述輸出單元連接，用以接收提示信息，根據(jù)提示信息給出視覺提醒并顯示障礙物距離； 所述語音輸出模塊與所述輸出單元連接，用以接收提示信息，并根據(jù)提示信息輸出語音提示障礙物距離。
2.如權(quán)利要求I所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于，所述第一發(fā)射模塊包括一 Kalman濾波器，用以去除超聲波信號中的隨機(jī)噪聲，得到較好的估計值。
3.如權(quán)利要求I所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示模塊包括一 LED發(fā)光二極管，用以顯示探測范圍內(nèi)是否有障礙物，若在探測范圍內(nèi)有障礙物，所述LED發(fā)光二極管以一定頻率閃爍，且閃爍的頻率以距離確定，距離越近頻率越高。
4.如權(quán)利要求I所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示模塊包括8位數(shù)碼管，用以顯示障礙物距離。
5.如權(quán)利要求4所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于，所述8為數(shù)碼管中第二位為小數(shù)點(diǎn)位。
6.如權(quán)利要求I所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于，所述語音輸出模塊提示的探測范圍為(Tl. 6m,若超過提示探測范圍則提示距離過大。
7.如權(quán)利要求I所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于，所述接收模塊采用SPCE061A單片機(jī)。
8.如權(quán)利要求I所述的基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波傳感器采用SRF08超聲波測距芯片。
全文摘要
一種基于TDOA的超聲波測距系統(tǒng)，包括超聲波傳感器、射頻傳感器、第一發(fā)射模塊、第二發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊和語音輸出模塊，超聲波傳感器與第一發(fā)射模塊連接，射頻傳感器與第二發(fā)射模塊連接，接收模塊分別與第一發(fā)射模塊和第二發(fā)射模塊連接，顯示模塊和語音輸出模塊分別與接收模塊連接。本發(fā)明具有抗干擾能力強(qiáng)、無測量盲區(qū)、測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01S11/16GK102981159SQ20121045489
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者胡潔, 黃海清, 戚進(jìn), 谷朝臣, 劉超 申請人:上海交通大學(xué)