【導(dǎo)讀】避開它們的缺點(diǎn)，如單獨(dú)的射頻識別定位精度不高、超聲波測距的覆蓋范圍有限。本系統(tǒng)具有快速定位和定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，并且能實(shí)現(xiàn)多個。人機(jī)和機(jī)器人的航跡規(guī)劃等。

　　

【正文】 15℃ )環(huán)境下 ，進(jìn)行試驗(yàn)。通過串口將數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 本實(shí)驗(yàn)先在平面上實(shí)驗(yàn)最后擴(kuò)展到三維。 測量距離為 324cm時的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 通過對同以平面上的一個點(diǎn)進(jìn)行 100 次測量， 把得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪成圖，圖形如下。 圖 51 測量距離為 324cm 數(shù)據(jù)折線圖 通過圖形分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)值基本在 320cm325cm之間，只有少數(shù)幾個值誤差較大。通過分析，對實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行改動，濾除最大值。得到如下圖 示。 圖 52 程序改后的測量數(shù)據(jù)折線圖 采 用平均值測距 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 平均值測距是基于前幾次試驗(yàn)的結(jié)論發(fā)現(xiàn)的，由于每次所測數(shù)值在實(shí)際值左右浮動，因此采用多次測距（每 8 次做一次平均）然后再做平均值得到數(shù)值如下。 圖 53 平均值法測量數(shù)據(jù)折線圖 三維定位 在實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)對一個已知點(diǎn)測距，結(jié)果如 表 51 示。 表 51 實(shí)際位置 （ x,y,z） 第一次測量 第二次測量 第三次測量 第四次測量 （ 35， 25， 5） （ 37， 23， 4） （ 34， 25， 6） （ 33， 24， 5） （ 36， 24， 4） （ 20， 40， 5） （ 21， 42， 7） （ 19， 41， 6） （ 22， 40， 7） （ 20， 41， 4） （ 30， 25， 10） (28， 27， 9) （ 30， 23， 9） （ 29， 24， 11） （ 32， 26， 8） （ 27， 27， 27） （ 25， 26， 28） （ 26， 25， 29） （ 27， 29， 25） （ 28， 26， 27） 通過對定位數(shù)據(jù)的分析， 測量結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相近卻不相同。但是測量結(jié)果比較穩(wěn)定 ,具有一定的重復(fù)性。通過合理算法進(jìn)一步提高測量精度。 誤差分析 本系統(tǒng)存有誤差，導(dǎo)致測量結(jié)果與實(shí)際結(jié)果不相同，產(chǎn)生誤差原因有兩個關(guān)鍵因素： 溫度 溫度對超聲波的傳播速度有很大的影 響。在空氣中聲速用式 51 來表示 **RTC M?? (51) 式中 R－ 氣體普適常數(shù)。 λ－ 氣體定壓熱容與定容熱容的比值 。 M－ 氣體分子量 。 T－ 氣體的絕對溫度 。 在通常情況下 ， 上式中 R、 λ、 M 對超聲波在空氣中的傳播速度影響不大 ，長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 可視為常量看待 。 因此 ， 我們只需要研究溫度對聲速的影響 。 表 52 列出了幾種不同溫度時的聲速 。 表 52 溫度 － 20 － 10 0 10 20 30 100 速度 319 325 323 338 344 349 386 如果只考慮溫度對聲速的影響，同過對公式 51 的分析可知，聲速對應(yīng)溫度的變化率為 %/℃ 。即溫度每變化 10℃ 聲速改變了約 %。如果按照相同聲速來計(jì)算，測量距離也會隨之改變 %。在本系統(tǒng)中，在硬件電路中采用 18B20對溫度進(jìn)行補(bǔ)償。 射頻同步 射頻同步是本系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)，本系統(tǒng)采用 cc2430 無線模塊實(shí)現(xiàn)射頻同步，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量，發(fā)現(xiàn)在射頻同步方面存在延時。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)延時是固定的，為 1ms，通過在軟件設(shè)計(jì)上加以補(bǔ)償可以減小誤差。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第 6 章 總結(jié)與 展望 全文總結(jié) 超聲測距技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)與國防中有著廣泛的應(yīng)用，用多傳感器組合測距，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的空間定位與運(yùn)動跟蹤。本文主要在室內(nèi)超聲波定位技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹。本文著重介紹了一種基于 CDMA 室內(nèi)超聲波三維定位技術(shù)，并且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方案。通過誤差分析提出改進(jìn)方案。 本論文首先介紹了關(guān)于室內(nèi)定位的國內(nèi)外現(xiàn)狀，通過對這些技術(shù) 的簡單介紹，最后確定用超聲波做室內(nèi)定位。通過對超聲波定位原理的介紹，我選擇了采用類GPS 的 超聲波定位方 式。綜合超聲波的定位算法，我采用了 TDOA 測距方法。由于目標(biāo)節(jié)點(diǎn) 會接 到多個信標(biāo)發(fā) 來的超聲波，為了區(qū)分不同信標(biāo)發(fā)送來的超聲波，我們采用 CDMA 技術(shù)，通過擴(kuò)頻通信最后區(qū)分不同信標(biāo)發(fā)送來的超聲波，完成最終定位。本論文通過軟件仿真，把信號的發(fā)送 （調(diào)制）、 以及接受 （解調(diào)） 的過程做了仿真，說明本論文在理論上是可以實(shí)現(xiàn)三維定位的。 接著通過硬件設(shè)計(jì)，完成中心站、信標(biāo)、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)等硬件電路設(shè)計(jì)，最后組成定位系統(tǒng)。本系統(tǒng)可達(dá)到以下指標(biāo)： （ 1）測試范圍： ≤4*4*3m3/50 個信標(biāo)； （ 2）刷新率： ≥20 次 /秒； （ 3）靜態(tài)定位精度： ≤2cm； （ 4）動態(tài)定位精度： ≤15cm(移動物體的速度 ≤3m/s) 展望 經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)的總結(jié)，本設(shè)計(jì)涉及到硬件、軟件等多方面的知識，由于本人理論水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有限 以及時間上的限制。 所完成的工作是很初步的，有些地方可以進(jìn)一步完善與改進(jìn)，如： （ 1）、超聲波發(fā)射與接收電路均可采用專用集成芯片完成。這樣的適當(dāng)改進(jìn)可以簡化電路、會消除由分立元件帶來的隨機(jī)誤差，進(jìn)一步提高測量精度。 （ 2）、對動態(tài)物體的定位的精度提高也是亟待解決的問題。 （ 3）、軟件方面還可以進(jìn)一步優(yōu)化以便提高測量精度。例如進(jìn)一步排除溫度、濕度、氣壓等對聲速的影響，硬件電路的反應(yīng)速度以及射頻同步對超聲波傳播時間的影 響。 （ 4）、本設(shè)計(jì)中還未深入研究多徑問題、多普勒效應(yīng)、人為噪聲等可能影響本系統(tǒng)的定位精度。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 致謝 深深的感謝楊陽老師 以高尚的思想情操 、 嚴(yán)謹(jǐn)求學(xué)的治學(xué)態(tài)度 、 淵博的學(xué)識 、循循善誘的教導(dǎo)方式和為人師表的風(fēng)范 ， 使我受益匪淺 。 并將永遠(yuǎn)激勵我奮發(fā)向上 。 在課題研究過程中 ,得到了 楊陽 老師 和肖金紅師兄 悉心的指導(dǎo)與幫助 。 值此論文完成之際 ， 謹(jǐn)再一次向尊敬的楊老師 和 肖金紅 師兄 表示衷心的感謝 ， 并致以崇高的敬意 。 同時也向這四年來一直教導(dǎo)我的老師們致以最衷心的感謝。 感謝實(shí)驗(yàn)室所有師兄，在學(xué)習(xí)中給予我很多的幫助 。 最后，我還要衷心 的感謝我的家人，是他們在我學(xué)習(xí)、工作和生活中不斷的給予理解、支持和幫助，正是他們的無私奉獻(xiàn)才使我順利地度過了十幾年的學(xué)習(xí)生涯。 謝謝 ！ 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 參考文獻(xiàn) [1] 王福東 ． 超聲波定位系統(tǒng)的原理與應(yīng)用 [J]． 自動化與儀表 ． 1998， 3（ 3） ： 1517． [2] 李娟 ， 唐小超 ， 葛立峰基 ． 于 CC1101 射頻技術(shù)的室內(nèi)超聲定位系統(tǒng) [J]． 自動化與儀表20xx， 6： 14． [3] 祝思文 ． 基于寬 帶超聲傳感器的室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究 [J]． 檢測技術(shù)與自動化裝置 ． 20xx，9： 79． [4] 苑寶玉 ． 超聲波室內(nèi)定位技術(shù) [D]． 長春理工大學(xué)碩士論文 ． 20xx 年 3 月 ． [5] 謝亞琴 ， 張業(yè)榮 ． 基于信號到達(dá)時間的 UWB 定位算法 [J]． 南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 )， 20xx， 27(3):7175． [6] 王碧波．室內(nèi)精確定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［ D］．北京：清華大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 ． 20xx． [7] 劉豐華 ， 張遠(yuǎn)見 ， 吳永輝 ． 無線局域定位系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì) [J]． 電子產(chǎn)品世界 ， 20xx 年 ，4(19):7680． [8] 王艷燕 ． CDMA 系統(tǒng)中的無線定位技術(shù)研究 [D]． 哈爾濱工程大學(xué)碩士論文 ． 20xx 年 12月 ． [9] 沈劍峰 ， 王宗欣 ． 室內(nèi) CDMA 用戶定位方法研究 [J]． 復(fù)旦大學(xué)報(bào)， 20xx， 24（ 1）： 3639． [10] 徐巧勇 ， 陳浩珉 ， 王宗欣 ． DS2UWB 定位系統(tǒng)傳輸時延估計(jì) [J]． 復(fù)旦學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 )，20xx， 43(1):92~96． [11] 王洋 ， 王忠基 ．基 于 CC2431 的無線定位系統(tǒng) [J]． 通信技術(shù)， 20xx， 42(9)： 190192． [12] 林玉書 ． 超聲換能器的原理及設(shè)計(jì) [M]． 北京： 科學(xué)出版社， 20xx 年 ． [13] 周窘槃 ， 龐沁華 ， 續(xù)大我 ． 通信原理 [M]． 北京： 北京郵電大學(xué)出版社 ， 20xx 年 ． [14] 紹佳 ， 董辰輝 ． MATLAB/Simulink 通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例精講 [M]． 北京： 電子工業(yè)出版社 ， 20xx 年 ． [15] 魯琦，受國華 ． 基于單片機(jī)的紅外超聲室內(nèi)定位系統(tǒng) [J]． 微處理機(jī)， 20xx， 4（ 2）： 89． [16] 趙軍 ． 基于射頻信號強(qiáng)度的零配置室內(nèi)定位系統(tǒng) [D]． 浙江大學(xué) ， 20xx． [17] 唐煒 ． 基于 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)的定位服務(wù)研究和應(yīng) 用 [D]． 浙江大學(xué)， 20xx． [18] Cli Randell and Henk Muller． Low cost indoor positioning system Department of Computer Science, University of Bristol, UK, 20xx． [19] Want R, Hopper A, Falcao V． The Active Badge Location System, ACM Transaction on Information Systems, October 1992． [20] Ward A， Jones A， Hopper A． A New Location Technique for the Active Office,． IEEE Personal Communication, April 1997． [21] P. 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