[发明专利]利用超声波测量物体位置的方法及装置

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种利用超声波测量物体位置的方法及装置，适用于机器人、多点触屏等领域。

二、背景技术：

超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。超声波的传播方式为直线传播，但遇到障碍物时会发生反射和绕射；频率越高，反射越强，绕射越弱。利用超声波定位往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制。

传统超声波定位装置常用发射角小的超声波发射器，模仿蝙蝠利用双耳接收时间差进行定位，此类装置大多只能对探测范围内的一个物体进行定位，并且当探测范围内有其他物体时，其定位结果容易受到干扰而不准确。

三、发明内容：

本发明根据现有技术情况，提供一种利用超声波测量物体位置的方法，该方法定位准确，可对有效探测范围内的两个或多个物体的位置。

本发明的另一目的是提供一种利用超声波测量物体位置的装置，该装置可对两个或多个物体进行定位。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

1、一种利用超声波测量物体位置的方法，该方法包括以下步骤：

1)先由TR1发送一段超声波，经物体反射后由TR1、TR2接收，并记录相应接收时间为t₁₁、t₁₂、t₁₃……，T₁₁、T₁₂、T₁₃……；

2)再由TR2发送一段超声波，经物体反射后由TR1、TR2接收，并记录相应接收时间为t₂₁、t₂₂、t₂₃……，T₂₁、T₂₂、T₂₃……；

3)是否满足T₁₁＝t₂₁、T₁₂＝t₂₂、T₁₃＝t₂₃……如不满足，将所测数据舍弃；

4)在t₁₁、t₁₂、t₁₃……找出一个数据x，在T₂₁、T₂₂、T₂₃……找出一个数据y，在t₂₁、t₂₂、t₂₃……中找出一个数据z，使x+y＝2*z，则由x、y和L构成一个三角形，即可确定一个物体的位置；

5)重复第4步，直到t₂₁、t₂₂、t₂₃……中数据全部用到，即可确定有效测量范围内的每个物体的位置。

本发明的超声波测量物体位置的装置：

包括处理信号用的单片机，至少两个超声波收发传感器，每个传感器通过收发电路与单片机相连。单片机控制超声波收发传感器轮流发送超声波，每个传感器接收到的超声波经收发电路放大整形后送至单片机进行处理。本装置利用12864型点阵液晶屏将物体位置显示出来，但液晶屏并不是必不可少，也可以利用TWI、USART等通信接口将探测信息传送至其他应用电路。

本装置采用Atmega16作为微控制器(也可以使用其他型号单片机)，使用定时器产生40KHz矩形波，基于中断的方式接收超声波信号，并在单片机内计算出物体位置。接收电路采用CX20106A对超声波信号进行放大整形，并具有滤除其他杂波的作用。

本方法可以同时探测出在有效探测范围内的两个或多个物体的位置，单片机可以计算出在有效测量范围内的每个物体与每个超声波收发传感器之间的距离，结合传感器与传感器之间的距离构成若干个三角形，继而确定物体位置。并且本装置可以使用廉价的发射角较大的超声波发射器，节约了仪器成本。

四、附图说明：

图1为超声波定位流程图。

图2作出物体可能的位置点。

图3作出物体可能的位置点。

图4确定物体位置点。

图5为装置有效测量区示意图。

图6为超声波收发电路图。

图7为单片机处理电路图。

图8为超声波处理程序流程图。

图中：TR1-超声波收发传感器1；TR2-超声波收发传感器2；L-TR1与TR2之间的距离；A、B-待测物体；D、E、F、G、H、I-物体可能的位置点。

五、具体实施方式：

1、超声波定位原理分析