[发明专利]一种基于多传感器的移动小车避障和定位系统及方法

权利要求书

1.一种适用于多传感器的移动小车避障和定位系统，其特征在于：包括一辆移动小车，移动小车包括移动小车本体、一个超声波模块、两个红外模块和一个ZigBee模块，所述的移动小车本体用于小车的运动控制，所述的超声波模块用于避开小车前方的障碍物，所述的红外模块用于避开小车左右两侧的障碍物，所述的ZigBee模块用于接收和发送ZigBee信号；

所述移动小车避障和定位系统还包括四个定位节点和一个协调节点，且每个定位节点位于定位系统中的位置各不相同，每个定位节点包括一个ZigBee模块、一个稳压模块和一块电池，所述的ZigBee模块用于接收和发送ZigBee信号，所述的稳压模块用于将电池的电压降压到ZigBee模块适用的电压，所述的电池用于提供ZigBee模块工作所需的电源；

所述协调节点包括一个ZigBee模块，所述的协调节点用于计算移动小车的位置坐标，协调节点通过有线串口与计算机相连，计算机通过上位机软件实时显示小车的位置坐标。

2.一种如权利要求1所述的适用于多传感器的移动小车避障和定位系统实现的移动小车避障和定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)定义每个ZigBee节点的设备ID；

步骤2)将移动小车、定位节点和协调节点上的ZigBee进行组网；

步骤3)组网成功后，四个定位节点分别从距离移动小车设定距离处多次发送ZigBee信号给移动小车，移动小车通过测得信号的强度值计算出各个分段的路径损耗指数，随后每个定位节点将采用修正后的路径损耗指数；

步骤4)修正路径损耗指数之后，四个定位节点周期性地发送ZigBee信号给移动小车，移动小车根据分段的无线电传输路径损耗模型计算得到与四个定位节点的相对距离，并发送给协调节点；

步骤5)协调节点采用加权最小二乘定位方法计算出移动小车的坐标，并通过有线串口发送给计算机，计算机中上位机实时显示移动小车的位置坐标。

3.如权利要求2所述的移动小车避障和定位方法，其特征在于：在步骤2)中，采用组播的模式进行ZigBee网络的组网，采用组播的方式防止外来ZigBee信号的干扰。

4.如权利要求2或3所述的移动小车避障和定位方法，其特征在于：在步骤3)中，采用的无线电传输路径损耗模型，通过以下公式获得：

RSSI＝A-10nlg(d)(1)

其中，RSSI表示接收端ZigBee信号的强度，单位为分贝毫伏，A表示距离发送端1米处ZigBee信号的强度，单位为分贝毫伏，d表示接收端离发送端的直线距离，单位为米，n表示一个与环境有关路径损耗指数；通过测得距离移动小车60厘米、100厘米、120厘米、150厘米处ZigBee信号的强度，通过公式计算得到对应路径段0-60厘米、60-120厘米、120-150厘米、150厘米以上的路径损耗指数。

5.如权利要求4所述的移动小车避障和定位方法，其特征在于：在步骤5)中，定位节点的坐标分别为(x_i,y_i),i＝1,2,…,k，定位节点到移动小车的距离分别用r_i,i＝1,2,…,k表示，k表示定位节点的数量，移动小车的位置通过下式获得：

$\hat{x}={\left(A^{T}WA\right)}^{-1}{A}^{T}Wb---\left(2\right)$

其中

表示移动小车坐标，加权矩阵W为对称正定矩阵，其对角线元素为各个定位节点离移动小车直线距离的倒数。