基于TDOA的超声波测距系统技术方案

一种基于TDOA的超声波测距系统，包括：超声波传感器、射频传感器、第一发射模块、第二发射模块、接收模块、显示模块和语音输出模块，超声波传感器与第一发射模块连接，射频传感器与第二发射模块连接，接收模块分别与第一发射模块和第二发射模块连接，显示模块和语音输出模块分别与接收模块连接。本发明专利技术具有抗干扰能力强、无测量盲区、测量精度高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声波测距领域，具体涉及一种基于TDOA的超声波测距系统。
技术介绍
超声波测距广泛用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。由于超声波测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境(如含粉尘)下具有一定的适应能力，因此，用途极为广泛。目前市场上普遍使用的超声波测距仪采用的超声波测距方案为已知发射功率，在接收节点测量接收功率，计算传播损耗得到测量距离。然而，该种超声波测距仪的抗干扰能力差，虽然在实验环境中特性表现良好，但是在现实环境中，温度障碍物和传播模式等条件往往都是变化的，使得超声波信号受到的干扰影响较大，影响测量的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于TDOA的超声波测距系统，以解决现有超声波测距仪抗干扰能力差、测量准确性低的技术问题。为达到上述目的，本专利技术提供一种基于TDOA的超声波测距系统，包括超声波传感器、射频传感器、第一发射模块、第二发射模块、接收模块、显示模块和语音输出模块，其中，超声波传感器用以检测障碍物信息，并将检测到的信息发送至第一发射模块；射频传感器用以检测障碍物信息，并将检测到的信息发送至第二发射模块；第一发射模块分别与超声波传感器和接收模块连接，用以将接收到的信息转化为数字信号并发送至接收模块；第二发射模块分别与射频传感器和接收模块连接，用以将接收到的信息转化为数字信号并发送至接收模块；接收模块分别与第一发射模块和第二发射模块连接，用以对接收到的数字信号进行比较，得到第一发射模块和第二发射模块发射出的信号的到达时间差，并计算出障碍物距离；其进一步包括接收单元、处理单元和输出单元，其中接收单元分别与第一发射模块和第二发射模块连接，用以接收第一发射模块和第二发射模块发出的数字信号并发送至处理单元；处理单元与接收单元连接，用以对接收到的数字信号进行处理，计算超声波信号和射频信号的到达时间差，得到障碍物距离，并根据计算结果发送提示信息至输出单元；输出单元用以接收提示信息，并将提示信息发送至显示模块和语音输出模块；显示模块与输出单元连接，用以接收提示信息，根据提示信息给出视觉提醒并显示障碍物距离；语音输出模块与输出单元连接，用以接收提示信息，并根据提示信息输出语音提示障碍物距离。依照本专利技术较佳实施例所述的基于TDOA的超声波测距系统，该第一发射模块包括一 Kalman滤波器，用以去除超声波信号中的随机噪声，得到较好的估计值。依照本专利技术较佳实施例所述的基于TDOA的超声波测距系统，该显示模块包括一 LED发光二极管，用以显示探测范围内是否有障碍物，若在探测范围内有障碍物，LED发光二极管以一定频率闪烁，且闪烁的频率以距离确定，距离越近频率越高。依照本专利技术较佳实施例所述的基于TDOA的超声波测距系统，该显示模块包括8位数码管，用以显示障碍物距离。依照本专利技术较佳实施例所述的基于TDOA的超声波测距系统，该8为数码管中第二位为小数点位。依照本专利技术较佳实施例所述的基于TDOA的超声波测距系统，该语音输出模块提示的探测范围为(Tl. 6m,若超过提示探测范围则提示距离过大。依照本专利技术较佳实施例所述的基于TDOA的超声波测距系统，该接收模块采用 SPCE061A单片机。依照本专利技术较佳实施例所述的基于TDOA的超声波测距系统，该超声波传感器采用SRF08超声波测距芯片。TDOA (time difference ofarrival)测距是通过计算两种不同无线信号到达未知接收终端的时间差，再根据两种信号传播的速度来计算得到未知接收终端与发射终端的距离。它是无线传感器网络节点测距方法中的一种，因其测距精度高，在无线传感器网络定位方案中得到了较多的应用。本专利技术利用超声波传感器和射频传感器结合TDOA测距原理， 检测前方障碍物的距离，抗干扰能力强，测量准确，精度达到1cm，并且能进行语音播报以及数码管显示。另外，本专利技术采用kalman滤波的方法去除超声波信号中的随机噪声，得到较好的估计值，减少盲区的产生。因此，与现有技术相比，本专利技术具有抗干扰能力强、无测量盲区、测量精度高的优点。附图说明图I为本专利技术产生波测距系统的结构原理图。具体实施方式以下结合附图，具体说明本专利技术。请参阅图1，一种基于TDOA的超声波测距系统，包括超声波传感器I、射频传感器 2、第一发射模块3、第二发射模块4、接收模块5、显示模块6和语音输出模块7。超声波传感器I用以检测障碍物信息，并将检测到的信息发送至第一发射模块3。 射频传感器2用以检测障碍物信息，并将检测到的信息发送至第二发射模块4。第一发射模块3和第二发射模块4用以将接收到的信息转化为数字信号并发送至接收模块5，且第一发射模块3还包括一 Kalman滤波器，用以去除超声波信号中的随机噪声，得到较好的估计值。 接收模块5分别与第一发射模3块和第二发射模块4连接，用以对接收到的数字信号进行比较，得到第一发射模块3和第二发射模块4发射出的信号的到达时间差，并计算出障碍物距离，其进一步包括接收单元51 :分别与第一发射模块3和第二发射模块4连接，用以接收第一发射模块3和第二发射模块4发出的数字信号并发送至处理单元52。处理单元52 :与接收单元51连接，用以对接收到的数字信号进行处理，计算超声波信号和射频信号的到达时间差，得到障碍物距离，并根据计算结果发送提示信息至输出单元53。输出单元53 :用以接收提示信息，并将提示信息发送至显示模块6和语音输出模块7。显示模块6与输出单元53连接，用以接收提示信息，根据提示信息给出视觉提醒并显示障碍物距离。语音输出模块7与输出单元53连接，用以接收提示信息，并根据提示信息输出语音提示障碍物距离。进一步的，显示模块6包括LED发光二极管和8位数码管，LED发光二极管用以显示探测范围内是否有障碍物，若在探测范围内有障碍物，LED发光二极管以一定频率闪烁， 且闪烁的频率以距离确定，距离越近频率越高。8位数码管用以显示障碍物距离，且数码管中第二位为小数点位，小数点前一位，小数点后6位。语音输出模块7提示的探测范围为 (Tl. 6m,若超过提示探测范围则提示距离过大。更进一步地，接收模块5采用SPCE061A单片机；超声波传感器I采用SRF08超声波测距芯片。本专利技术的基于TDOA的超声波测距系统开机上电后自动运行，也可设置开关测距键，按下测距键后自动运行开始测距，当在前方(Tl. 6m范围内有障碍物时，可以播报障碍物的距离，并且LED发光二极管闪烁，闪烁频率越高距离越近，距离显示在8位数码管上。当出现测量超时或外部中断时，系统会自动进行中断处理，并重新启动测量。本专利技术利用超声波传感器和射频传感器结合TDOA测距原理，检测前方障碍物的距离，抗干扰能力强，测量准确，精度达到I cm,并且能进行语音播报以及数码管显示。另外， 本专利技术采用kalman滤波的方法去除超声波信号中的随机噪声，得到较好的估计值，减少盲区的产生。因此，与现有技术相比，本专利技术具有抗干扰能力强、无测量盲区、测量精度高、且操作简单，性价比高等优点，可广泛用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施实例而已，并非对本专利技术做任何形式上的限制， 任何未脱离本专利技术技术方案的内容，依据本专利技术的技术实质对以上实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于TDOA的超声波测距系统，其特征在于，包括：超声波传感器、射频传感器、第一发射模块、第二发射模块、接收模块、显示模块和语音输出模块，其中，所述超声波传感器用以检测障碍物信息，并将检测到的信息发送至所述第一发射模块；所述射频传感器用以检测障碍物信息，并将检测到的信息发送至所述第二发射模块；所述第一发射模块分别与所述超声波传感器和接收模块连接，用以将接收到的信息转化为数字信号并发送至所述接收模块；所述第二发射模块分别与所述射频传感器和接收模块连接，用以将接收到的信息转化为数字信号并发送至所述接收模块；所述接收模块分别与所述第一发射模块和第二发射模块连接，用以对接收到的数字信号进行比较，得到所述第一发射模块和第二发射模块发射出的信号的到达时间差，并计算出障碍物距离；其进一步包括：接收单元、处理单元和输出单元，其中：所述接收单元分别与所述第一发射模块和第二发射模块连接，用以接收所述第一发射模块和第二发射模块发出的数字信号并发送至所述处理单元；所述处理单元与所述接收单元连接，用以对接收到的数字信号进行处理，计算超声波信号和射频信号的到达时间差，得到障碍物距离，并根据计算结果发送提示信息至所述输出单元；所述输出单元用以接收提示信息，并将提示信息发送至显示模块和语音输出模块；所述显示模块与所述输出单元连接，用以接收提示信息，根据提示信息给出视觉提醒并显示障碍物距离；所述语音输出模块与所述输出单元连接，用以接收提示信息，并根据提示信息输出语音提示障碍物距离。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡洁，黄海清，戚进，谷朝臣，刘超，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：