本发明涉及超声波领域，特别涉及一种基于超声波测距技术的智能测距系统及方法。
背景技术：
超声波定位作为一种常用的定位方法被广泛的引用于各个领域，其造价低，定位简单。超声波定位系统可用于一定范围的无接触定位，定位精度可达1cm。由于超声波的传播受环境影响较大，故不推荐在室外使用。在实际应用中根据环境和具体要求其应用电路可作适当改进。例如可以将编码信号直接加入到超声波信号中，这样的系统可直接用于对象的识别。为了增加接收灵敏度，还可以采用类似雷达天线的反射装置。
但由于超声波定位相较于GPS定位来说，其准确性相差较远，所以在某些情况下，超声波定位并不适用；但同样的，对于一些需要定位非本地地址的目标地址时，GPS定位则无法很好的启动作用，因此研发一种能够兼具两种优点的系统将具有很高的实用性。
技术实现要素：
鉴于此，本发明提供了一种基于超声波测距技术的智能测距系统及方法，本发明具有定位准确、实现远距离定位和具备三维定位功能等优点。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于超声波测距技术的智能测距系统，其特征在于，所述系统包括：用于产生中央处理器时钟频率的外部晶振；所述外部晶振信号连接于用于处理系统数据信息的中央处理器；所述中央处理器分别信号连接于发射超声波信号的超声波发射头、用于连接外部调试机的调试接口、用于定位的定位单元以及用于对接收到的超声波进行处理的超声波接收处理单元。
所述超声波接收处理单元包括：接收返回超声波的超声波接收头；所述超声波接收头信号连接于对接收到的信号进行放大的信号放大器；所述信号放大器信号连接于用于带通滤波的带通滤波器；所述带通滤波器信号连接于用于对电压进行比较的电压比较器；所述电压比较器信号连接于中央处理器。
所述定位单元包括：气压计、温度传感器、微处理器和GPS定位单元；所述气压计和温度传感器分别信号连接于微处理器；所述气压计，用于获取气压数据信息；所述温度传感器，用于获取温度数据信息；所述微处理信号连接于用于GPS定位的GPS定位单元，用于对接收到的数据信息进行处理，将处理后的结果发送至中央处理器。
所述中央处理器包括：阈值选取单元、发射波生成单元、接收波检波单元和数据融合单元；所述发射波生成单元，用于在超声波发射头上施加矩形脉冲电压，进而生成发射波通过超声波发射头发射出去；所述阈值选取单元，用于针对不同的测量情况进行阈值选取，提升系统的精度；所述接收波检波单元，用于对接收波进行检波；所述数据融合单元，用于对接收到的数据信息进行数据融合，得出最终的测距结果。
所述数据融合单元包括：高度计算单元、距离计算单元和坐标生成单元；所述距离计算单元用于根据发射波和接收波的数据信息，进行距离计算；所述高度计算单元，用于根据温度计和气压计的数据信息计算目标地址的高度信息。
一种基于超声波测距技术的智能测距系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：系统初始化，选取阈值，中央处理器根据选区的阈值在超声波发射头施加矩形脉冲电压，超声波发射头发出发射波；
步骤2：超声波接收头对接收到的超声波进行放大、带通滤波和检波处理后发送至中央处理器；中央处理器接收到接收波后，进行距离计算，得出距离计算结果。
步骤3：中央处理器从定位单元中获取温度数据信息和气压数据信息，根据数据信息进行高度计算，得出高度计算的结果；
步骤4：中央处理器从定位单元中获取GPS定位结果；
步骤5：中央处理器根据高度结果、GPS定位结果和距离计算结果进行数据融合，得出最终的结果。
所述高度计算单元对高度的计算方法包括以下步骤：
步骤1：中央处理器发送复位命令；
步骤2：发送温度ADC命令，延时10ms后，发送读取温度ADC命令，获得温度值W1；
步骤3：发送气压ADC命令，延时10ms后，发送读取气压ADC命令，获得气压值W2；然后计算补偿后的气压值；
步骤4：根据补偿后的气压值，按照如下公式进行高度计算：
;
其中， =288.15K，是 对应高度下的温度下限值； ,是温度的垂直变化率；
，是 对应的高度； ，是 对应高度下的气压下限值； ，是气体常数； ，是海平面重力加速度。
所述中央处理器进行数据融合的方法包括以下步骤：
步骤1：根据GPS定位结果和距离信息得出目标地址的经纬度；
步骤2：根据高度计算结果得出目标地址的高度。
采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：
1、结构简单，成本低：本发明的基于超声波的测距定位系统结构简单，定位、超声波单元可以独立生产制造，为工业化生产制造提供了便利大大降低了系统的成本。
2、准确性高：本发明在接受超声波时，对超声波进行了放大和带通滤波，去除了部分噪声信号，保证接收信号的准确度，提升了系统的准确性。
3、远距离定位：本发明的定位系统通过超声波测量目标地址和源地址的距离得出目标地址的经纬度，实现了远距离定位目标地址的功能。
采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：
1、定位准确：本发明的定位中对于高度的定位，采用了补偿矫正算法，同时对于超声波测量距离中，采用了各种滤波器和放大器保证信号的完整和有用性，大大提升了系统的准确性。
2、具备远距离定位功能：本发明的定位系统能够定位远距离目标点的坐标，针对自己的坐标地址得出精确的目标经纬度，保证了定位的精准。
3、具备三维定位功能：本发明除了能够定位经纬度以外，还能定位目标地点的高度，得出高度信息，使得定位的结果更加详细，效果更好。
4、适用性广：本发明能够进行阈值选择，针对不同的情况，选择不同的阈值可以进行提升系统定位和测量的准确性。
附图说明
图1是本发明的一种基于超声波测距技术的智能测距系统及方法的系统结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明实施例1中提供了一种基于超声波测距技术的智能测距系统，系统结构如图1所示：
一种基于超声波测距技术的智能测距系统，其特征在于，所述系统包括：用于产生中央处理器时钟频率的外部晶振；所述外部晶振信号连接于用于处理系统数据信息的中央处理器；所述中央处理器分别信号连接于发射超声波信号的超声波发射头、用于连接外部调试机的调试接口、用于定位的定位单元以及用于对接收到的超声波进行处理的超声波接收处理单元。
所述超声波接收处理单元包括：接收返回超声波的超声波接收头；所述超声波接收头信号连接于对接收到的信号进行放大的信号放大器；所述信号放大器信号连接于用于带通滤波的带通滤波器；所述带通滤波器信号连接于用于对电压进行比较的电压比较器；所述电压比较器信号连接于中央处理器。
所述定位单元包括：气压计、温度传感器、微处理器和GPS定位单元；所述气压计和温度传感器分别信号连接于微处理器；所述气压计，用于获取气压数据信息；所述温度传感器，用于获取温度数据信息；所述微处理信号连接于用于GPS定位的GPS定位单元，用于对接收到的数据信息进行处理，将处理后的结果发送至中央处理器。
所述中央处理器包括：阈值选取单元、发射波生成单元、接收波检波单元和数据融合单元；所述发射波生成单元，用于在超声波发射头上施加矩形脉冲电压，进而生成发射波通过超声波发射头发射出去；所述阈值选取单元，用于针对不同的测量情况进行阈值选取，提升系统的精度；所述接收波检波单元，用于对接收波进行检波；所述数据融合单元，用于对接收到的数据信息进行数据融合，得出最终的测距结果。
所述数据融合单元包括：高度计算单元、距离计算单元和坐标生成单元；所述距离计算单元用于根据发射波和接收波的数据信息，进行距离计算；所述高度计算单元，用于根据温度计和气压计的数据信息计算目标地址的高度信息。
本发明实施例2中提供了一种基于超声波测距技术的智能测距系统的方法，
一种基于超声波测距技术的智能测距系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：系统初始化，选取阈值，中央处理器根据选区的阈值在超声波发射头施加矩形脉冲电压，超声波发射头发出发射波；
步骤2：超声波接收头对接收到的超声波进行放大、带通滤波和检波处理后发送至中央处理器；中央处理器接收到接收波后，进行距离计算，得出距离计算结果。
步骤3：中央处理器从定位单元中获取温度数据信息和气压数据信息，根据数据信息进行高度计算，得出高度计算的结果；
步骤4：中央处理器从定位单元中获取GPS定位结果；
步骤5：中央处理器根据高度结果、GPS定位结果和距离计算结果进行数据融合，得出最终的结果。
所述高度计算单元对高度的计算方法包括以下步骤：
步骤1：中央处理器发送复位命令；
步骤2：发送温度ADC命令，延时10ms后，发送读取温度ADC命令，获得温度值W1；
步骤3：发送气压ADC命令，延时10ms后，发送读取气压ADC命令，获得气压值W2；然后计算补偿后的气压值；
步骤4：根据补偿后的气压值，按照如下公式进行高度计算：
;
其中， =288.15K，是 对应高度下的温度下限值； ,是温度的垂直变化率；
，是 对应的高度； ，是 对应高度下的气压下限值； ，是气体常数； ，是海平面重力加速度。
所述中央处理器进行数据融合的方法包括以下步骤：
步骤1：根据GPS定位结果和距离信息得出目标地址的经纬度；
步骤2：根据高度计算结果得出目标地址的高。
本发明实施例3中提供了一种基于超声波测距技术的智能测距系统及方法，系统结构如图1所示：
一种基于超声波测距技术的智能测距系统，其特征在于，所述系统包括：用于产生中央处理器时钟频率的外部晶振；所述外部晶振信号连接于用于处理系统数据信息的中央处理器；所述中央处理器分别信号连接于发射超声波信号的超声波发射头、用于连接外部调试机的调试接口、用于定位的定位单元以及用于对接收到的超声波进行处理的超声波接收处理单元。
所述超声波接收处理单元包括：接收返回超声波的超声波接收头；所述超声波接收头信号连接于对接收到的信号进行放大的信号放大器；所述信号放大器信号连接于用于带通滤波的带通滤波器；所述带通滤波器信号连接于用于对电压进行比较的电压比较器；所述电压比较器信号连接于中央处理器。
所述定位单元包括：气压计、温度传感器、微处理器和GPS定位单元；所述气压计和温度传感器分别信号连接于微处理器；所述气压计，用于获取气压数据信息；所述温度传感器，用于获取温度数据信息；所述微处理信号连接于用于GPS定位的GPS定位单元，用于对接收到的数据信息进行处理，将处理后的结果发送至中央处理器。
所述中央处理器包括：阈值选取单元、发射波生成单元、接收波检波单元和数据融合单元；所述发射波生成单元，用于在超声波发射头上施加矩形脉冲电压，进而生成发射波通过超声波发射头发射出去；所述阈值选取单元，用于针对不同的测量情况进行阈值选取，提升系统的精度；所述接收波检波单元，用于对接收波进行检波；所述数据融合单元，用于对接收到的数据信息进行数据融合，得出最终的测距结果。
所述数据融合单元包括：高度计算单元、距离计算单元和坐标生成单元；所述距离计算单元用于根据发射波和接收波的数据信息，进行距离计算；所述高度计算单元，用于根据温度计和气压计的数据信息计算目标地址的高度信息。
一种基于超声波测距技术的智能测距系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：系统初始化，选取阈值，中央处理器根据选区的阈值在超声波发射头施加矩形脉冲电压，超声波发射头发出发射波；
步骤2：超声波接收头对接收到的超声波进行放大、带通滤波和检波处理后发送至中央处理器；中央处理器接收到接收波后，进行距离计算，得出距离计算结果。
步骤3：中央处理器从定位单元中获取温度数据信息和气压数据信息，根据数据信息进行高度计算，得出高度计算的结果；
步骤4：中央处理器从定位单元中获取GPS定位结果；
步骤5：中央处理器根据高度结果、GPS定位结果和距离计算结果进行数据融合，得出最终的结果。
所述高度计算单元对高度的计算方法包括以下步骤：
步骤1：中央处理器发送复位命令；
步骤2：发送温度ADC命令，延时10ms后，发送读取温度ADC命令，获得温度值W1；
步骤3：发送气压ADC命令，延时10ms后，发送读取气压ADC命令，获得气压值W2；然后计算补偿后的气压值；
步骤4：根据补偿后的气压值，按照如下公式进行高度计算：
;
其中， =288.15K，是 对应高度下的温度下限值； ,是温度的垂直变化率；
，是 对应的高度； ，是 对应高度下的气压下限值； ，是气体常数； ，是海平面重力加速度。
所述中央处理器进行数据融合的方法包括以下步骤：
步骤1：根据GPS定位结果和距离信息得出目标地址的经纬度；
步骤2：根据高度计算结果得出目标地址的高度。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。