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采用超声波定位跟踪技术的全自动录播系统常见问题
采用超声波定位跟踪技术的一般包括5个子系统，分别为目标定位系统、多镜头切换式拍摄系统、全自动录播编辑系统、图像处理系统和一体化录播控制台。
这种采用超声波定位技术，定位精度较高，能够很好地支持板书区域的移动定位。一般要求教师佩戴无线麦克风，通过语音激励，驱动摄像机跟踪教师。这种录播系统要在课室后面安装多个固定摄像机，在黑板下沿安装超声波感应头，即一种超声波收发器，其有效作用距离在0.5~1米之间可调。当教师靠近黑板时，相应位置的超声波感应头检测到人体，立即触发相对应的摄像机拍摄画面，未检测到人体的其他板书摄像机则处于封闭状态；当教师进入另一区域时，相对应的摄像机就会拍摄教师。
采用这种跟踪定位技术的录播系统虽然摄像定位精确、画面清晰不都懂，但在实际使用中，常出现系统设备不稳定、兼容性不佳、超声波定位技术存在缺陷、一体化录播控制台按键缺陷等问题，给教师录制课程带来不便。
1、系统设备不稳定、兼容性不佳。设备不稳定，除了生产工艺等方面的问题外，主要还是在于录播系统核心设备的设计上的局限。
例如，录制课程性质不同的精品课程时，课程的设计及PPT课件要求也不尽相同。要根据每门课程的具体要求，对录播系统的参数进行设置，甚至要根据课件展现时间的长短进行参数设置，否则容易出现故障，有时还会导致服务器死机。教师用红外遥控器操控投影仪等设备时，也会造成录播设备故障，不能正常的切换。
2、超声波定位技术存在缺陷。虽然超声波定位技术具有稳定性高和抗干扰性强的特点，但由于课堂教学是一项常态的活动，教师经常会在教室中走动。如果教师贴着讲台很近的位置走下来，或站在超声波感应点的空隙，这时超声波定位系统就无法做出正确的判断、跟踪目标，造成视频切换故障，影响课程的录制效果。
3、一体化录播控制台按键缺陷。很多录播厂商把多媒体设备功能融合在一体化的录播控制台内，实现大部分教学功能都能通过一键式操作完成，但在实际操作中经常出现按键按不下去或音量旋钮法务控制的问题，导致课程不能正常录制。
文章来源：《山东师范大学学报（自然科学版）》-2013年z1期
本文关键词：
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400-862-0388超声波室内定位系统--《长春理工大学》2010年硕士论文
超声波室内定位系统
【摘要】：
本文主要介绍了一种基于超声波测距技术的室内定位系统的设计。超声波定位具有结构简单、实用性强、成本低、测距精准等优点,因此被广泛的应用到各个领域。
本文介绍了超声波技术的应用现状,说明了课题研究的内容和意义。详细的介绍了超声波传感器的特性,为本系统选择的传感器的应用提供了理论基础。阐述了系统设计的总体思路,硬件方面详细介绍了同步无线信号处理电路、超声波收发电路、温度补偿电路等等。软件方面主要介绍了室内定位的算法、主控机程序流程以及测量点处单片机程序结构。
本文还对实验结果进行了分析,对可能产生误差的原因进行了介绍,以此为基础,为提高系统的测量精度采取了相应措施。
【关键词】：
【学位授予单位】：长春理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2010【分类号】：O426.9【目录】：
ABSTRACT5-6
第一章 绪论7-11
1.2 超声波室内定位系统的应用现状7-9
1.3 课题研究的意义及内容9-11
第二章 超声波概述11-20
2.1 超声波及其物理性质11-13
2.2 超声波传感器13-20
第三章 超声波室内定位系统硬件电路设计20-38
3.1 无线收发模块设计21-26
3.2 超声波发射电路设计26-31
3.3 超声波接收电路设计31-34
3.4 温度测量电路34-35
3.5 串口通讯35-38
第四章 系统软件设计38-48
4.1 室内定位算法38-40
4.2 室内定位系统的主控机软件流程图40-41
4.3 单片机主程序结构41-42
4.4 单片机测温程序42-47
4.5 串口中断流程47-48
第五章 实验结果分析48-51
5.1 误差分析48-49
5.2 实验数据分析49-50
5.3 改进方法50-51
第六章 总结与展望51-52
参考文献53-54
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用于手机的超声波定位系统
来源：广搜网
公益为中国网民提供数字化信息
发布日期： 14:06:32
&&&&发明人：陈卓菲 李斌（摘要：一种用于手机的超声波定位系统，涉及移动设备定位技术领域，所解决的是提高定位精度的技术问题。该系统包括手机、定位服务器及多个超声波编码脉冲发射装置；所述超声波编码脉冲发射装置包括单片机、光耦隔离电路、放大电路及压电式超声波发射头；所述单片机设有一个脉冲信号输出端，其脉冲信号输出端依次经光耦隔离电路、放大电路连接压电式超声波发射头；每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机均设有一个唯一的二进制设备编码；所述手机经无线网络连接定位服务器，并内置有超声波信号接收模块及设备编码解码模块。本实用新型提供的系统，能判断手机是否已经进入商店、办公室等较小的区域。）
1. 一种用于手机的超声波定位系统，包括手机，其特征在于：还包括定位服务器，及多个用于发射超声波信号的超声波编码脉冲发射装置；所述超声波编码脉冲发射装置包括单片机、光耦隔离电路、放大电路及压电式超声波发射头；所述单片机设有一个脉冲信号输出端，其脉冲信号输出端依次经光耦隔离电路、放大电路连接压电式超声波发射头；每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机均设有一个唯一的二进制设备编码；所述手机经无线网络连接定位服务器，且在手机中内置有用于接收超声波信号的麦克风，及超声波信号接收模块、设备编码解码模块；所述超声波信号接收模块设有超声信号输入端及信号输出端，其超声信号输入端连接麦克风，其信号输出端连接设备编码解码模块。2. 根据权利要求1 所述的系统，其特征在于：所述单片机设有多个编码信号输入端，其各编码信号输入端各接一编码拨位开关；每个超声波编码脉冲发射装置均通过本装置的各个编码拨位开关为本装置的单片机设定一个唯一的二进制设备编码，每个编码拨位开关对应二进制设备编码的一个编码位，每个闭合的编码拨位开关所对应的编码位为0，每个断开的编码拨位开关所对应的编码位为1。3. 根据权利要求1 所述的系统，其特征在于：所述放大电路由五个反向器组成，分别为第一反向器、第二反向器、第三反向器、第四反向器、第五反向器；所述第二反向器、第三反向器相互并联组成第一反向回路，所述第四反向器、第五反向器相互并联组成第二反向回路；所述光耦隔离电路包括光耦芯片及滤波回路；所述光耦芯片的输入端连接单片机的脉冲信号输出端，其输出端经滤波回路后分成两路，其中一路依次经第一反向器、第一反向回路接到压电式超声波发射头的一个电极，另一路经第二反向回路接到压电式超声波发射头的另一个电极。4. 根据权利要求3 所述的系统，其特征在于：所述压电式超声波发射头的一个电极经一上拉电阻接到正电压，另一个电极经另一上拉电阻接到正电压。5. 根据权利要求1 所述的系统，其特征在于：所述压电式超声波发射头是广角超声波发射头。用于手机的超声波定位系统技术领域[0001] 本实用新型涉及移动设备定位技术，特别是涉及一种用于手机的超声波定位系统的技术。背景技术[0002] 现有的手机定位系统都是利用GPS 卫星实现定位的，GPS 卫星定位系统虽然可以用来测定手机是否在地面上某一区域，但其精确度较低，只能测定手机进入一个较大的区域，无法判断手机是否已经进入商店、办公室等较小的区域。实用新型内容[0003] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种定位精度高的用于手机的超声波定位系统。[0004] 为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种用于手机的超声波定位系统，包括手机，其特征在于：还包括定位服务器，及多个用于发射超声波信号的超声波编码脉冲发射装置；[0005] 所述超声波编码脉冲发射装置包括单片机、光耦隔离电路、放大电路及压电式超声波发射头；所述单片机设有一个脉冲信号输出端，其脉冲信号输出端依次经光耦隔离电路、放大电路连接压电式超声波发射头；[0006] 每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机均设有一个唯一的二进制设备编码；[0007] 所述手机经无线网络连接定位服务器，且在手机中内置有用于接收超声波信号的麦克风，及超声波信号接收模块、设备编码解码模块；[0008] 所述超声波信号接收模块设有超声信号输入端及信号输出端，其超声信号输入端连接麦克风，其信号输出端连接设备编码解码模块。[0009] 进一步的，所述单片机设有多个编码信号输入端，其各编码信号输入端各接一编码拨位开关；每个超声波编码脉冲发射装置均通过本装置的各个编码拨位开关为本装置的单片机设定一个唯一的二进制设备编码，每个编码拨位开关对应二进制设备编码的一个编码位，每个闭合的编码拨位开关所对应的编码位为0，每个断开的编码拨位开关所对应的编码位为1。[0010] 进一步的，所述放大电路由五个反向器组成，分别为第一反向器、第二反向器、第三反向器、第四反向器、第五反向器；[0011] 所述第二反向器、第三反向器相互并联组成第一反向回路，所述第四反向器、第五反向器相互并联组成第二反向回路；[0012] 所述光耦隔离电路包括光耦芯片及滤波回路；[0013] 所述光耦芯片的输入端连接单片机的脉冲信号输出端，其输出端经滤波回路后分成两路，其中一路依次经第一反向器、第一反向回路接到压电式超声波发射头的一个电极，另一路经第二反向回路接到压电式超声波发射头的另一个电极。[0014] 进一步的，所述压电式超声波发射头的一个电极经一上拉电阻接到正电压，另一个电极经另一上拉电阻接到正电压。[0015] 进一步的，所述压电式超声波发射头是广角超声波发射头。[0016] 本实用新型提供的用于手机的超声波定位系统，在每个检测区域内安装一个超声波编码脉冲发射装置，利用超声波编码脉冲发射装置持续发射编码超声波信号，手机进入检测区域时通过自带的麦克风接收编码超声波信号，并对接收到的编码超声波信号进行匹配，然后根据匹配结果显示检测区域名称，从而实现手机定位，其定位精度远高于现有的GPS 卫星定位系统，能判断手机是否已经进入商店、办公室等较小的区域。附图说明[0017] 图1 是本实用新型实施例的用于手机的超声波定位系统的结构框图；[0018] 图2 是本实用新型实施例的用于手机的超声波定位系统中的超声波编码脉冲发射装置的电路图。具体实施方式[0019] 以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。[0020] 如图1 所示，本实用新型实施例所提供的一种用于手机的超声波定位系统，包括手机，其特征在于：还包括定位服务器，及多个用于发射超声波信号的超声波编码脉冲发射装置；[0021] 如图2 所示，所述超声波编码脉冲发射装置包括单片机U1、光耦隔离电路、放大电路及压电式超声波发射头T ；所述单片机U1 设有一个脉冲信号输出端P1.0，其脉冲信号输出端P1.0 依次经光耦隔离电路、放大电路连接压电式超声波发射头T ；[0022] 每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机U1 均设有一个唯一的二进制设备编码；[0023] 所述手机经无线网络连接定位服务器，且在手机中内置有（图中未示）用于接收超声波信号的麦克风，及超声波信号接收模块、设备编码解码模块；[0024] 所述超声波信号接收模块设有超声信号输入端及信号输出端，其超声信号输入端连接麦克风，其信号输出端连接设备编码解码模块。[0025] 如图2 所示，本实用新型实施例中，所述单片机U1 设有15 个编码信号输入端（P2.0-P2.7，P3.0-P3.6），其各编码信号输入端各接一编码拨位开关（K1-K15）；每个超声波编码脉冲发射装置均通过本装置的各个编码拨位开关（K1-K15）为本装置的单片机U1 设定一个唯一的二进制设备编码，每个编码拨位开关对应二进制设备编码的一个编码位，每个闭合的编码拨位开关所对应的编码位为0，每个断开的编码拨位开关所对应的编码位为1。[0026] 如图2 所示，本实用新型实施例中，所述放大电路由五个反向器组成，所述五个反向器均内置于同一反向器芯片中，分别为第一反向器U3A、第二反向器U3B、第三反向器U3C、第四反向器U3D、第五反向器U3E ；[0027] 所述第二反向器U3B、第三反向器U3C 相互并联组成第一反向回路，所述第四反向器U3D、第五反向器U3E 相互并联组成第二反向回路；[0028] 所述光耦隔离电路包括光耦芯片U2，及由滤波电容C1、滤波电阻R3 组成的滤波回路；[0029] 所述光耦芯片U2 的输入端连接单片机U1 的脉冲信号输出端P1.0，并经一上拉电阻R1 连接高电平，其输出端经一上拉电阻R2 接正电压，并经滤波回路后分成两路，其中一路依次经第一反向器U3A、第一反向回路接到压电式超声波发射头T 的一个电极，另一路经第二反向回路接到压电式超声波发射头T 的另一个电极。[0030] 如图2 所示，本实用新型实施例中，所述压电式超声波发射头T 的一个电极经一上拉电阻R4 接到正电压，另一个电极经另一上拉电阻R5 接到正电压，这样一方面可以提高放大电路输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加压电式超声波发射头的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。[0031] 本实用新型实施例中，所述光耦芯片U2 的型号为6N137，所述反向器芯片的型号为74LS04。[0032] 本实用新型实施例中，所述单片机U1 的型号为AT89C51，所述压电式超声波发射头T 的型号为TCT40 － 16T，实际应用时也可以使用其它的广角超声波发射头。[0033] 本实用新型实施例中，所述手机中内置的超声波信号接收模块是型号为CX20106A的超声波接收芯片，所述设备编码解码模块内置于手机CPU 中。[0034] 本实用新型实施例所提供的用于手机的超声波定位系统的使用方法如下：[0035] 在每个检测区域内安装一个超声波编码脉冲发射装置，并将各超声波编码脉冲发射装置中的单片机的二进制设备编码及安装各超声波编码脉冲发射装置的检测区域名称存入手机；[0036] 每个超声波编码脉冲发射装置中的单片机均根据自身的二进制设备编码持续发送编码脉冲信号给本装置中的压电式超声波发射头，由压电式超声波发射头将编码脉冲信号转换为编码超声波信号后向外部发射；[0037] 其中，所述编码脉冲信号由长脉冲信号、短脉冲信号及空闲码组成，所述长脉冲信号、短脉冲信号分别用于表示二进制设备编码中值为1 的编码位及值为0 的编码位，且长脉冲信号的脉冲数量大于短脉冲信号的脉冲数量，每两个脉冲信号之间均插入一个空闲码，所述空闲码是指持续长度大于等于两个脉冲数量的低电平或高电平；[0038] 手机进入检测区域时，其内置的超声波信号接收模块通过麦克风接收检测区域内的超声波编码脉冲发射装置发出的编码超声波信号，并将接收到的编码超声波信号转换为编码脉冲信号后实时传送给设备编码解码模块，设备编码解码模块将接收到的编码脉冲信号实时解码为二进制设备编码后与手机内存储的二进制设备编码进行匹配，匹配成功后在手机屏幕上显示安装有与匹配的二进制设备编码相对应的超声波编码脉冲发射装置的检测区域名称。[0039] 本实用新型实施例中，所述超声波编码脉冲发射装置中的单片机持续发送编码脉冲信号的发送步骤如下：[0040] 1）读入二进制设备编码的第一个编码位值；[0041] 2）如果读入的编码位值为1，则发送一个长脉冲信号，如果读入的编码位值为0，则发送一个短脉冲信号；[0042] 3）发送一个空闲码；[0043] 4）如果已到达二进制设备编码的最后一个编码位，则转至步骤1，反之则转至步骤5 ；[0044] 5）读入二进制设备编码的下一个编码位值；[0045] 6）转至步骤2。[0046] 本实用新型实施例中，手机中内置的设备编码解码模块解码编码脉冲信号的步骤如下：[0047] 1）设置一个与二进制设备编码的编码位等长的编码位序列，并将该序列中的第一个编码位设置为当前编码位；[0048] 2）持续接收脉冲信号至收到一个空闲码；[0049] 3）检测持续接收到的脉冲信号长度，如果接收到的脉冲信号为长脉冲则将当前编码位值设置为1，如果接收到的脉冲信号为短脉冲则将当前编码位值设置为0 ；[0050] 4）如果已到达编码位序列的最后一个编码位则解码结束，反之则转至步骤5 ；[0051] 5）取编码位序列的下一个编码位，并将该编码位设置为当前编码位；[0052] 6）转至步骤2。[0053] 如图2 所示，本实用新型实施例中，所述超声波编码脉冲发射装置的工作原理如下：[0054] 单片机U1 通过编程从脉冲信号输出端P1.0 输出的40 kHz 的方波脉冲信号，由于单片机U1 的端口输出功率不够，其输出的40 kHz 方波脉冲信号经光耦隔离及滤波后分成两路，一路经一级反向器后送到压电式超声波发射头T 的一个电极，另一路经两级反向器后送到压电式超声波发射头T 的另一个电极，最后由压电式超声波发射头T 以超声波形式发射到空气中，这种推挽形式将脉冲信号加到压电式超声波发射头T 的两个电极，可以提高超声波的发射强度。
发明人：陈卓菲 李斌
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超声波定位系统的原理与应用.pdf5页
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超声波定位系统的原理与应用 Pr in c iple an d A ppl ica t ion
Superson ic L oca t ion
Sy stem ● 王 富 东 W ang Fu dong
1　基本原理 在很大程度上影响了其实际使用的效果。方案 已经获得广泛应用的无线电定位系统的基 2: 在空间的某些固定位置上设立超声波发射 本原理是通过接收几个固定位置的发射点的无 装置,
主体上设立接收器
反之亦可 。分别测
从而得到主体到这几个发射点的距 量主体到各发射点的距离, 经过计算后便可得
经计算后即可得到主体的位置。超声波定 到主体的位置。由于超声波的传播具有一定的
位的原理与此相仿, 只不过由于超声波在空气 发散性及绕射作用, 这种方法所受到的空间条
中的衰减较大, 它只适用于较小的范围。 件限制较少。即使在主体与发射点之间有障碍 超声波在空气中的传播距离一般只有几十 物,
只要不完全阻断超声波的传播系统仍然可
米。短距离的超声波测距系统已经在实际中有 以工作。故本文重点介绍这种方法。发射点的
测距精度为厘米级。超声波定位系统 位置通常按直角方位配置。以三维空间为例, 可在坐标原点及 , 0, 0
可用于无人车间等场所中的移动物体定位。其 X Y
具体实现可有两种方案。 位置布置发射点如图2 所示。 方案 1:
在三面有墙壁的场所,
利用装在主
体上的反射式测距系统可以测得主体到三面墙
壁的距离。如果以三面墙壁的交点为原点建立
直角坐标系, 则可直接得到主体的三个直角坐
标如图 1 所示。 图2　距离与坐标换算 主体坐标
到三个发射点的距离分别 为L
1 , L 2 , L
3 , 由距离计算坐标的原理如下: 由图2 可得如下三角关系: 图 1　利用三面垂直的墙壁进行
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