CN103616692A - 基于安卓移动终端的便携式多功能超声波测距*** - Google Patents

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梅海彬
何盛琪
季丽伟
郭颖新
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Abstract

本发明是一种基于Android移动终端的便携式多功能超声波测距***。***由遵循AOA（Android Open Accessory）标准的硬件模块和Android应用软件组成，硬件模块通过USB接口连接到Android移动终端上。硬件模块完成超声波测距，并利用传感器采集的温度、湿度、大气压等环境参数，来校正已知的超声波在介质中的传播速度，从而提高实际场景中的测量精度；应用软件运行在Android移动终端上完成测距信息的智能控制与显示。***能够实现测距数据的智能存储、上传、冗余消除、分析、优化、实时展示等功能。与传统测距仪器相比，由于该***采用硬件模块与Android移动设备相结合的方式，具有成本低，智能化程度高，便携性强，易于定制与扩展的突出特点。

Description

基于安卓移动终端的便携式多功能超声波测距***
技术领域
本实用发明新型涉及一种基于Arduino Mega ADK的超声波测距硬件模块与一款Android移动终端的测距应用软件，尤其是硬件采集了环境参数对测距结果进行矫正，具有高的测量精度。此外，通过与移动终端的连接，应用软件可对测距数据的图形化显示与智能分析处理。 
背景技术
目前测距方式主要有微波雷达测距、激光测距和超声波测距三种。前两种方法由于技术难度大成本高一般仅用于军事工业，而超声波测距则由于其技术难度相对较低且成本低廉，不仅可用于工业测量领域，也可适于民用推广。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波非常适合距离的测量，且它不受光芒、被测对象颜色等影响，对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。此外，超声波在检测方便上，有测距迅速、操作方便、计算处理简单的特点，也容易做到实时控制；在测量精度方面，也能达到工业实用的要求。 
现在市场上，虽然基于超声波的测距仪已经有很多种，但多功能的测距仪普遍显得笨重，携带不方便且价格昂贵，而既小巧又便携的测距仪在功能上又比较匮乏，存在无分析处理能力、不易扩展、操作界面简单不友好等的不足。鉴于以上情况，考虑到近几年来智能移动终端，特别是基于Android***手机的普及，本发明设计了遵循Google AOA协议，外接在移动终端上的数据采集设备，而数据处理与展示等功能在移动终端上完成的多功能超声波测距***，弥补了传统超声波测距***的不足，既具有多功能性又具有良好的便携性。此外，软件部分是基于Android***的平台开发，因此其易扩展性、易升级性、灵活性更强。 
发明内容
本发明是一种基于Android移动终端的便携式多功能超声波测距***。该***分为两大部分，一部分是可外接到Android移动终端实现超声波采集的硬件模块，另一部分运行在Android移动终端上的数据分析处理软件***，实现的主要功能包括数据实时采集、数据智能存储、数据冗余删除、数据分析与处理、数据实时展示等。其中数据的实时采集不仅实时地采集所探测的距离，记录测距时的温度、湿度、大气压等重要参数，还通过调用移动设备的GPS定位服务来采集测距时的经纬度等地理信息。本发明摒弃了传统测距***的液晶显示屏及数码管显示，将所测数据均通过移动终端的屏幕智能化显示，同时测距设备微型化后只是作为移动终端的一个附属配件，使得测距***更加小巧、轻便、成本也比传统的多功能测距设备大为降低。另外，由于数据处理软件是基于Android操作***的，可设计出更加友好 和易于使用的显示界面，众多的数据分析功能也可以方便地在移动终端上实现，***的功能扩展和升级得到了很好的保证，这些优势是传统测距***所很难达到的。最后，本发明还从两个方面来提高测量的精度：一方面利用传感器采集的温湿度、大气压等环境参数，来校正超声波在介质中的传播速度，提高测量精度；另一方面通过软件***对测量数据的重加工来提高测量精度。 
前一种方法的理论依据是超声波在介质中传播的速度与温度、湿度、大气压强的约束关系： 
1.超声波在空气种传播速度CG＝(331.4+0.61×T)*(1+0.32*Pw/P)1/2。（T为环境温度；Pw为空气中水蒸气的分压强，P为标准大气压强）； 
2.国际标准大气ISA规定：在对流层中（0～11000m），海平面的气温为15℃，气压101325Pa，而在大气中的压强P=ρgh，空气密度1.226Kg/m3,得到海拔每升高1000m，气温下降6.5℃。 
g---9.8N/kg（通常情况下去g=10N/kg） 
h---深度（m米） 
后一种方法主要是通过快速测量同一位置障碍物的距离N次（x1,x2,......xN），然后通过求取平均值来提高该位置的测量精度：
Figure BDA0000419573350000021
附图说明
图1为本发明的基于Android移动终端的便携式多功能超声波测距***的架构图。 
图2为本发明的基于Android移动终端上数据处理与分析的应用软件组织结构图。 
图3为本发明的超声波数据采集的硬件模块原理框图。 
图4为本发明的***流程图。 
图5为超声波测距硬件模块的主流程图。
具体实施方式
本发明是一种基于Android移动终端的便携式多功能超声波测距***，下面结合附图对实施方式进行说明。 
在图1中，基于Android移动终端的便携式多功能超声波测距***的架构图包含数据实时采集、数据智能存储、数据冗余删除、数据分析与处理、数据实时展示五个功能模块。 
数据实时采集模块主要包括基于AOA协议接口的Atmega2560控制板，在控制板上的有超声波探测器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器等装置，以及移动终端上的GPS定位模 块。通过这些设备来采集超声波探头与障碍物之间的距离，环境的温度、湿度，以及测距时测距者所在的地理位置、时间等信息。Atmega2560控制板通过USB数据线或USB插头直接接入到Android移动终端上。 
数据智能存储模块以及以下各模块均在移动终端上通过软件实现，该模块主要实现接收与存储采集模块传输过来的数据，这些数据包括时间、经纬度、温湿度、距离等多种形式的数据；还可通过邮件服务等功能将数据文件上传给相关人员。 
数据冗余删除模块主要作用是根据用户的实际应用情况，及时地删除一些冗余信息或将历史数据迁移到服务器或其他存储设备上。数据的存储使用非常流行的轻型嵌入式数据库——SQLite，其整个数据库（定义、表、索引和数据本身）都存储在一个单一的文件中，SQLite具有可移植性好，容易使用，很小，高效而且可靠的特性。 
数据分析与处理模块主要是对采集到的数据根据用户的一些实际需求进行分析与处理。分析主要包括对某一些历史及当前测量数据的变化趋势预测和分析，及对某一些数据求平均值，以及通过历史数据的分析进一步提高精度等。 
数据实时展示模块将数据分析与处理模块的结果以多种形式显示在移动终端上，便于用户直观形象的观看与理解。 
在图2，即基于Android移动终端上数据处理与分析的应用软件的组织结构图中，展示了应用软件所具有的测距、查询、数据分析等主要功能，以及主功能下面所实现的各项子功能，***各功能的实现使用了模块化编程的思想。 
在图3中，展示了本发明的超声波数据采集的硬件模块原理。测距采用渡越时间检测法，检测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间，即渡越时间。渡越时间与介质中的声速相乘，就是声波传输的距离。考虑实际情况，采用异地脉冲反射式来测距，实际距离为超声波测距的一半。另外，由于超声波在介质中的传播速度受温度、湿度、大气压等环境因素的影响，所以利用传感器采集环境参数，来校正超声波在介质中的传播速度，从而提高测量精度。 
在图4、图5中，展示了整个超声波测距***的工作流程，左边部分是基于Android移动终端的应用软件的流程图，右边部分为超声波测距硬件模块的主流程图，两图还展示了***具体运行时的数据流向。软硬件之间的交互过程为：首先，超声波探测模块通过USB接口连通移动设备，测距模块被检测接入成功后加电启动。然后，启动软件App，用户根据所需选择测距，发送测距模块命令；数据采集装置采集数据，并存储在软件App的SQLite数据库中。其中采集的数据主要包括距离、温度、湿度、大气压值、测距时间及地理位置信息等。测量任务结束后用户可进行有选择的数据处理分析（即某一时间测量数据的查找，某一段时间测量 数据的变化和分析操作等）。最后，将及时的展示数据分析与处理模块的结果。 
综上所述，本发明是可外接到Android移动终端实现超声波采集的硬件模块和运行在Android移动终端上的数据分析处理软件***的紧密结合。实现了检测数据的智能存储、上传、冗余消除、分析优化、实时展示等功能。***实现时，编写了一个数据库适配器，该适配器封装了对SQLite数据库多种操作方法，用户操作和后台服务通过调用它来实现对数据库的操作。后台服务方面，集中于有效而自动的存取数据、简单需求的处理数据、多形式的界面数据展示。用户操作方面，贯彻用户的自主性，良好的多功能的可选择的操作选项，供用户自主处理并显示。 

Claims (6)

  1. XXXX.一种基于Android移动终端的便携式多功能超声波测距***，其中包括遵循Google AOA协议的数据采集硬件模块和利用基于Google ADK开发且运行在Android移动终端上的智能数据处理与分析的应用软件，硬件模块通过USB接口连接Android移动终端。
    根据上述的基于Android移动终端的便携式多功能超声波测距***，其特征包括：
    一、数据实时采集模块，包括超声波探测器、温湿度传感器和Android移动终端，负责采集超声波探头与障碍物之间的距离、温度、湿度、大气压的数据，以及采集移动终端GPS定位服务的地理位置信息。
    二、数据智能存储及上传模块，负责实时存储采集的数据，并可通过邮件服务等将数据文件传送。
    三、数据冗余删除模块，负责及时地删除一些冗余信息或将历史数据迁移到服务器或其他存储设备上。
    四、数据分析与处理模块，负责分析存储在SQLite数据库中的各类数据。
    五、数据实时展示模块，对数据分析处理模块的结果进行视觉上的直观显示。
  2. 1.数据采集模块装置的特征包括基于AOA协议标准的硬件控制板、超声波探测器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器等数据采集装置，以及调用Android***的GPS定位功能以获得当时的地理位置信息。
  3. 2.数据智能存储及上传模块的特征包括一个开源的轻型关系型数据库——SQLite。针对数据采集装置采集到的数据，统一采用ACID进行存储；并通过邮件服务等功能将数据文件上传给相关人员。
  4. 3.数据冗余删除模块特征在于及时地删除一些冗余信息或将历史数据迁移到服务器或其他存储设备上，提高数据存储质量，优化数据存储结构，达到高效而又节省存储空间。
  5. 4.数据分析与处理模块的特征包括对采集到的数据进行统计分析和计算处理。经过对某一类历史数据或当前测量数据分析，可以针对其变化趋势进行预判断；以及对某一类数据求取平均值等操作，可以提高精度的处理等。
  6. 5.数据实时展示模块特征是对采集的数据及其分析结果在移动终端上进行直观有效的显示。
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