CN104281160A - 一种近距离自动跟随*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近距离自动跟随***，包括：定位跟随模块和定位目标模块；定位目标模块由用户携带在身上；定位跟随模块确定位置，并跟随运动，用户走到哪里，定位跟随模块也跟随到哪里。本发明设置定位跟随模块和定位目标模块，定位目标模块由用户携带在身上；定位跟随模块确定其位置，并跟随运动，用户走到哪里，定位跟随模块也跟随到哪里；本发明采用价格低廉的传感器和单片机***，成本较低，易实现，方便使用者运输、携带物品。在娱乐、商业、工业、医药、助残等很多行业都可以使用，并能推广及应用到人们的日常生活中，方便人们的生活，造福社会。

Description

一种近距离自动跟随***

技术领域

本发明属于电子定位技术领域，尤其涉及一种近距离自动跟随***。

背景技术

跟踪定位技术包括雷达、GPS、视频识别和声音识别等手段。都是在和被定位目标没有物理连接的情况下确定其位置。人们根据追踪定位***返回的结果，了解定位目标的行动、状态等信息。目前，定位技术在军事、工业、农业等行业均发挥了巨大的作用，而在民用方面也逐渐显示出惊人的潜力，例如GPS定位手表等产品的问世，为人们掌握小孩及老人的位置提供大大的帮助。然而这些技术实现起来有的成本高昂，如雷达；有的需要特殊的外部环境支持，如GPS；有的技术复杂，如视频、声音识别技术。因此，很难推广及应用到人们的日常生活中。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种近距离自动跟随***，旨在解决现有的近距离自动跟随***实现成本高，技术复杂，不能推广到人们的日常生活中的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种近距离自动跟随***，该近距离自动跟随***包括：定位跟随模块和定位目标模块；定位目标模块由用户携带在身上；定位跟随模块确定位置，并跟随运动，用户走到哪里，定位跟随模块也跟随到哪里，定位跟随模块和定位目标模块分为推和拉两种工作模式，拉模式是指定位跟随模块跟着定位目标模块前进或左转右转；推模式，是指通过定位目标模块向定位跟随模块靠近，定位跟随模块向反方向运动。

进一步，定位跟随模块包括第一2.4G无线收发模块、马达驱动器、第一MCU控制模块、第一超声波模块；

第一2.4G无线收发模块，用于模块间通信，工作过程中，通过nRF24L01发送、接收编码，确定工作状态，输出同步启动信号；

马达驱动器，用于调整模块方向，采用双通道马达驱动IC MX1508；

第一MCU控制模块，用于控制第一2.4G无线收发模块、马达驱动器、第一超声波模块；采用51单片机、ARM或DSP小型CPU来实现；

第一超声波模块，用于确认方向和距离，选用HC-SR04超声波测距模块，提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能；包括超声波发射器、接收器与控制电路。

进一步，第一超声波模块设置有发送喇叭，用于发送超声波信号。

进一步，定位跟随模块设置八个(不同方向的n个)第一超声波模块。

进一步，定位目标模块包括第二2.4G无线收发模块、第二MCU控制模块、第二超声波模块；第二2.4G无线收发模块用于发送2.4G信号；第二超声波模块用于接收超声波信号。

第二2.4G无线收发模块，用于模块间通信，通过nRF24L01发送、接收编码，确定工作状态，输出同步启动信号；

第一MCU控制模块，用于控制第二2.4G无线收发模块、第二超声波模块；采用51单片机、ARM或DSP小型CPU来实现；

第二超声波模块，用于确认方向和距离，选用HC-SR04超声波测距模块，提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

进一步，第二超声波模块采用接收喇叭，用于接收超声波信号。

进一步，定位目标模块设置一个第二超声波模块。

进一步，定位跟随模块的实现流程包括以下步骤：

第一步：启动；

第二步：计数器置零，开始计数，一共有八个(不同方向的n个)发送超声波的喇叭，i从0开始，计数到8为一个循环；

第三步：定位跟随模块发送2.4G，并通过第i个喇叭发送超声波信号；

第四步：判断目标模块应答超时与否，若超时进入第五步，若未超时进入第六步；

第五步：记录该距离值；

第六步：计数器加1；

第七步：判断是否完成一个循环，i＝n则进入第八步，否则返回第三步；

第八步：根据所有返回值计算当前目标方向、距离；

第九步：判断当前距离是否大于1m，若是进入第十步，否则返回第二步；

第十步：驱动马达转向或前行。

进一步，定位目标模块的实现流程包括以下步骤：

第一步：启动；

第二步：判断是否接收2.4G数据，若是进入第三步；

第三步：定位目标模块接收到2.4G，启动接收超声波信号；

第四步：判断是否50ms内接收到超声波信号，若是进入第五步，否则进入第六步；

第五步：计算距离，通过2.4G发送距离值；

第六步：通过2.4G发送超时标志。

进一步，该近距离自动跟随***的实现方法包括以下步骤：

步骤一，定位目标模块处在接收2.4G无线数据状态；

定位跟随模块发送2.4G无线数据，数据中包含匹配编码、发送喇叭编号n和校验码，同时启动编号为n的喇叭发送超声波信号；启动发送超声波完成后，设置2.4G通信模块处于接收状态；

步骤二，定位目标模块接收到数据后启动超声波模块的接收喇叭；

接收喇叭接收到超声波信号后，关闭超声波接收状态，定位目标模块根据接收时间t和超声波传播速度v，340m/s，由公式L＝t*v计算出距离值，然后再启动发送2.4G无线数据，数据中数据中包含匹配编码、发送喇叭编号n、距离值和校验码，发送无线数据完成后，设置2.4G通信模块处于接收状态，等待接收下一个数据；

如果50ms内，接收喇叭没有接收到超声波信号，将步骤三中的距离值设置成0，然后发送；

步骤三，定位跟随模块接收到2.4G无线数据后，记录距离值，然后重复上述步骤启动发送其他编号的超声波喇叭，记录完成所有方向的距离值后，如果该值为0则忽略，根据这些值计算定位目标模块的具体相对位置，再控制马达驱动器调整定位跟随模块的运动方向和速度，实现跟随功能。

本发明提供的近距离自动跟随***，设置定位跟随模块和定位目标模块，定位目标模块由用户携带在身上；定位跟随模块确定其位置，并跟随运动，用户走到哪里，定位跟随模块也跟随到哪里；本发明采用价格低廉的传感器和单片机***，成本较低，易实现，方便使用者运输、携带物品。在娱乐、商业、工业、医药、助残等很多行业都可以使用，并能推广及应用到人们的日常生活中，方便人们的生活，造福社会。

附图说明

图1是本发明实施例提供的定位跟随模块的结构示意图；

图中：1、第一2.4G无线收发模块；2、马达驱动器；3、第一MCU控制模块；4、第一超声波模块；

图2是本发明实施例提供的定位目标模块的结构示意图；

图中：5、第二2.4G无线收发模块；6、第二MCU控制模块；7、第二超声波模块；

图3是本发明实施例提供的定位跟随模块的软件流程图；

图4是本发明实施例提供的定位目标模块的软件流程图；

图5是本发明实施例提供的近距离自动跟随***的具体应用示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明实施例的近距离自动跟随***，设置定位跟随模块和定位目标模块；

定位跟随模块组成：

第一2.4G无线收发模块1；

该模块基于NRF24L01芯片，nRF24L01是一款工作在2.4～2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片无线收发器包括：频率发生器、增强型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器调制器解调器，输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置；极低的电流消耗，当工作在发射模式下发射功率为-6dBm时电流消耗为9.0mA，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低；

用于模块间通信，工作过程中，通过nRF24L01发送、接收编码，确定工作状态；由于该模块传输速度极快(接近光速)，因此利用该信号作为同步启动信号；

马达驱动器2：

该模块用于调整模块方向，可采用常见的驱动芯片，如双通道马达驱动ICMX1508，该芯片适用于2-4节电池电流较小的遥控车，根据产品用处不同也可以选用其他类似功能芯片；

第一MCU控制模块3：

MCU用于控制第一2.4G无线收发模块1、马达驱动器2、第一超声波模块4；可以采用51单片机、ARM、DSP等小型CPU来实现；在测试阶段使用的单片机型号为C8051f340；

第一超声波模块4：

该模块用于确认方向和距离，选用常见的HC-SR04超声波测距模块，该模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路；

如图1所示，该模块有T(发送)和R(接收)两个喇叭，在定位跟随模块不需要R喇叭，只保留T喇叭用于发送超声波信号即可；

每个喇叭的发送角度有限，约为60°，定位目标模块不在该区域内则无法进行有效定位，因此定位跟随模块共设置了8个T(发送)喇叭，目的是对8个不同方向进行识别判断，也可以根据产品实际应用增加或减少喇叭数目；

定位目标模块组成：

第二2.4G无线收发模块5；

该模块基于NRF24L01芯片，nRF24L01是一款工作在2.4～2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片无线收发器包括：频率发生器、增强型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器调制器解调器，输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置；极低的电流消耗，当工作在发射模式下发射功率为-6dBm时电流消耗为9.0mA，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低；

用于模块间通信，工作过程中，通过nRF24L01发送、接收编码，确定工作状态；由于该模块传输速度极快(接近光速)，因此利用该信号作为同步启动信号；

第一MCU控制模块6：

MCU用于控制第二2.4G无线收发模块5、第二超声波模块7；可以采用51单片机、ARM、DSP等小型CPU来实现；在测试阶段使用的单片机型号为C8051f340；

第二超声波模块7：该模块用于确认方向和距离，选用常见的HC-SR04超声波测距模块，该模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路；同样选用HC-SR04超声波测距模块，但是只保留R喇叭用于接收超声波信号；

本发明的近距离自动跟随***工作流程：

定位目标模块处在接收2.4G无线数据状态；

定位跟随模块发送2.4G无线数据，数据中包含匹配编码、发送喇叭编号n和校验码，同时启动编号为n的喇叭发送超声波信号；启动发送超声波完成后，设置2.4G通信模块处于接收状态；

由于2.4G无线通信速度极快(接近光速)，传输时间可忽略不记，定位目标模块接收到数据后启动超声波模块的接收喇叭；

接收喇叭接收到超声波信号后，关闭超声波接收状态，定位目标模块根据接收时间t和超声波传播速度v(约等于声速340m/s)，由公式L＝t*v计算出距离值，然后再启动发送2.4G无线数据，数据中数据中包含匹配编码、发送喇叭编号n、距离值和校验码，发送无线数据完成后，设置2.4G通信模块处于接收状态，等待接收下一个数据；

如果50ms内，接收喇叭没有接收到超声波信号，将步骤(4)中的距离值设置成0，然后发送；

定位跟随模块接收到2.4G无线数据后，记录该距离值，然后重复上述步骤启动发送其他编号的超声波喇叭，记录完成所有方向的距离值后(如果该值为0则忽略)，根据这些值计算定位目标模块的具体相对位置，再控制马达驱动器调整定位跟随模块的运动方向和速度，实现跟随功能。

如图5所示：定位目标模块当前位于T2和T3方向中间，而T1方向距离值为0，因此定位跟随模块计算的时候只需要用到距离值L2和L3，如果把T2方向当作模块中心方向，则定位跟随模块应该向T3方向稍作调整。

本发明的具体实施例：

如图1和图2所示，本发明实施例的近距离自动跟随***主要由：一种新型近距离自动跟随***主要由硬件部分和软件部分两个部分组成。所述的硬件部分包括定位跟随模块和定位目标模块；所述的定位目标模块由用户携带在身上；所述的定位跟随模块确定其位置，并跟随其运动，用户走到哪里，定位跟随模块也跟随到哪里；每个硬件部分上都会有所述的软件部分与之相匹配。具体实施方案和流程如下：

1、硬件具体方案

本模块由定位跟随模块和定位目标模块两部分组成。所述的定位跟随模块包括第一2.4G无线收发模块1、马达驱动器2、第一MCU控制模块3、八个(不同方向的n个)第一超声波模块4；

所述的定位目标模块包括第二2.4G无线收发模块5、第二MCU控制模块6、一个第二超声波模块6；所述的第一2.4G无线收发模块1和第二2.4G无线收发模块5用于发送2.4G信号；所述的马达驱动器2用于驱动定位跟随模块根据目标模块位置发生移动；第一超声波模块4和第二超声波模块6用于发送和接收超声波信号；

定位跟随模块和定位目标模块，可应用于童车，购物车，行李车，工厂运料车，医院运药车等相关行业，给人们带来极大的方便。

定位跟随模块周期性依次通过第一超声波模块发送超声波信号，每个第一超声波模块发送范围约为60°，4米远，定位目标模块的第二超声波模块接收到信号后计算出该方向的距离，然后将其发送给定位跟随模块。定位跟随模块根据每个方向的距离，计算运动方向，然后控制马达驱动器，使模块左转、右转或者前进后退。模块可以分为推和拉两种工作模式，拉模式就是指定位跟随模块跟着定位目标模块前进或左转右转；推模式，就是指通过定位目标模块向定位跟随模块靠近，定位跟随模块向反方向运动。

2.软件工作流程

a)定位跟随模块的软件部分的实现流程，如图3所示：

第一步：启动；

第二步：计数器置零，开始计数，一共有八个(不同方向的n个)发送超声波的喇叭，i从0开始，计数到8为一个循环；

第三步：定位跟随模块发送2.4G，并通过第i个喇叭发送超声波信号；

第四步：判断目标模块应答超时与否，若超时进入第五步，若未超时进入第六步；

第五步：记录该距离值；

第六步：计数器加1；

第七步：判断是否完成一个循环，i＝8则进入第八步，否则返回第三步；

第八步：根据所有返回值计算当前目标方向、距离；

第九步：判断当前距离是否大于1m，若是进入第十步，否则返回第二步；

第十步：驱动马达转向或前行。

b)定位目标模块的软件部分的实现流程，如图4所示：

第一步：启动；

第二步：判断是否接收2.4G数据，若是进入第三步；

第三步：定位目标模块接收到2.4G，启动接收超声波信号；

第四步：判断是否50ms内接收到超声波信号，若是进入第五步，否则进入第六步；

第五步：计算距离，通过2.4G发送距离值；

第六步：通过2.4G发送超时标志；

本发明的近距离自动跟随***，采用价格低廉的传感器和单片机***，成本较低，易实现，方便使用者运输、携带物品。在娱乐、商业、工业、医药、助残等很多行业都可以使用，并能推广及应用到人们的日常生活中，方便人们的生活，造福社会。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种近距离自动跟随***，其特征在于，该近距离自动跟随***包括：定位跟随模块和定位目标模块；定位目标模块由用户携带在身上；定位跟随模块确定位置，并跟随运动，用户走到哪里，定位跟随模块也跟随到哪里，定位跟随模块和定位目标模块分为推和拉两种工作模式，拉模式是指定位跟随模块跟着定位目标模块前进或左转右转；推模式，是指通过定位目标模块向定位跟随模块靠近，定位跟随模块向反方向运动。

2.如权利要求1所述的近距离自动跟随***，其特征在于，定位跟随模块包括第一2.4G无线收发模块、马达驱动器、第一MCU控制模块、第一超声波模块；

第一2.4G无线收发模块，用于模块间通信，工作过程中，通过nRF24L01发送、接收编码，确定工作状态，输出同步启动信号；

马达驱动器，用于调整模块方向，采用双通道马达驱动IC MX1508；

第一MCU控制模块，用于控制第一2.4G无线收发模块、马达驱动器、第一超声波模块；采用51单片机、ARM或DSP小型CPU来实现；

第一超声波模块，用于确认方向和距离，选用HC-SR04超声波测距模块，提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能；包括超声波发射器、接收器与控制电路。

3.如权利要求1所述的近距离自动跟随***，其特征在于，第一超声波模块设置有发送喇叭，用于发送超声波信号。

4.如权利要求2所述的近距离自动跟随***，其特征在于，定位跟随模块设置八个第一超声波模块。

5.如权利要求1所述的近距离自动跟随***，其特征在于，定位目标模块包括第二2.4G无线收发模块、第二MCU控制模块、第二超声波模块；第二2.4G无线收发模块用于发送2.4G信号；第二超声波模块用于接收超声波信号；

第二2.4G无线收发模块，用于模块间通信，通过nRF24L01发送、接收编码，确定工作状态，输出同步启动信号；

第一MCU控制模块，用于控制第二2.4G无线收发模块、第二超声波模块；采用51单片机、ARM或DSP小型CPU来实现；

第二超声波模块，用于确认方向和距离，选用HC-SR04超声波测距模块，提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

6.如权利要求5所述的近距离自动跟随***，其特征在于，第二超声波模块采用接收喇叭，用于接收超声波信号。

7.如权利要求5所述的近距离自动跟随***，其特征在于，定位目标模块设置一个第二超声波模块。

8.如权利要求1所述的近距离自动跟随***，其特征在于，定位跟随模块的实现流程包括以下步骤：

第一步：启动；

第二步：计数器置零，开始计数，一共有八个发送超声波的喇叭，i从0开始，计数到n为一个循环；

第三步：定位跟随模块发送2.4G，并通过第i个喇叭发送超声波信号；

第四步：判断目标模块应答超时与否，若超时进入第五步，若未超时进入第六步；

第五步：记录该距离值；

第六步：计数器加1；

第七步：判断是否完成一个循环，i＝n则进入第八步，否则返回第三步；

第八步：根据所有返回值计算当前目标方向、距离；

第九步：判断当前距离是否大于1m，若是进入第十步，否则返回第二步；

第十步：驱动马达转向或前行。

9.如权利要求1所述的近距离自动跟随***，其特征在于，定位目标模块的实现流程包括以下步骤：

第一步：启动；

第二步：判断是否接收2.4G数据，若是进入第三步；

第三步：定位目标模块接收到2.4G，启动接收超声波信号；

第四步：判断是否50ms内接收到超声波信号，若是进入第五步，否则进入第六步；

第五步：计算距离，通过2.4G发送距离值；

第六步：通过2.4G发送超时标志。

10.如权利要求1所述的近距离自动跟随***，其特征在于，该近距离自动跟随***的实现方法包括以下步骤：

步骤一，定位目标模块处在接收2.4G无线数据状态；

定位跟随模块发送2.4G无线数据，数据中包含匹配编码、发送喇叭编号n和校验码，同时启动编号为n的喇叭发送超声波信号；启动发送超声波完成后，设置2.4G通信模块处于接收状态；

步骤二，定位目标模块接收到数据后启动超声波模块的接收喇叭；

接收喇叭接收到超声波信号后，关闭超声波接收状态，定位目标模块根据接收时间t和超声波传播速度v，340m/s，由公式L＝t*v计算出距离值，然后再启动发送2.4G无线数据，数据中数据中包含匹配编码、发送喇叭编号n、距离值和校验码，发送无线数据完成后，设置2.4G通信模块处于接收状态，等待接收下一个数据；

如果50ms内，接收喇叭没有接收到超声波信号，将步骤三中的距离值设置成0，然后发送；

步骤三，定位跟随模块接收到2.4G无线数据后，记录距离值，然后重复上述步骤启动发送其他编号的超声波喇叭，记录完成所有方向的距离值后，如果该值为0则忽略，根据这些值计算定位目标模块的具体相对位置，再控制马达驱动器调整定位跟随模块的运动方向和速度，实现跟随功能。