1、基于平面的GPS定位教學演示系統1. 首先按此文設置文章的頁面設置2. 用格式刷命令修改：段落、字體、字號的格式。全文應在2 - 3頁之間為好。如果有圖、表，應注意調整好大小。標題居中，二號黑體字，段前18磅，段后12磅，單倍行距估現象宋體，10號字（北京理工大學 機電學院 北京市海淀區 100083）楷體，小五號摘要：加粗五號宋體介紹一款基于二維平面的GPS超聲波定位教學演示系統。該系統以簡單的結構充分演示GPS定位的工作原理和工作過程。為使其結構簡單，容易操作，在二維平面內設置三個超聲波發射點，利用超聲波發射和接收裝置進行測距，通過單片機的計算控制，得到物體在二維平面內的坐標。小五號宋體，

2、單倍行距關鍵詞加粗五號宋體： GPS 超聲波 測距 定位 教學演示系統The Design of A movable telecontrolled Cableway for Removing Dangerous Cargo五號加粗Times New Roman字體Yang LiHui Yang RunZe Ma YuFeng Liu JiaRu （Ordnance Engineer College jicdepartment ShiJiaZhuang 050003）五號Times New Roman字體Abstract五號加粗Times New Roman字體：A movable teleco

3、ntrolled Cableway for Removing Dangerous Cargo was introduced, the design of framework and computation of main parameters was defined. the equipment is on the safe side, easy of dismantled and installed, not restricted by terrain. That is capble of resolve the problem of Dangerous Cargo transportati

4、on for different terrain.五號Times New Roman字體Keywords：五號加粗Times New Roman字體movable cableway Dangerous Cargo Main parameters五號Times New Roman字體0 引言頂格，字體為四號加粗宋體，單倍行距，段前段后為0行。GPS定位系統（Global Positioning System，全球定位系統）是一種高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和定時的多功能系統。GPS系統主要由以下三部分構成：（1）地面控制部分，由主控站（負責管理、協調整個地面控制系統的工作）、地面天線

5、（在主控站的控制下，向衛星注入導航電文）、監測站（數據自動收集中心）和通訊輔助系統（數據傳輸）組成；（2）空間部分，由24顆衛星組成，分布在6個軌道平面上；（3）用戶裝置部分，主要由GPS接收機和衛星天線組成。該系統以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，成功地應用于大地測量、航空攝影、運載工具導航等多種學科。隨著GPS系統的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。GPS系統定位原理如圖1所示。正文首行縮2字，五號宋體，單倍行距，段前段后為0行（0，0，0）XYZ衛星1衛星2衛星3衛星4圖1 GPS系統定位原理居中，字

6、體為小五號黑體假設t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間t，再加上接收機所接收到的衛星星歷等其它數據可以確定方程組（1）。 （1）上述四個方程式中為待測點坐標，為接收機的鐘差為未知參數，其中，分別為衛星到接收機之間的距離，分別為衛星的信號到達接收機所經歷的時間，為衛星在時刻的空間直角坐標，為衛星鐘的鐘差，為光速。由以上四個方程即可解算出待測點的坐標和接收機的鐘差。三維空間定位需要四顆衛星，是因為GPS接收器在僅接收到三顆衛星的有效信號的情況下只能確定二維坐標即經度和緯度，只有收到四顆或四顆以上的有效GPS衛星信號時，才能完成包含高度的3D定位。本文設計了一種G

7、PS教學演示系統，用超聲波發射器代替衛星的位置，并利用二維平面內的3個發射器對物體利用超聲波進行測距并定位，演示簡易的GPS定位的原理和過程。1 系統總體設計頂格，字體為四號加粗宋體，單倍行距，段前段后為0行。1.1 總體設計思路頂格，字體為五號加粗黑體，單倍行距，段前段后為0行總體設計如圖2所示。發射器同時發射紅外波和超聲波，其中紅外波發出時，單片機開始計時；當超聲波被超聲波接收器接收時，計時停止，單片機根據時間計算出物體距該發射器的距離，同理另兩個發射器相繼工作，最終得到物體距三個發射器的距離，由此得到物體的具體定位。發 射 器超聲波 接收器紅外線超聲波單 片 機紅外 接收器放大的信號放大

8、的信號LED 顯示圖2 系統總體框圖1.2 發射部分發射電路由觸發脈沖產生電路產生觸發脈沖控制TR。當TR導通時，發射脈沖產生電路工作，產生的發射脈沖加到換能器上使其發射超聲波;當TR截止時，換能器停止發射，發射原理圖如圖3。觸發脈沖產生電路發射脈沖產生電路換能器發射電壓圖3 超聲波發射原理圖紅外發射的主要元件為紅外發光二極管。它實際上是一只特殊的發光二極管，由于其內部材料不同于普通發光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發出的是紅外線而不是可見光。紅外發光二極管如圖4。TLN107_+-圖4 紅外發光二極管1.2接收部分超聲波接收部分采用集成芯片CX20106A，工作原理如圖5所示。這是

9、一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。內部電路由前置放大器、自動偏置電平控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成?？梢岳盟鳛槌暡z測電路。放大限幅濾波檢波積分整形125367ABLC圖5 CX20106A原理圖紅外接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收頭內的紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種，圓形紅外接收頭如圖6。受光面1 GND 2 Vcc 3 OUT 圖6 紅外接收頭2 測距與定位2.1 測距原理光速與超聲波

10、速度在量級上的極大差值是本系統實現測距功能的基礎。測距原理圖見圖7。dD曲線1曲線2O圖7 測距原理圖超聲波和紅外光的傳播速度為常量，其傳播距離與時間曲線均為直線，直線斜率即波速，易知曲線1為紅外光曲線，曲線2為超聲波曲線。指定距離D，紅外光經過時間走完指定距離，超聲波經過時間走完指定距離，則距離，式中v為超聲波速。令，可得。在室內這樣的距離范圍，近似認為，得到。實際上信號處理總是有延時的，由此帶來的測量誤差必須補償，最終得到算式如式 (2),為系統器件延遲誤差補償項。 (2)2.2 二維平面定位原理根據剛體動力學的知識,通過測量該參考點到空間三個靜止的非共線點之間的距離唯一確定物體的位置。如

11、圖8所示,靜止參考坐標系OXY 的原點在等邊三角形的中點。設等邊三角形的邊長為2a，在三角形的三個頂點上分別安裝了一個超聲波發射器和一個紅外發射器 ,根據幾何知識可知它們的坐標分別是： ， ，在圖8中, T是需要定位的智能設備,它上面安裝有超聲波接收器和紅外接收器,設它所在位置的坐標為( , ) 。由超聲測距原理可得到接收點T至發射點的距離分別為。YXOT 圖8 定位原理圖 測量時，點同時發射超聲波和紅外光，光波認為接可即時被接收，起到開始計時的作用。當聲波到達接收器是及時停止，并紀錄時間。根據公式便可得出。當計時結束后，相繼計時，得到。 由幾何知識可得即得到在平面內準確的位置。2.3 測距程

12、序設計單片機的主程序首先對系統環境初始化，設置定時器并給顯示端口清0。然后調用超聲波發生子程序送出一個超聲波脈沖。當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數器中的數（即超聲波來回所用的時間）按下式計算即可測得被測物體與測距儀之間的距離,測出距離后結果將以十進制BCD碼方式送到LED,然后再發超聲波脈沖重復上述測量過程。主程序框圖如圖9所示。 開始系統初始化發送超聲波顯示結果計算定位接受超聲波圖9 軟件設計流程2.4 結果顯示單片機接收到電路反饋回來的時間信息，經過相應算法的處理后, 得到物體到發射器的距離與方向等信息,既可以控制相應的被控對象進行相應的動作, 另一方面可以通過LED 顯示相應的距

13、離。為節省單片機硬件資源，采用動態掃描方式顯示。3 結束語本系統是基于二維平面的GPS定位教學演示系統，意在讓實驗者理解，掌握GPS定位的工作原理和工作過程中各個部分的功能。結構較為簡單，過程不很復雜，但是測量精度會受到一定限度，以后應著力提高該實驗的精度。需要說明的是，由于該系統為演示實驗，工作平面無需太大，面積在平方米左右，所以每次測距時間較短，完成三次測距為秒量級，在一輪次定位后，可以無間隔地進行下一輪次的定位，因此，此定位系統可以實現實時定位的功能。參考文獻：頂格，字體為五號黑體，單倍行距，段前段后為6磅1 魯琦，殳國華 基于單片機的紅外超聲室內定位系統.微處理機.2006小五號宋體，段前段后為0行，行距固定值12磅2 楊自棟 簡易超聲波測距儀的軟硬件設計. 農業裝備與車輛工程.20053 靳達 單片機應用系統開發實例導航北京： 人民郵電出版社，20034 龍承志，熊殷，馬玉秋，沈樹群. 普適計算環境下室內定位模型的研究. 計算機應用研究.20065 曹茂永, 一