CN102073040A - 超音波感测器的控制方法 - Google Patents

超音波感测器的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种超音波感测器的控制方法，包括：测量一障碍物的一距离；判断该距离是否小于一距离临界值；以及如果该距离小于该距离临界值，调整一驱动电压。

Description

超音波感测器的控制方法
技术领域
本发明涉及一种超音波感测器的控制方法。
背景技术
超音波感测器是一种利用超音波的发射与接收来量测如位置、速度、距离等物理量的感测器。在一般应用超音波感测器的装置中，微处理器会先根据欲发射的超音波的频率、大小等条件来产生驱动电压/电流讯号，用以驱动发射器发射出所需的超音波讯号；接着，接收器会接收被反射回来的超音波讯号，微处理器再将接收到的反射超音波讯号转为电压/电流讯号。通常，超音波感测器具有接收及发射讯号的功能。
以目前的超音波感测器的应用来看，某些应用是使用单一超音波感测器来进行发射及接收超音波的功能，而某些应用则是使用2颗或多颗超音波感测器，其超音波感测器之间可互相传送及接收。然而，不论是使用单一个或多个超音波感测器，由于受限于超音波感测器的特性，使得超音波感测器所能检测的距离范围也有所限制，特别是在近距离的检测。
当使用2颗或多颗超音波感测器时，由于其一般设计为由其中一颗超音波感测器发射超音波，而由另一颗超音波感测器接收反射的超音波。不过，由于在检测近距离的物体时，很容易产生多重反射的反射音波，而导致在使用此种接收方式时，负责接收的超音波感测器不易正确判断出主要反射音波与多重反射的反射音波而造成控制上的困难。
而在使用单颗超音波感测器时，残响时间(ringing time，reverberation time)会影响最短检测距离。如上述，微处理器会输出驱动信号至超音波发射器。当此驱动信号结束后，超音波发射器仍然会因惯性而于短暂时间内持续超音波振动，也就是说，于驱动信号结束后，超音波发射器仍然于短暂时间内持续发出超音波。此现象称为残响，而此段时间称为残响时间。
以应用单颗超音波感测器的应用来说，此颗超音波感测器要自行负责发射超音波与接收超音波。然而，若在残响时间内接收到反射音波，由于反射音波与发射音波的讯号相互重迭，因此微处理器将无法分辨出反射音波。故而，在单颗超音波感测器的应用中，其一般会避免检测在残响时间距离内的物体，换句话说，残响时间会限制超音波感测器的最短可检测距离。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种超音波感测器的控制方法，当检测到障碍物距离太近时，会调高超音波感测器的驱动电压，以增进反射音波的检测可靠性。
根据本发明的另一个方面，一种超音波感测器的控制方法，当检测到障碍物距离太近时，会调低超音波感测器的驱动电压，以改善最短可检测距离。
本发明的一示范实施例提出一种控制方法，应用于一超音波感测器，该方法包括：测量一障碍物与该超音波感测器间的一距离；判断该距离是否小于一距离临界值；以及如果该距离小于该距离临界值，调低该超音波感测器的一驱动电压。
本发明的另一示范实施例提出一种控制方法，应用于一第一与一第二超音波感测器，该方法包括：测量一障碍物与该第一及该第二超音波感测器间的一距离；判断该距离是否小于一距离临界值；以及如果该距离小于该距离临界值，调高该第一与该第二超音波感测器的一驱动电压。
本发明的又一示范实施例提出一种超音波感测器的控制方法，包括：测量一障碍物的一距离；判断该距离是否小于一距离临界值；以及如果该距离小于该距离临界值，调整一驱动电压。
为使本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1显示本发明第一实施例的超音波感测器的功能方块图。
图2显示根据本发明第一实施例的时序图。
图3显示根据本发明第一实施例的控制流程图。
图4显示本发明第二实施例的超音波感测器的功能方块图。
图5显示根据本发明第二实施例的时序图。
图6显示根据本发明第二实施例的控制流程图。
附图符号说明
100、400：电子装置
110、410：微处理器(μP)
121、131、421：发射电路
122、132、422：接收电路
123、133、423：超音波感测器
10：障碍物
210、211、510、511：驱动电压
220、231、520、522：超音波信号
221、230、521：反射音波
310～350、610～650：步骤
RT1、RT2：残响时间
具体实施方式
在本发明提出的数个实施例中，当发现障碍物距离太近时，会调整(调高或调低)超音波感测器的驱动电压，以增进反射音波的检测可靠性或改善最短可检测距离。
第一实施例
在本发明第一实施例中，当发现障碍物距离太近时，会调高超音波感测器的驱动电压，以增进反射音波的检测可靠性。为解释方便，在本发明第一实施例中，以2颗超音波感测器为例说明，但当知本发明并不受限于此，亦即，本发明其它实施例可应用于多颗超音波感测器的情况。
图1显示根据本发明第一实施例的电子装置的功能方块图。如图1所示，电子装置100包括微处理器(μP)110、发射电路121与131、接收电路122与132、超音波感测器123与133。微处理器110发出驱动讯号给发射电路121与131。发射电路121与131依据此驱动讯号来分别驱动超音波感测器123与133，以发射出超音波。
当超音波碰到障碍物10(如手，墙壁等)时，超音波将会受到反弹而产生反射音波，反射音波会被超音波感测器123与133所接收。接收电路131与132会将此反射音波转化成电压/电流讯号并传回给微处理器110。微处理器110量测出从发射超音波到接收到反射音波之间的时间差，此时间差乘上超音波的速度，就可计算出超音波感测器与障碍物之间的距离(也就是此电子装置与障碍物之间的距离)。
图2显示根据本发明第一实施例的时序图。于图2中，μP代表由微处理器所发出的电压脉冲信号(亦可称为驱动电压)；S1代表第一颗超音波感测器的收/发超音波信号；而S2则代表第二颗超音波感测器的收/发超音波信号。在本实施例中，由微处理器所发出的电压脉冲信号会轮流输出给其中一个超音波感测器以发射超音波，并由另一个超音波感测器接收反射音波。然而，在其它实施例中，由微处理器所发出的电压脉冲信号亦可固定输出给其中一个超音波感测器以发射超音波，并固定由另一个超音波感测器接收反射音波。
如图2所示，电压脉冲信号210先输入至第一颗超音波感测器，故而，第一颗超音波感测器发出超音波信号220。超音波信号220遇到障碍物而反射为反射音波230，被第二颗超音波感测器所接收。微处理器计算超音波信号220的发射时间至反射音波230的接收时间之间的时间差，以计算出两颗超音波感测器与障碍物间的距离，在此，假设两颗超音波感测器与障碍物之间的距离为相等。
微处理器会根据计算出的距离值来判断两颗超音波感测器与障碍物之间的距离是否太近。如果微处理器判断两颗超音波感测器与障碍物间的距离太近，则微处理器会增大驱动电压(亦即加大电压脉冲信号的振幅)。振幅加大后的电压脉冲信号211则输入至第二颗超音波感测器。之后，第二颗超音波感测器会根据振幅加大的电压脉冲信号211发出超音波信号231。超音波信号231遇到障碍物会反射为反射音波221，并被第一颗超音波感测器所接收。
于现有技术中，当障碍物距离太近时，超音波感测器将会接收到多重反射音波。通常而言，多重反射音波经过多重反射后，其振幅会衰减，然而如果主要反射音波与多重反射音波之间的振幅相差不大，微处理器将不易从中分别出主要反射音波，而造成控制上的困难或产生错误的操作。
但于本发明第一实施例中，当微处理器判断出障碍物距离太近时，微处理器会增大驱动电压(亦即加大所发出的超音波信号的强度)，使得主要反射音波(如反射音波221)的强度/振幅也变大，以增加主要反射音波与多重反射音波的振幅的差异性。如此一来，即使超音波感测器接收到多重反射音波，由于主要反射音波与多重反射音波间的振幅相差较明显，故而，微处理器可由振幅的大小分辨出主要反射音波，而进行正确控制。
图3显示根据本发明第一实施例的控制流程图。如图3所示，首先，测量障碍物距离D，如步骤310所示。步骤310的细节可由上述描述了解，故其细节不再重复。
接着，如步骤320所示，判断此障碍物距离D是否小于距离临界值Dth。如果是的话，代表障碍物距离超音波感测器太近。故而，当障碍物距离D小于距离临界值Dth时，微处理器会增加驱动电压(亦即增强发射超音波的强度)，如步骤330所示。反之，如果障碍物距离D大于等于距离临界值Dth，微处理器会维持驱动电压(亦即维持发射超音波的强度)，如步骤340所示。
之后，微处理器会根据障碍物距离D进行相对应的控制，如步骤350所示。在本实施例中，微处理器所进行相对应的控制比如但不受限于，灯具的开/关控制，距离的量测等。
第二实施例
在本发明第二实施例中，当发现障碍物距离太近时，会调低超音波感测器的驱动电压，以改善最短可检测距离。本发明第二实施例适合于单颗超音波感测器的应用中。
图4显示根据本发明第二实施例的电子装置的功能方块图。如图4所示，电子装置400包括微处理器410、发射电路421、接收电路422与超音波感测器423。这些组件的功能相似于图1的组件，故于此不重述。
图5显示根据本发明第二实施例的时序图。于图5中，μP代表由微处理器所发出的电压脉冲信号；S代表此颗超音波感测器的收/发超音波信号。
如图5所示，电压脉冲信号510会输入至超音波感测器，故而，超音波感测器发出超音波信号520。超音波信号520遇到障碍物会反射为反射音波521，并被超音波感测器所接收。接收到反射音波521后，微处理器计算从发射出超音波信号520至接收到反射音波521之间的时间差，以计算出超音波感测器与障碍物间的距离。
微处理器会根据计算出的距离值来判断超音波感测器与障碍物之间的距离是否太近。如果计算后，微处理器判断超音波感测器与障碍物间的距离太近，则微处理器会减少驱动电压(亦即减少电压脉冲信号的振幅)。振幅减少后的电压脉冲信号511输入至超音波感测器。之后，超音波感测器会根据振幅减少的电压脉冲信号511发出超音波信号522。
于现有技术中，当障碍物距离太近时，反射音波的接收时间可能会重迭于残响时间，也就是说，当超音波感测器还在残响时，反射音波就已经被超音波感测器所接收，故而微处理器会无法分辨出反射音波(因为反射音波重迭于发射音波)。在一般的超音波感测器中，为了避免反射音波的接收时间与残响时间重迭，其会设定最短可检测距离，而越长的残响时间将会导致超音波感测器的最短可检测距离也跟着变长，意即，超音波感测器无法检测过近距离的物体。
但于本发明第二实施例中，当微处理器判断出障碍物距离太近时，微处理器会降低驱动电压(亦即减少所发出的超音波信号的强度)，以缩短残响时间。超音波信号的振幅大小与残响时间的长短有关，请再次参考图5，若超音波信号520的振幅较大，其残响时间RT1较长；相对地，若超音波信号522的振幅较小，其残响时间RT2较短(RT1＞RT2)。因此，可通过降低驱动电压以减小超音波信号的振幅，使反射音波落于残响时间之外，则此反射音波即可被微处理器所分辨。由于残响时间乘上音速可视为超音波感测器的最短可检测距离，因此经由降低驱动电压的关系，使残响时间变短，进而最短可检测距离亦可变短。
图6显示根据本发明第二实施例的控制流程图。如图6所示，首先，测量障碍物距离D，如步骤610所示。步骤610的细节可由上述描述了解，故其细节不再重复。
接着，如步骤620所示，判断此障碍物距离D是否小于距离临界值Dth。如果是的话，代表障碍物距离超音波感测器太近。当障碍物距离D小于距离临界值Dth时，微处理器会降低驱动电压(亦即降低发射超音波的强度)，如步骤630所示。
反之，如果障碍物距离D大于等于距离临界值Dth，微处理器会维持驱动电压(亦即维持发射超音波的强度)，如步骤640所示。之后，微处理器会根据障碍物距离D进行相对应的控制，如步骤650所示。
在本实施例中，微处理器所进行相对应的控制比如但不受限于，灯具的开/关控制，距离的量测等。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明。本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (11)

1.一种控制方法，应用于一超音波感测器，该方法包括：
测量一障碍物与该超音波感测器间的一距离；
判断该距离是否小于一距离临界值；以及
如果该距离小于该距离临界值，调低该超音波感测器的一驱动电压。
2.如权利要求1所述的方法，其中，调低该超音波感测器的该驱动电压的该步骤包括：
调低该超音波感测器所发出的一超音波的一强度，以缩短该超音波感测器的一残响时间。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
如果该距离大于或等于该距离临界值，维持该超音波感测器的该驱动电压。
4.一种控制方法，应用于一第一与一第二超音波感测器，该方法包括：
测量一障碍物与该第一及该第二超音波感测器间的一距离；
判断该距离是否小于一距离临界值；以及
如果该距离小于该距离临界值，调高该第一与该第二超音波感测器的一驱动电压。
5.如权利要求4所述的方法，还包括：
如果该距离大于或等于该距离临界值，维持该第一与该第二超音波感测器的该驱动电压。
6.一种超音波感测器的控制方法，包括：
测量一障碍物的一距离；
判断该距离是否小于一距离临界值；以及
如果该距离小于该距离临界值，调整一驱动电压。
7.如权利要求6所述的方法，其中，测量该障碍物的该距离的该步骤还包括：
测量一障碍物与一第一超音波感测器间的一距离。
8.如权利要求7所述的方法，其中，调整该驱动电压的该步骤还包括：
调低该第一超音波感测器的该驱动电压。
9.如权利要求6所述的方法，其中，测量该障碍物的该距离的该步骤还包括：
测量一障碍物与一第一及一第二超音波感测器间的一距离。
10.如权利要求9所述的方法，其中，调整该驱动电压的该步骤还包括：
调高该第一与该第二超音波感测器所发出的该驱动电压。
11.如权利要求6所述的方法，还包括：
如果该距离大于或等于该距离临界值，维持该驱动电压。
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