CN104459703B - 一种声纳测距方法和移动设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声纳测距方法，该方法包括：发射超声波信号；利用微型机电系统MEMS麦克风接收反射信号；获得超声波信号与反射信号的发射和接收时间差，根据时间差获得时间值；再根据时间值以及超声波信号的传播速度，获得测距距离。本发明还公开了一种声纳测距移动设备，该移动设备包括：超声波发生电路、超声波接收电路以及超声波处理电路，分别对应声纳测距方法中的各个步骤。通过上述方式，本发明能够灵敏的接收超声波信号的反射信号，再根据超声波和反射信号的发射和接收时间差、以及超声波信号的传输速度，得到测距距离。

Description

一种声纳测距方法和移动设备

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种声纳测距方法和移动设备。

背景技术

移动终端的广泛普及，使得人们生活更加便利，随着硬件/软件技术的快速发展，移动终端能够支持更多的功能应用，其更加智能化，更加贴近人们的生活习惯。虽然移动设备的功能不断增多但是仍然不能满足人们的需求。

例如在测距方面的应用，在钓鱼、户外运动或日常生活的开车过程中常常需要测量距离。在现有的测距技术中，一般是利用红外射线或超声波的发射及反射来测量距离。具体是通过发射和接收反射的时间差、以及信号的传播速度，来计算得出测距距离。但是很多测距设备体积偏大，人们往往无法随身携带，不能给有需要的用户带来便捷。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种声纳测距方法和移动设备，能够在拥有微型机电系统MEMS麦克风的移动设备上进行声纳测距，方便携带且成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案，提供一种声纳测距方法，包括步骤：

移动设备发射超声波信号；移动设备利用其微型机电系统MEMS麦克风接收超声波信号的反射信号；获得超声波信号与反射信号的发射和接收时间差，根据时间差获得时间值；根据时间值以及超声波信号的传输速度，获得测距距离。

其中，移动设备利用其微型机电系统MEMS麦克风接收超声波信号的反射信号的步骤还包括：移动设备利用其至少两个微型机电系统MEMS麦克风分别接收到超声波信号的至少两个反射信号；获得超声波信号与所述反射信号的发射和接收时间差，根据所述时间差获得时间值的步骤还包括：获得超声波信号与至少两个反射信号的至少两个发射和接收时间差；对至少两个发射和接收时间差进行处理，得到一个时间差数据，再获得时间值。

其中，移动设备利用其微型机电系统MEMS麦克风接收超声波信号的反射信号的步骤之后还包括：比较至少两个反射信号间的相位差，若相位差处于自定义误差范围内，则执行获得超声波信号与反射信号的发射和接收时间差，根据时间差获得时间值的步骤，若相位差处于所述自定义误差范围外，则返回移动设备利用其微型机电系统MEMS麦克风接收超声波信号的反射信号的步骤。

其中，所述移动设备利用其微型机电系统MEMS麦克风接收超声波信号的反射信号的步骤之后包括：对反射信号进行消噪处理，提取其中的超声波频段信号作为获得超声波信号与反射信号的发射和接收时间差，根据时间差获得时间值的步骤中的反射信号。

为解决上述问题，本发明采用另一个技术方案，提供一种声纳测距移动设备，包括：

超声波发生电路，用于发射超声波信号；超声波接收电路，包括微型机电系统MEMS麦克风，用于接收超声波信号的反射信号；超声波处理电路，包括计时器，用于获得超声波信号与反射信号的发射和接收时间差，再根据所述时间差获得时间值，以及计算器，用于根据所述时间值以及所述超声波信号的传输速度，获得测距距离。

其中，超声波接收电路包括至少两个微型机电系统MEMS麦克风，用于接收到超声波信号的至少两个反射信号，并将至少两个反射信号传输至计时器；计时器获得超声波信号与至少两个反射信号的至少两个发射和接收时间差，并对至少两个发射和接收时间差进行处理，得到一个时间差数据，再获得时间值。

其中，超声波处理电路进一步包括：比较器，用于比较至少两个反射信号间的相位差，若相位差处于自定义误差范围内，则将至少两个反射信号传输至计时器，若相位差处于自定义误差范围外，则丢弃至少两个反射信号，再控制超声波接收电路重新接收新的反射信号。

其中，超声波处理电路进一步包括：消噪器，用于对反射信号进行消噪处理，提取其中的超声波频段信号，并将超声波频段信号传输至比较器或计时器。

其中，超声波接收电路包括微型机电系统MEMS麦克风以及音频集线器；微型机电系统MEMS麦克风用于实时接收超声波信号，音频集线器用于选择性的采集微型机电系统MEMS麦克风接收到的超声波信号；

其中，声纳测距移动设备进一步包括基带处理器；基带处理器用于控制超声波发生电路发送信号，以及控制测距距离的显示。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明使用移动设备本身的微型机电系统MEMS麦克风，接收超声波的反射信号，再根据超声波信号和反射信号的发射和接收时间差、以及超声波信号的传输速度，得到测距距离，使得随身携带移动设备的用户无需额外携带声纳测距设备进行测距，方便用户；同时由于充分利用了移动设备上的MEMS麦克风进行测距，因此实现成本低。

附图说明

图1是本发明声纳测距方法的第一实施方式的流程示意图；

图2是本发明声纳测距方法的第二实施方式的流程示意图；

图3是本发明声纳测距方法的第三实施方式的流程示意图；

图4是本发明声纳测距移动设备的第一实施方式的结构示意图；

图5是本发明声纳测距移动设备的第二实施方式的结构示意图；

图6是本发明声纳测距移动设备的第三实施方式的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明声纳测距方法的第一实施方式包括：

步骤101：移动设备发射超声波信号；

该移动设备可为手机、平板电脑、运动手表、运动手环或穿戴式设备等。

该发射方式可选择自动发射，或移动设备依据用户指令进行发射。超声波信号具有定向性，因此，本实施例中，在测量目标物与移动设备的距离时，需要将移动设备正对目标物，使得发射出的超声波信号传至目标物后发生发射，并产生反射信号。在其他实施例中，根据超声波信号发射的位置、方向的变化，移动设备也可以无需正对目标物。

步骤102：利用移动设备的微型机电系统MEMS麦克风接收超声波信号的反射信号；

本实施例中MEMS麦克风本身是作为移动设备的声音输入部件来使用，比如用于打电话时人声的采集输入；在本实施方式中同时作为超声波信号的接收部件，实时接收超声波信号，移动设备也可在需要时控制MEMS麦克风进行选择性接收。

步骤103：获得超声波信号与反射信号的发射和接收时间差，根据时间差获得时间值；

当仅接收到一个反射信号时，将此反射信号所对应的时间差作为时间值；当接收到多个反射信号时，则对多个反射信号对应的多个时间差进行计算分析，获得一个时间值，此计算分析可采用均值处理的方式、取中位数的方式或其他数理统计中的方法。

步骤104：根据时间值以及超声波信号的传输速度，获得测距距离。

假设时间值为T₁，超声波信号的传输速度为V，则本实施例中，测距距离S的计算公式为：S＝VT₁/2。

超声波信号在空气中的传输速度与空气的粘度有关，而空气的粘度与温度有关，因此可在移动设备中设置温度感测器，根据实时测得的温度对传输速度做补偿，使得测距距离更准确。

区别于现有技术，本第一实施方式通过微型机电系统MEMS麦克风能够灵敏的接收到超声波信号的反射信号，并根据接收到的反射信号得到时间值，再计算得到测距距离。使用移动设备本身的微型机电系统MEMS麦克风，接收超声波的反射信号，使得随身携带移动设备的用户无需额外携带声纳测距设备进行测距，方便用户；同时由于充分利用了移动设备上的MEMS麦克风进行测距，因此实现成本低。

参阅图2，本发明声纳测距方法的第二实施方式包括：

步骤201：移动设备发射超声波信号；

步骤202：移动设备利用其至少两个微型机电系统MEMS麦克风分别接收到所述超声波信号的至少两个反射信号；

步骤203：比较至少两个反射信号间的相位差，若相位差处于自定义误差范围内，则执行步骤204，若所述相位差处于所述自定义误差范围外，则返回步骤202；

该自定义误差范围可自主设置，在此误差范围内，则认为所比较的至少两个反射信号是同时接收到的，若在此误差范围外，则重新接收。当误差范围设置较小时，对于移动设备和目标物相对位置的要求较高，需要将移动设备正对目标物，才能较精确的测得目标物到移动设备的距离。当误差范围设置较大时，移动设备与目标物的相对位置要求较小，无需将移动设备正对目标物，测量所覆盖的范围较广。此时移动设备可用于在夜间行走时，测量前方目标物的位置。

步骤204：获得超声波信号与至少两个反射信号的至少两个发射和接收时间差；对至少两个发射和接收时间差进行处理，得到一个时间差数据，再获得时间值；

每个反射信号均对应一个发射和接收时间差，在本实施例中，取所有时间差的平均值，得到一个时间值T₂，其他实施例中，也可采用其他算法来处理时间差，从而获得更为精确的时间值。

步骤205：根据时间值以及超声波信号的传输速度，获得测距距离。

根据时间值T₂，以及超声波信号的传输速度V，计算得到测距距离S＝VT₂/2。

区别于现有技术，本第二实施方式通过至少两个MEMS麦克风灵敏的接收到超声波信号的至少两个反射信号，对该至少两个反射信号所对应的发射和接收时间差进行处理，得到一个时间值，再结合超声波信号的传输速度，获得测距距离。

参阅图3，本发明声纳测距方法的第三实施方式包括：

步骤301：移动设备发射超声波信号；

步骤302：移动设备利用其微型机电系统MEMS麦克风接收所述超声波信号的反射信号；

步骤303：对反射信号进行消噪处理，提取其中的超声波频段信号作为步骤304中的反射信号；

由于在使用移动设备发射或接收信号时，移动设备的震动或外界环境都会使得接收到的信号受到扰动，导致接收到的信号包含有多个频段的信号，对此信号进行处理时，需要提取出处于超声波频段的信号，使得后续步骤中的处理更为准确。

步骤304：比较至少两个反射信号间的相位差，若相位差处于自定义误差范围内，则执行步骤305，若所述相位差处于所述自定义误差范围外，则返回步骤302；

步骤305：获得超声波信号与至少两个反射信号的至少两个发射和接收时间差；对至少两个发射和接收时间差进行处理，得到一个时间差数据，再获得时间值；

步骤306：根据时间值以及超声波信号的传输速度，获得测距距离。

区别于现有技术，本第三实施方式通过至少两个MEMS麦克风灵敏的接收超声波信号的至少两个反射信号，并对该至少两个反射信号做消噪处理，使得后续对至少两个反射信号的相位差的比较更为准确，比较后选择相位差在自定义误差范围内的至少两个反射信号，对该至少两个反射信号所对应的时间差进行处理，得到时间值，并结合超声波的传输速度，得到相比于声纳测距方法的第一实施方式和声纳测距方法的第二实施方式中更为精确的测距距离。

参阅图4，本发明声纳测距移动设备的第一实施方式包括：

本实施方式提供一种声纳测距移动设备400，其中包括，

超声波发生电路41，用于发射超声波信号；

超声波接收电路42，包括微型机电系统MEMS麦克风421，用于接收所述超声波信号的反射信号；

超声波处理电路43，包括计时器431，用于获得超声波信号与反射信号的发射和接收时间差，并对时间差进行处理，获得时间值；以及计算器432，用于对时间值以及超声波信号的传输速度进行计算分析，得出测距距离。

超声波处理模块43分别连接超声波发生电路41以及超声波接收模块42，超声波处理模块43还可控制超声波发生电路41及超声波接收电路42。计时器431连接计算器432，计时器431将得到的时间值传输至计算器432。

本实施方式是基于声纳测距方法的第一实施方式的一种移动设备，超声波发生电路41、超声波接收电路42、超声波处理电路43的计时器431以及计算器432分别对应声纳测距方法的第一实施方式的步骤101、步骤102、步骤103、步骤104，其具体实施步骤相同，这里不再赘述。

区别于现有技术，本实施方式将声纳测距的过程放在移动设备上进行，移动设备具备微型机电系统MEMS麦克风作为超声波接收电路，能够灵敏的接收超声波信号。使用计时器记录超声波信号及反射信号发送和接收时间差，并处理该时间差得到一个时间值，传输至计算器，根据超声波信号的传输速度得到测距距离。

参阅图5，本发明声纳测距移动设备的第二实施方式包括：

本实施方式提供一种声纳测距移动设备500，其中包括，

超声波发生电路51，用于发射超声波信号；

超声波接收电路52，包括两个微型机电系统MEMS麦克风521，用于接收所述超声波信号的反射信号；

本实施例中，使用两个微型机电系统MEMS麦克风，可采集多个信号，以达到更为精确的测量，在其他实施例中，也可使用两个以上的微型机电系统MEMS麦克风。

超声波处理电路53，包括消噪器533，用于对反射信号进行消噪处理，提取其中的超声波频段信号，并将所述超声波频段信号传输至比较器534；

比较器534，用于比较两个反射信号间的相位差，若相位差处于自定义误差范围内，则将比较后的反射信号传输至所述计时器531，若所述相位差处于所述自定义误差范围外，则触发超声波接收电路52重新接收反射信号；

计时器531：用于获得超声波信号与反射信号的发射和接收时间差，并对时间差进行处理，获得时间值；

此计时器531可记录对应麦克风的多个时间差，并内置有相关算法，能够对时间差进行分析计算，最后获得时间值，并将时间值传输给计算器532；

计算器532：用于对时间值以及超声波信号的传输速度进行计算分析，得出测距距离；

本实施方式是基于声纳测距方法的第三实施方式的一种移动设备，本实施方式具体实施步骤与其相似，这里不再赘述。

区别与现有技术与以上实施方式，本实施方式将声纳测距的过程放在移动设备上进行，移动设备具有两个微型机电系统MEMS麦克风，能够采集多个信息，并对该多个信息进行处理，使得计算结果更为精确。同时，超声波处理电路增加了消噪器，能够提取超声波频段的信号，使得后续对信号的处理更为准确，消噪器对信号进行提取后，传输至比较器进行比较，若信号间的差别不大，则可对信号对应的时间差进行处理，得到一个时间值，结合超声波信号的传输速度，计算得到测距距离。

参阅图6，本发明声纳测距移动设备的第六实施方式包括：

本实施方式提供一种声纳测距移动设备600，其中包括，

超声波发生电路61，用于发射超声波信号；

超声波接收电路62，包括微型机电系统MEMS麦克风621以及音频集线器622；

本实施例中，微型机电系统MEMS麦克风621可以实时接收全频段的信号，其中音频集线器622能够选择性的采集微型机电系统MEMS麦克风621所接收到的信号。

超声波处理电路63，包括计时器631，用于获得超声波信号与反射信号的发射和接收时间差，并对时间差进行处理，获得时间值；以及计算器632，用于对时间值以及超声波信号的传输速度进行计算分析，得出测距距离；

基带处理器64，用于控制超声波发生电路61定时发送信号，同时可控制计算器632算得的测距距离的显示。

若声纳测距移动设备600为手机，当超声波处理电路63中的计算器632得到测距距离后，将测距距离传输至基带处理器64，基带处理器64不仅仅可以控制此测距距离的显示，还可以根据测距距离来触发手机的某些操作，实现智能控制。例如，在打电话时，可以测出脸距离手机的距离，当此距离大于阈值时，则基带处理器64控制背光的开启或将通话模式切换为扬声器模式，当此距离小于此阈值时，则基带处理器64控制背光的关闭或将通话模式切换为听筒模式。

本第六实施方式的具体实施步骤如下：

步骤701：基带处理器64控制超声波发生电路61发送超声波信号；

步骤702：微型机电系统MEMS麦克风621接收超声波信号的反射信号；

步骤703：音频集线器622采集微型机电系统MEMS麦克风621所接收到的反射信号，并将采集到的反射信号传输至计时器631；

步骤704：计时器631根据反射信号得到其所对应的接收和反射时间差，生成一时间值并传输至计算器632；

步骤705：计算器632根据时间值以及超声波的传播速度，计算得到测距距离，并将该测距距离传输至基带处理器64；

步骤706：基带处理器64控制该测距距离的显示。

区别与现有技术与以上实施方式，本实施方式将声纳测距的过程放在移动设备上进行，移动设备上超声波接收电路分为MEMS麦克风及音频集线器，能够为方便的对超声波信号的反射信号的接收采集进行控制，移动设备的处理器包括超声波处理电路和基带处理器，超声波处理电路作为协处理器专门用于对音频信号进行处理，基带处理器用于移动设备上其他应用的处理，可提高移动设备的运行速度。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种声纳测距方法，其特征在于，所述声纳测距方法的步骤包括：

移动设备发射超声波信号；

所述移动设备利用其微型机电系统MEMS麦克风接收所述超声波信号的反射信号；

其中，所述移动设备利用其至少两个微型机电系统MEMS麦克风分别接收到所述超声波信号的至少两个反射信号；比较所述至少两个反射信号间的相位差，若所述相位差处于自定义误差范围内，则执行所述超声波信号与所述反射信号的发射和接收时间差，根据所述时间差获得时间值的步骤；若所述相位差处于所述自定义误差范围外，则返回所述移动设备利用其微型机电系统MEMS麦克风接收所述超声波信号的反射信号的步骤；

所述自定义误差范围可自主设置，在此误差范围内，则认为所比较的所述至少两个反射信号是同时接收到的，若在此误差范围外，则重新接收；当所述误差范围设置较小时，对于所述移动设备和目标物相对位置的要求较高，需要将所述移动设备正对所述目标物，才能较精确的测得所述目标物到所述移动设备的距离；当所述误差范围设置较大时，所述移动设备与所述目标物的相对位置要求较小，无需将所述移动设备正对目标物，测量所覆盖的范围较广；

获得所述超声波信号与所述反射信号的发射和接收时间差，根据所述时间差获得时间值；

根据所述时间值以及所述超声波信号的传输速度，获得测距距离。

2.如权利要求1所述的声纳测距方法，其特征在于，

所述获得所述超声波信号与所述反射信号的发射和接收时间差，根据所述时间差获得时间值的步骤包括：

获得所述超声波信号与所述至少两个反射信号的至少两个发射和接收时间差；

对所述至少两个发射和接收时间差进行处理，得到一个时间差数据，再获得所述时间值。

3.如权利要求1至2任一项所述的声纳测距方法，其特征在于，

所述移动设备利用其微型机电系统MEMS麦克风接收所述超声波信号的反射信号的步骤之后包括：

对所述反射信号进行消噪处理，提取其中的超声波频段信号作为所述获得所述超声波信号与所述反射信号的发射和接收时间差，根据所述时间差获得时间值的步骤中的反射信号。

4.一种声纳测距移动设备，其特征在于，所述声纳测距移动设备包括：

超声波发生电路，用于发射超声波信号；

超声波接收电路，包括微型机电系统MEMS麦克风，用于接收所述超声波信号的反射信号；

超声波处理电路，包括计时器，用于获得所述超声波信号与所述反射信号的发射和接收时间差，再根据所述时间差获得时间值；

所述超声波接收电路包括至少两个微型机电系统MEMS麦克风，用于接收到所述超声波信号的至少两个反射信号，并将所述至少两个反射信号传输至所述计时器；

比较器，具体用于比较至少两个反射信号间的相位差，若所述相位差处于自定义误差范围内，则将所述至少两个反射信号传输至所述计时器，若所述相位差处于所述自定义误差范围外，则丢弃所述至少两个反射信号，再控制所述超声波接收电路重新接收新的反射信号；

所述自定义误差范围可自主设置，在此误差范围内，则认为所比较的所述至少两个反射信号是同时接收到的，若在此误差范围外，则重新接收；当所述误差范围设置较小时，对于所述移动设备和目标物相对位置的要求较高，需要将所述移动设备正对所述目标物，才能较精确的测得所述目标物到所述移动设备的距离；当所述误差范围设置较大时，所述移动设备与所述目标物的相对位置要求较小，无需将所述移动设备正对目标物，测量所覆盖的范围较广；

以及计算器，用于根据所述时间值以及所述超声波信号的传输速度，获得测距距离。

5.如权利要求4所述的声纳测距移动设备，其特征在于，

所述计时器获得所述超声波信号与所述至少两个反射信号的至少两个发射和接收时间差，并对所述至少两个发射和接收时间差进行处理，得到一个时间差数据，再获得所述时间值。

6.如权利要求4-5任意一项所述的声纳测距移动设备，其特征在于，所述超声波处理电路进一步包括：

消噪器，用于对所述反射信号进行消噪处理，提取其中的超声波频段信号，并将所述超声波频段信号传输至所述比较器或所述计时器。

7.如权利要求4-5中任意一项所述的声纳测距移动设备，其特征在于，所述超声波接收电路包括微型机电系统MEMS麦克风以及音频集线器；所述微型机电系统MEMS麦克风用于实时接收所述超声波信号，所述音频集线器用于选择性的采集所述微型机电系统MEMS麦克风接收到的超声波信号。

8.如权利要求4-5中任意一项所述的声纳测距移动设备，其特征在于，所述声纳测距移动设备进一步包括基带处理器；所述基带处理器用于控制所述超声波发生电路发送信号，以及控制所述测距距离的显示。