CN110286379B - 超声波测距装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声波测距装置、系统和方法。上述超声波测距装置可包括一超声波传送器、一超声波接收器、一光传感器以及一处理器。超声波传送器可发送一超声波信号。超声波接收器可接收上述超声波信号碰到障碍物反射的一反射信号。光传感器可接收来自一外部光源装置的一光源数据。处理器耦接光传感器，以从上述光传感器取得上述光源数据。此外，处理器根据上述光源数据作时间校正，以及在时间校正后，根据其所对应的一条码信息，决定上述超声波传送器发送上述超声波信号的一时间区间。

Description

超声波测距装置、系统和方法

技术领域

本发明说明书主要涉及一超声波测距技术，特别涉及藉由一光源数据先对多个超声波测距装置作时间校正，再进行超声波测距的超声波测距技术。

背景技术

随着科技的发展，超声波被广泛的应用在不同的领域上，例如，距离的测量、医疗、鱼群探测、倒车雷达等。

超声波测距主要利用超声波测距装置发射超声波，以及接收超声波碰到障碍物所反射的信号，以计算距离。然而，当多个电子装置的超声波测距装置需要一起进行超声波测距时，例如：多台无人机需要一起进行表演时，多个电子装置的超声波信号可能会彼此互相干扰，因而发生碰撞。

发明内容

有鉴于上述现有技术的问题，本发明提供了藉由一光源数据先对多个超声波测距装置作时间校正，再进行超声波测距的超声波测距装置、系统和方法。

根据本发明的一实施例提供了一种超声波测距装置。上述超声波测距装置可包括一超声波传送器、一超声波接收器、一光传感器以及一处理器。超声波传送器可发送一超声波信号。超声波接收器可接收上述超声波信号碰到障碍物反射的一反射信号。光传感器可接收来自一外部光源装置的一光源数据。处理器耦接光传感器，以从上述光传感器取得上述光源数据。此外，处理器根据上述光源数据作时间校正，以及在时间校正后，根据其所对应的一条码信息，决定上述超声波传送器发送上述超声波信号的一时间区间。

根据本发明的一实施例提供了一种超声波测距系统。上述超声波测距系统包括一外部光源装置，以及多个电子装置。外部光源装置会产生一光源数据。每一电子装置包括一超声波测距装置。超声波测距装置可包括一超声波传送器、一超声波接收器、一光传感器以及一处理器。超声波传送器可发送一超声波信号。超声波接收器可接收上述超声波信号碰到障碍物反射的一反射信号。光传感器可接收来自一外部光源装置的一光源数据。处理器耦接光传感器，以从上述光传感器取得上述光源数据。此外，处理器根据上述光源数据作时间校正，以及在时间校正后，根据其所对应的一条码信息，决定上述超声波传送器发送上述超声波信号的一时间区间。此外，每一电子装置的超声波测距装置会对应不同条码信息和时间区间。

根据本发明的一实施例提供了一种超声波测距方法。上述超声波测距方法适用一超声波测距装置。上述超声波测距方法包括：接收来自一外部光源装置的一光源数据；根据上述光源数据作时间校正；根据上述超声波测距装置的一处理器所对应的一条码信息，决定上述超声波测距装置的一超声波传送器发送一超声波信号的一时间区间；以及当从一控制装置接收一控制信号时，在上述时间区间执行超声波测距。

关于本发明其他附加的特征与优点，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可根据本申请实施方法中所公开的执行超声波测距系统和方法，做些许的更动与润饰而得到。

附图说明

图1是显示根据本发明的一实施例所述的超声波测距系统100的方块图。

图2是显示根据本发明的一实施例所述的电子装置120的方块图。

图3A是显示根据本发明的一实施例所述的超声波测距装置121的方块图。

图3B是显示根据本发明的一实施例所述的超声波测距装置121的示意图。

图4是显示根据本发明的一实施例所述的时间区间的示意图。

图5A是显示根据本发明的一实施例所述的超声波测距装置121的电路图。

图5B是显示根据本发明的一实施例所述的控制装置122的电路图。

图6是根据本公开的一实施例所述的超声波测距方法的流程图600。

【符号说明】

100 超声波测距系统

110 外部光源装置

120、120-1～120-3 多个电子装置

121 超声波测距装置

122 控制装置

321 超声波传送器

322 超声波接收器

323 光传感器

324 处理器

OP_TRIGER 控制信号

OP_ECHO 回复信号

500 流程图

具体实施方式

本章节所叙述的是实施本发明的最佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

图1是显示根据本发明的一实施例所述的超声波测距系统100的方块图。如图1所示，超声波测距系统100中可包括了一外部光源装置110，以及多个电子装置120-1～120-3。需注意地是，在图1中的方块图，仅为了方便说明本发明的实施例，但本发明并不以此为限。超声波测距系统100也可包括不同数量的电子装置。

根据本发明的一实施例，外部光源装置110可产生一光源数据，并藉由光通信的方式(例如：藉由红外线，但本发明不以此为限)将光源数据传送给电子装置120-1～120-3。根据本发明的一实施例，光源数据可包含一时间分组。电子装置120-1～120-3可根据时间分组作时间校正，以使得电子装置120-1～120-3的内部计时可达成同步。

图2是显示根据本发明的一实施例所述的电子装置120的方块图。电子装置120可适用图1所示的电子装置120-1～120-3。根据本发明的实施例，电子装置120可无人飞机、机器人等不同电子装置。如图2所示，电子装置120可包括一超声波测距装置121，以及一控制装置122。需注意地是，在图2中的方块图，仅为了方便说明本发明的实施例，但本发明并不以此为限。电子装置120也可包含其它元件。

根据本发明的一实施例，超声波测距装置121会接收来自外部光源装置110的光源数据，以进行时间校正。此外，超声波测距装置121会接收控制装置122所传送的控制信号，并根据控制装置122所传送的控制信号进行超声波测距。底下将会以图3作说明。

图3A是显示根据本发明的一实施例所述的超声波测距装置121的方块图。如图3A所示，超声波测距装置121可包括一超声波传送器321、一超声波接收器322、一光传感器323，以及一处理器324。需注意地是，在图3A中的示意图，仅为了方便说明本发明的实施例，但本发明并不以此为限。图3B则是显示根据本发明的一实施例所述的超声波测距装置121的示意图。

根据本发明的一实施例，超声波传送器321可用来发送超声波信号，以及超声波接收器322可用来接收超声波传送器321所发送的超声波信号碰到障碍物后所反射回来之一反射信号。根据本发明的一实施例，光传感器323可是一红外线传感器，但本发明不以此为限。根据本发明的一实施例，处理器324可是一微控制器单元(microcontroller unit，MCU)。

根据本发明的一实施例，当有多个电子装置120(例如：电子装置120-1～120-3)需要一起执行任务时(也就是要同时执行多个电子装置120的超声波测距时)，外部光源装置110会产生一光源数据，并藉由光通信的方式将光源数据传送给每一电子装置120。

每一电子装置120的光传感器323接收到光源数据后，会将光源数据从光通信信号转换成电压信号，并将转换后的光源数据传送给处理器324。处理器324会根据光源数据所包含的时间分组进行时间校正。经过时间校正后，每一电子装置120的处理器324的内部计时将可达成同步。此外，当时间校正后，处理器324会根据其所对应的一条码信息，决定超声波传送器321发送超声波信号的一时间区间。条码信息工厂在生产每一超声波测距装置121时，会贴在每一超声波测距装置121之一组条码(bar code)。此组条码会扫描并写入处理器324的固件中。因此，每一电子装置120的超声波传送器321会具有不同的条码信息。当处理器324要根据其所对应的一条码信息，决定超声波传送器321发送超声波信号的一时间区间时，处理器324会读取其固件所存储的条码信息，以决定超声波传送器321发送超声波信号的时间区间。由于每一电子装置120的超声波传送器321会具有不同的条码信息，因此，每一电子装置120的超声波测距装置121将会在不同的时间区间进行超声波测距。底下将会以图4所示的时间区间为例来作说明。

图4是显示根据本发明的一实施例所述的时间区间的示意图。如图4所示，若以10毫秒(ms)为一时间区间的单位，1秒钟将可被分成100个时间区间。若电子装置120-1的超声波测距装置121的处理器324所对应的条码信息20071026XXX01，电子装置120-1的处理器324会根据其条码信息的最后两码判断，电子装置120-1的超声波测距装置121在时间区间1(0～10ms)进行超声波测距。若电子装置120-2的超声波测距装置121的处理器324所对应的条码信息20071026XXX02，电子装置120-2的处理器324会根据其条码信息的最后两码判断，电子装置120-1的超声波测距装置121在时间区间2(11～20ms)进行超声波测距。若电子装置120-3的超声波测距装置121的处理器324所对应的条码信息20071026XXX05，电子装置120-3的处理器324会根据其条码信息的最后两码判断，电子装置120-1的超声波测距装置121在时间区间5(41～50ms)进行超声波测距。需注意地是，此范例仅本发明的一实施例，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，也可以不同时间长度作为一时间区间的单位。

当每一电子装置时间校正后，就会等待控制装置122所发送的控制信号。当每一电子装置120的处理器324在收到控制装置122所传送的控制信号后，处理器324就会指示超声波传送器321在对应的时间区间发送一固定频率的超声波信号(例如：40KHz的10101010信号，但本发明不以此为限)，以进行超声波测距。当超声波接收器322接收到超声波传送器321所发送的超声波信号碰到障碍物后所反射回来的反射信号后，超声波接收器322会将反射信号转换成电压信号，再传送给处理器324。处理器324会根据超声波来回的时间，计算出一距离值(即(超声波来回的时间*音速)/2)，并根据此距离值回传一回复信号给控制装置122。

根据本发明一实施例，当超声波传送器321发送超声波后，处理器324会开始计时。若在一单位时间(例如：5ms)内超声波接收器322没有接收到反射信号，处理器324，就会重新开始等待控制装置122发送新的控制信号。

根据本发明一实施例，当处理器324从超声波接收器322接收到反射信号(已藉由超声波接收器322转换成电压信号)后，会先经由一运算放大器(Operational Amplifier)(图未显示)将接收到的信号放大，再经由一比较器(图未显示)比较放大的信号的电压值是否超过一临界值。若放大的信号的电压值超过一临界值，处理器324会根据超声波来回的时间，计算出一距离值，并根据此距离值回传一回复信号给控制装置122。若放大的信号的电压值未超过一临界值，处理器324，就会重新开始等待控制装置122发送新的控制信号。

图5A是显示根据本发明的一实施例所述的超声波测距装置121的电路图。图5B是显示根据本发明的一实施例所述的控制装置122的电路图。需注意地是，在图5A-5B中的电路图，仅为了方便说明本发明的一实施例，但本发明并不以此为限。如图5A-5B所示，处理器324的第6引脚会耦接光传感器323，处理器324的第5和7引脚会耦接超声波传送器321，处理器324的第12引脚会耦接超声波接收器322。此外，处理器324的第3引脚会耦接控制装置122的第4引脚，处理器324的第9引脚会耦接控制装置122的第3引脚以及处理器324的第10引脚会耦接控制装置122的第2引脚。控制装置122可经由其的第3引脚传送控制信号OP_TRIGER给处理器324，以通知处理器324进行超声波测距。当处理器324根据超声波来回的时间计算出一距离值后，处理器324会经由其第10引脚传送一回复信号OP_ECHO，以通知控制装置122测据的结果。

根据本发明的一实施例，若只有一电子装置120启动(也就是不须同时执行多个电子装置120的超声波测距)时，处理器324就会直接等待控制装置122所传送的控制信号来执行超声波测距。

图6是根据本公开的一实施例所述的超声波测距方法的流程图600。此超声波测距方法可适用本发明的超声波测距系统100以及超声波测距装置121。在步骤S610，藉由超声波测距装置接收来自一外部光源装置的一光源数据。在步骤S620，藉由超声波测距装置根据上述光源数据作时间校正。在步骤S630，藉由超声波测距装置根据其所包含的一处理器所对应的一条码信息，决定其所包含的一超声波传送器发送超声波信号的一时间区间。在步骤S640，当超声波测距装置从一控制装置接收一控制信号时，藉由超声波测距装置在上述时间区间执行超声波测距。

根据本发明一实施例，超声波测距方法还包括藉由超声波测距装置的处理器根据光源数据所包含的时间分组作时间校正。

根据本发明一实施例，超声波测距方法还包括，当超声波测距装置的超声波传送器发送超声波信号后，超声波测距装置的处理器会开始计时。若在一单位时间(例如：5ms)内超声波测距装置的超声波接收器没有接收到反射信号，超声波测距装置的就会重新开始等待控制装置发送新的控制信号。

根据本发明一实施例，超声波测距方法还包括，当超声波测距装置的处理器从超声波接收器所接收到反射信号(已藉由超声波接收器322转换成电压信号)后，会先藉由一运算放大器(Operational Amplifier)将接收到的信号放大，再藉由一比较器比较放大的信号的电压值是否超过一临界值。若放大的信号的电压值超过一临界值，超声波测距装置会根据超声波来回的时间，计算出一距离值，并根据此距离值回传一回复信号给控制装置。若放大的信号的电压值未超过一临界值，超声波测距装置就会重新开始等待控制装置发送新的控制信号。

根据本发明的实施例所提出的超声波测距方法，当多个电子装置需要进行超声波测距时，多个电子装置可在其对应的时间区间分别来进行超声波测距。因此，将可避免多个电子装置在同时进行超声波测距时，不同电子装置的超声波信号彼此相互干扰的问题。此外，根据本发明的实施例所提出的超声波测距方法，也可降低电子装置对室内定位或卫星定位的依赖。

在本说明书中以及权利要求书中的序号，例如“第一”、“第二”等等，仅为了方便说明，彼此之间并没有顺序上的先后关系。

本公开的说明书所公开的方法和算法，可直接通过通信处理装置经配置以至少一处理器执行，直接应用在硬件以及软件模块或两者的结合上。一软件模块(包括执行指令和相关数据)和其它数据可存储在数据存储器中，像是随机存取存储器(RAM)、快闪存储器(flash memory)、只读存储器(ROM)、可抹除可规化只读存储器(EPROM)、电子可抹除可编程只读存储器(EEPROM)、暂存器、硬盘、便携式硬盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、DVD或在此领域习的技术中任何其它计算机可读取的存储介质格式。一存储介质可耦接至一机器装置，举例来说，像是计算机/处理器(为了说明的方便，在本说明书以处理器来表示)，上述处理器可通过存储介质来读取信息(像是程序代码)，以及写入信息至存储介质。一存储介质可整合一处理器。一特殊应用集成电路(ASIC)可包括处理器和存储介质。一用户设备则可包括一特殊应用集成电路。换句话说，处理器和存储介质以不直接连接用户设备的方式，包括于用户设备中。此外，在一些实施例中，任何适合计算机程序的产品包括可读取的存储介质，其中可读取的存储介质包括和一或多个所公开实施例相关的程序代码。在一些实施例中，计算机程序的产品可包括封装材料。

以上段落使用多种层面描述。显然的，本文的教示可以多种方式实现，而在范例中公开的任何特定架构或功能仅为一代表性的状况。根据本文的教示，本领域技术人员应理解在本文公开的各层面可独立实作或两种以上的层面可以合并实作。

虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (9)

1.一种超声波测距装置，包括：

超声波传送器，发送超声波信号；

超声波接收器，接收上述超声波信号碰到障碍物反射的反射信号；

光传感器，接收来自外部光源装置的光源数据；以及

处理器，耦接上述光传感器，以从上述光传感器取得上述光源数据，并根据上述光源数据作时间校正，以及在时间校正后，根据上述处理器所对应的条码信息，决定上述超声波传送器发送上述超声波信号的时间区间,

其中上述光源数据包含时间分组，且上述处理器根据上述时间分组作时间校正。

2.如权利要求1所述的超声波测距装置，其中上述处理器会从控制装置接收控制信号，以在上述时间区间执行超声波测距。

3.如权利要求2所述的超声波测距装置，其中当上述超声波传送器发送上述超声波信号后，上述处理器开始计时，以及若在单位时间内上述超声波接收器没有接收到反射信号，上述处理器重新等待上述控制装置发送新的控制信号。

4.如权利要求3所述的超声波测距装置，其中当上述处理器收到上述反射信号后，上述处理器将上述反射信号放大，且比较放大后的上述反射信号的电压值是否超过临界值。

5.如权利要求4所述的超声波测距装置，其中若放大的上述反射信号的电压值超过上述临界值，上述处理器根据超声波来回的时间，计算出距离值，并根据上述距离值回传回复信号给上述控制装置，以及其中若放大的上述反射信号的电压值未超过上述临界值，上述处理器重新等待上述控制装置发送新的控制信号。

6.一种超声波测距系统，包括：

外部光源装置，产生光源数据；以及

多个电子装置，其中上述每一电子装置包括超声波测距装置，且其中每一上述超声波测距装置包括：

超声波传送器，发送超声波信号；

超声波接收器，接收上述超声波信号碰到障碍物反射的反射信号；

光传感器，接收上述光源数据；以及

处理器，耦接上述光传感器，以从上述光传感器取得上述光源数据，并根据上述光源数据作时间校正，以及在时间校正后，根据上述处理器所对应的条码信息，决定上述超声波传送器发送上述超声波信号的时间区间，

其中上述每一上述电子装置的超声波测距装置会对应不同条码信息和时间区间，并且

其中上述光源数据包含时间分组，且上述处理器根据上述时间分组作时间校正。

7.如权利要求6所述的超声波测距系统，其中上述每一电子装置还包括：

控制装置，耦接上述处理器，以及产生控制信号，以通知每一上述多个超声波测距装置执行超声波测距。

8.如权利要求7所述的超声波测距系统，其中当上述处理器接收到上述控制信号后，上述处理器在上述时间区间执行超声波测距。

9.一种超声波测距方法，适用超声波测距装置，包括：

接收来自外部光源装置的光源数据；

根据上述光源数据作时间校正；

根据上述超声波测距装置的处理器所对应的条码信息，决定上述超声波测距装置的超声波传送器发送超声波信号的时间区间；以及

当从控制装置接收控制信号时，在上述时间区间执行超声波测距，

其中上述光源数据包含时间分组，且上述处理器根据上述时间分组作时间校正。

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