CN111007517A - 用于检测超声波的方法、装置、距离检测设备和饮水机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超声波检测领域，公开了一种用于检测超声波的方法、装置、距离检测设备和饮水机。通过获取超声波信号，并确定获取超声波信号的峰值，最后根据峰值生成检波曲线。以此避免了现有技术中的硬件检波电路检波过程中产生的锯齿现象，生成的检波曲线平滑，提高了检波曲线的准确性。

Description

用于检测超声波的方法、装置、距离检测设备和饮水机
技术领域
本发明涉及超声波检测领域，具体地涉及一种用于检测超声波的方法、装置、距离检测设备和饮水机。
背景技术
目前用到的超声波的检波方案通常采用硬件电路实现，其原理是利用RC充放电模型把固定频率特征滤波出来。采用这种方案的局限性在于：由于RC充放电的特征使得检波后的波形不平滑有锯齿，如图6所示的波形中，W2包含载波的超声波信号，W1为硬件检波后生成的检波信号，可以可以看出在每个载波的峰峰值之间形成锯齿的干扰杂波，如图中竖向箭头所指示的锯齿状的杂波；且由于RC的参数是固定的，因此只能针对一种中心频率来进行检波，实际的超声波中掺杂很多干扰频率，使得检波后出来的波形无法去除干扰波形，而且只能针对固定频率的超声波进行检波，如果频率改变则必须重新更换RC设计参数，使得通用性差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的超声波检波方案带来的检波效果差的问题，提供一种用于检测超声波的方法、装置、距离检测设备和饮水机。
为了实现上述目的，本发明第一方面，提供一种用于检测超声波的方法，包括：
获取超声波信号；
确定超声波信号中的峰值；
根据峰值生成检波曲线。
可选地，确定超声信号中的峰值包括：
获取超声波信号中的AD值；
根据AD值确定峰值。
可选地，根据AD值确定峰值包括：
遍历AD值；
将AD值中比上一个AD值和下一个AD都大的AD值确定为峰值。
可选地，根据峰值生成检波曲线包括：
用线连接峰值以生成检波曲线。
可选地，方法还包括：
确定峰值中的干扰数据；
从峰值中去掉干扰数据后生成检波曲线。
本发明第二方面，提供一种用于检测超声波的装置，装置包括：
超声波探头，用于检测超声波信号；
处理器，被配置成：
从超声波探头获取超声波信号；
确定超声波信号中的峰值；
根据峰值生成检波曲线。
可选地，处理器还被配置成：
获取超声波信号中的AD值；
根据AD值确定峰值。
可选地，处理器还被配置成：
遍历AD值；
将AD值中比上一个AD值和下一个AD都大的AD值确定为峰值。
可选地，处理器还被配置成：
用线连接峰值以生成检波曲线。
可选地，处理器还被配置成：
确定峰值中的干扰数据；
从峰值中去掉干扰数据后生成检波曲线。
可选地，装置还包括：
放大器，放大器的输入端连接超声探头的输出端，放大器的输出端连接处理器，以对超声波信号进行放大，再输入到处理器中。
本发明第三方面，提供一种距离检测设备，距离检测设备包括超声波发射设备和上述的用于检测超声波的装置。
本发明第三方面，提供一种饮水设备，其特征在于，饮水设备包括上述的距离检测设备。
通过上述技术方案的用于检测超声波的方法，通过获取超声波信号，并确定获取超声波信号的峰值，最后根据峰值生成检波曲线。以此避免了现有技术中的硬件检波电路检波过程中产生的锯齿现象，生成的检波曲线平滑，提高了检波曲线的准确性。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施方式的用于检测超声波的方法的流程图；
图2示意性示出了超声波信号的波形示意图；
图3a和图3b示意性示出了根据现有的硬件检波电路输出的检波信号和根据本发明实施方式的检波方法输出的检波信号的波形示意图；
图4示意性示出了本发明实施方式的用于检测超声波的装置的框图；
图5示意性示出了本发明较佳实施方式的装置的简化电路原理图；
图6示意性示出了超声波信号和现有技术的检波输出的检波的波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
需要说明，若本发明实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明实施方式提出一种用于检测超声波的方法。
图1示意性示出了本发明实施方式的用于检测超声波的方法的流程图。
参考图1，该方法包括：
步骤S100：获取超声波信号；
步骤S200：确定超声波信号中的峰值；
步骤S300：根据峰值生成检波曲线。
在该实施方式中，可通过超声波探头检测超声波信号。图2示意性示出了超声波信号的波形示意图。参考图2，超声波信号为一定频率的载波形成的包络信号，该载波频率一般为几十KHz如58KHz。
从图2可知，超声波信号包括由一系列峰值和谷值组成的对称包络信号，如图2中B、D、F、G、H为峰值，A、C、E为谷值，其超声波信号的波形是由其中的峰值点构成的波形。在硬件检波电路中，一般通过RC滤波电路基于RC充放电的原理将载波过滤，将包络信号检测出来，这会使得峰值之间由于RC的充放电过程形成锯齿状波形的干扰信号，从而带来检波后的超声波信号波形中有干扰数据，操作检波波形的失真。
而在本发明实施方式中，基于软件的方式确定上述超声波信号中所有的峰值，如图2中的B、D、E、F等这些峰值，然后根据这些峰值生成检波信号，具体而言，将这些峰值连成线形成如图2所示的线段L则为最后生成的超声波的检波曲线。
通过将这些峰值直接连线形成检波曲线，避免了硬件检波电路在峰值之间由于RC充放电形成的锯齿，以此使得检波的波形更接近原来包络信号，提升了检波波形的准确度。
图3a和图3b示意性示出了根据现有的硬件检波电路输出的检波信号和根据本发明实施方式的检波方法输出的检波信号的波形示意图。从图3a可以明显看出，其检波信号包含了很多的锯齿，以此使得检波曲线不平滑，相对原包络信号产生了不必要的误差，而图3b的检波曲线过渡平滑，明显减少了误差，因而相对硬件检波电路具有明显的优势。
本发明实施方式的用于检测超声波的方法，通过获取超声波信号，并确定获取超声波信号的峰值，最后根据峰值生成检波曲线。以此避免了现有技术中的硬件检波电路检波过程中产生的锯齿现象，生成的检波曲线平滑，提高了检波曲线的准确性。
在本发明的较佳实施方式中，确定超声信号中的峰值包括：
步骤S210：获取超声波信号中的AD值；
步骤S220：根据AD值确定峰值。
在该实施方式中，可通过处理器的A/D(模拟/数字)检测口读取超声波信号的电压值，并转换成AD(模拟至数字)值，以此将超声波信号中的所有电压值均转换成AD值，并从这些AD值中确定其峰值。
具体参考图2所示，可将所有的包络信号包括上下两个包络的电压值如图中包括A点至F点的电压值全部转换成AD值，然后在这些AD值中确定峰值。
具体确定峰值的方案，可包括：
遍历AD值；
将AD值中比上一个AD值和下一个AD都大的AD值确定为峰值。
即按照检测到的每个电压值的时间的先后顺序，将这些AD值中比上一个AD值和下一个AD值都大的AD值确定为峰值，如将比A点AD值大和C点AD值大的B点AD值即可确定为峰值，然后将比C点AD值大和E点AD值大的D点AD值即可确定为峰值，以此顺次确定B、D、E、F等AD值为峰值，最后将这些峰值连线即生成为检波曲线。具体连线的方式可基于其中每两个点的坐标值生成线段，如根据B点和D点坐标值建立函数关系式生成线段，以此顺次将所有点之间生成线段从而生成检波曲线。
在本发明的较佳实施方式中，该方法还包括：
步骤S400：确定峰值中的干扰数据；
步骤S500：从峰值中去掉干扰数据后生成检波曲线。
在该实施方式中，针对超声波信号中可能存在的干扰数据，如出现由于干扰的毛刺导致检波后的AD值中有异常变大或者异常减小的数值，可基于正常的AD值的范围将这些异常的AD值筛选出来，最后生成检波曲线，从而实现了检波的同时过滤干扰的作用，以此使得检波曲线准确度更高。
本发明实施方式还提出一种用于检测超声波的装置。图4示意性示出了本发明实施方式的用于检测超声波的装置的框图。参考图4，该装置包括：
超声波探头10，用于检测超声波信号；
处理器20(图4所示的MCU)，被配置成：
从超声波探头10获取超声波信号；
确定超声波信号中的峰值；
根据峰值生成检波曲线。
处理器20的示例可以包括但不限于，通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、其他任何类型的集成电路(IC)以及状态机等等。
在该实施方式中，从超声波探头10获取的超声波探头10波形如图2所示。超声波信号为一定频率的载波形成的包络信号，该载波频率一般为几十KHz如58KHz。
从图2可知，超声波信号包括由一系列峰值和谷值组成的对称包络信号，如图2中B、D、F、G、H为峰值，A、C、E为谷值，其超声波信号的波形是由其中的峰值点构成的波形。在硬件检波电路中，一般通过RC滤波电路基于RC充放电的原理将载波过滤，将包络信号检测出来，这会使得峰值之间由于RC的充放电过程形成锯齿状波形的干扰信号，从而带来检波后的超声波信号波形中有干扰数据，操作检波波形的失真。
而在本发明实施方式中，处理器20基于软件的方式确定上述超声波信号中所有的峰值，如图2中的B、D、E、F等这些峰值，然后根据这些峰值生成检波信号，具体而言，将这些峰值连成线形成如图2所示的线段L则为最后生成的超声波的检波曲线。
通过将这些峰值直接连线形成检波曲线，避免了硬件检波电路在峰值之间由于RC充放电形成的锯齿，以此使得检波的波形更接近原来包络信号，提升了检波波形的准确度。
图3a和图3b示意性示出了根据现有的硬件检波电路输出的检波信号和根据本发明实施方式的检波方法输出的检波信号的波形示意图。从图3a可以明显看出，其检波信号包含了很多的锯齿，以此使得检波曲线不平滑，相对原包络信号产生了不必要的误差，而图3b的检波曲线过渡平滑，明显减少了误差，因而相对硬件检波电路具有明显的优势。
本发明实施方式的用于检测超声波的装置，处理器20通过超声波探头10获取超声波信号，并确定获取超声波信号，最后根据峰值生成检波曲线。以此避免了现有技术中的硬件检波电路检波过程中产生的锯齿现象，生成的检波曲线平滑，提高了检波曲线的准确性。
在本发明的较佳实施方式中，处理器20还被配置成：获取超声波信号中的AD值；根据AD值确定峰值。
在该实施方式中，可通过处理器20的A/D(模拟/数字)检测口读取超声波信号的电压值，并转换成AD(模拟至数字)值，以此将超声波信号中的所有电压值均转换成AD值，并从这些AD值中确定其峰值。
具体参考图2所示，可将所有的包络信号包括上下两个包络的电压值如图中包括A点至F点的电压值全部转换成AD值，然后在这些AD值中确定峰值。
在确定峰值时，处理器20还被配置成：
遍历AD值；
将AD值中比上一个AD值和下一个AD都大的AD值确定为峰值。
即按照检测到的每个电压值的时间的先后顺序，将这些AD值中比上一个AD值和下一个AD值都大的AD值确定为峰值，如将比A点AD值大和C点AD值大的B点AD值即可确定为峰值，然后将比C点AD值大和E点AD值大的D点AD值即可确定为峰值，以此顺次确定B、D、E、F等AD值为峰值，最后将这些峰值连线即生成为检波曲线。具体连线的方式可基于其中每两个点的坐标值生成线段，如根据B点和D点坐标值建立函数关系式生成线段，以此顺次将所有点之间生成线段从而生成检波曲线。
在本发明的较佳实施方式中，处理器20还被配置成：确定峰值中的干扰数据；从峰值中去掉干扰数据后生成检波曲线。
在该实施方式中，针对超声波信号中可能存在的干扰数据，如出现由于干扰的毛刺导致检波后的AD值中有异常变大或者异常减小的数值，可基于正常的AD值的范围将这些异常的AD值筛选出来，最后生成检波曲线，从而实现了检波的同时过滤干扰的作用，以此使得检波曲线准确度更高。
图5示意性示出了本发明较佳实施方式的装置的简化电路原理图。参考图5，该装置还包括：隔离设备30，隔离设备30的输入端连接超声波探头10的输出端，以对超声波探头10输出的直流信号进行隔离。
进一步地，该装置还包括：放大器40，放大器40的输入端连接超声探头的输出端，放大器40的输出端连接处理器20，以对超声波信号进行放大，再输入到处理器20中。
参考图5，上述的隔离设备30包括第二电阻R2和第一电容C1，其中第二电阻R2的一端为隔离设备30的输入端，第二电阻R2的另一端连接第二电容的一端，第二电容的另一端为隔离设备30的输出端。
放大器40包括第三电阻R3、比较器IC1和第四电阻R4。其中比较器IC1的反相输入端为放大器40的输入端，放大器40的同相输入端接地，第三电阻R3的两端分别连接比较器IC1的反相输入端和比较器IC1的输出端，第四电阻R4的一端连接比较器IC1的输出端，第四电阻R4的另一端接地。比较器IC1的输出端为放大器40的输出端。
进一步的该装置还包括第一电阻R1，第一电阻R1的一端连接超声波探头10的一输出端，第一电阻R1的另一端接地，超声波探头10的另一输出端接地。
上述电路的工作原理如下：
从超声波探头10输出的如图6的W2的超声波信号经第一电阻R1限压，再经有第二电阻R2和第一电容C1组成的隔离电路隔离，过滤其中的直流成分，仅供其中的频率信号的交流成分通过，从而输出的为单纯的交流信号，并输入到比较器IC1的反相输入端，经由第三电阻R3和比较器IC1组成的放电电路进行放大，并经第四电阻R4进行限压后输入到处理器20的一A/D端口，由处理器20对电压信号进行采样并转换成AD值。处理器20将接收到所有超声波信号的AD值进行存储，并筛选出其中的所有峰值，可以采用遍历AD值，并将AD值中比上一个AD值和下一个AD都大的AD值确定为峰值方案进行筛选。并进一步针对AD值中有异常变大或者异常减小的数值确定为干扰信号以去除掉，最后基于每相邻的两个数值基于时间为X轴、电压为Y轴的坐标系建立简单的函数关系式从而生成这两点之间的线段，最后将所有的线段连接从而最终生成检波曲线。相对现有的基于RC硬件电路组成的检波电路，本发明实施方式的检波电路通过处理器20软件检波的方式，其生成的检波曲线过渡光滑，没有硬件检波电路输出的检波曲线中的锯齿波干扰信号，而且还能进一步过滤超声波信号中的干扰信号，以此提升了检波信号的准确度。
本发明实施方式还提出一种测量物体尺寸的检测设备，包括超声波发射设备和上述的用于检测超声波的装置。通过采用本发明实施方式的检测超声波的装置，能相对准确的检测超声波发射设备发射的超声波信号，从而提升物体尺寸的检测准确度。
本发明实施方式还提出一种饮水设备，该饮水设备包括上述的距离检测设备。其中该饮水设备包括饮水机、饮料机、咖啡机中的一者。这些设备具有出液口，在出液口的下方可放置盛液容器如水杯，以接水或者饮料等液体。由于本装置信号接收器接收经待测量物体反射的反射信号，因此信号接收器和信号发射器可以设置于同侧，可方便安装于饮水设备的一侧。通过该检测设备可准确的检测到水杯的高度，从而在用户使用饮水设备时确定对应合适的出液量，实现更加水杯的高度自动输出合适的液量防止溢出。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (13)

1.一种用于检测超声波的方法，其特征在于，包括：
获取超声波信号；
确定所述超声波信号中的峰值；
根据所述峰值生成检波曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述超声信号中的峰值包括：
获取所述超声波信号中的AD值；
根据所述AD值确定峰值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述AD值确定峰值包括：
遍历所述AD值；
将所述AD值中比上一个AD值和下一个AD都大的AD值确定为所述峰值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述峰值生成检波曲线包括：
用线连接所述峰值以生成所述检波曲线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述峰值中的干扰数据；
从所述峰值中去掉所述干扰数据后生成所述检波曲线。
6.一种用于检测超声波的装置，其特征在于，所述装置包括：
超声波探头，用于检测超声波信号；
处理器，被配置成：
从所述超声波探头获取所述超声波信号；
确定所述超声波信号中的峰值；
根据所述峰值生成检波曲线。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器还被配置成：
获取所述超声波信号中的AD值；
根据所述AD值确定峰值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理器还被配置成：
遍历所述AD值；
将所述AD值中比上一个AD值和下一个AD都大的AD值确定为所述峰值。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理器还被配置成：
用线连接所述峰值以生成所述检波曲线。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器还被配置成：
确定所述峰值中的干扰数据；
从所述峰值中去掉所述干扰数据后生成所述检波曲线。
11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
放大器，所述放大器的输入端连接所述超声探头的输出端，所述放大器的输出端连接所述处理器，以对所述超声波信号进行放大，再输入到所述处理器中。
12.一种距离检测设备，其特征在于，所述距离检测设备包括超声波发射设备和根据权利要求6至11所述的用于检测超声波的装置。
13.一种饮水设备，其特征在于，所述饮水设备包括如权利要求12所述的距离检测设备。
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