CN111208518B - 环境检测装置及应用其的环境检测方法 - Google Patents

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Abstract

环境检测方法包括以下步骤。首先，超声波发射器发射超声波至图一反射锥面，其中第一反射锥面全周向地反射超声波至环境。然后，超声波接收器接收到从第二反射锥面反射回的超声波。然后，控制器记录超声波接收器所接收到的接收信号波形。

Description

环境检测装置及应用其的环境检测方法
技术领域
本发明是有关于一种环境检测装置及应用其的环境检测方法，且特别是有关于一种利用超声波的环境检测装置及应用其的环境检测方法。
背景技术
现有的测距装置，是透过超声波发射器及超声波接收器平行朝向同一方向，依据超声波的发射与反射时间计算测距装置与障碍物之间的距离。然而，这样的方式只能检测前述同一方向的障碍物，局限了测距装置的应用。因此，如何提出一种新的测距装置以改善前述问题是本技术领域业者努力的方向之一。
发明内容
本发明是有关于一种环境检测装置及应用其的环境检测方法，可改善前述现有问题。
本发明一实施例提出一种环境检测装置。环境检测装置包括一超声波发射器、一第一反射件、一超声波接收器及一第二反射件。超声波发射器用以发射一超声波。第一反射件具有一第一反射锥面，第一反射锥面用以全周向地反射超声波至一环境。第二反射件具有一第二反射锥面，第二反射锥面用以将从环境反射回的超声波反射至超声波接收器。控制器电性连接超声波接收器，且用以记录超声波接收器所接收到的超声波的一接收信号波形。
本发明另一实施例提出一种环境检测方法。环境检测方法包括以下步骤。一超声波发射器发射一超声波至一第一反射锥面，其中第一反射锥面全周向地反射超声波至该环境；一超声波接收器接收到从一第二反射锥面反射回的该超声波；以及，一控制器记录超声波接收器所接收到的接收信号波形。
为了对本发明的上述及其他方面有还佳的了解，下文特举实施例，并配合所附式详细说明如下：
附图说明
图1A示出本发明一实施例的环境检测装置的示意图。
图1B示出图1A的环境检测装置的功能方块图。
图1C示出图1A的接收信号波形的示意图。
图2A示出环境检测装置的另一实施例示意图。
图2B示出图2A的环境检测装置的功能方块图。
图3示出图1A的环境检测装置的环境检测方法的流程图。
图4示出图2A的环境检测装置的环境检测方法的流程图。
具体实施方式
请参照图1A～1C，图1A示出本发明一实施例的环境检测装置100的示意图，图1B示出图1A的环境检测装置100的功能方块图，而图1C示出图1A的接收信号波形SW2的示意图。环境检测装置100例如是超声波测距装置，其可检测环境的空间分布且可播放音乐。
环境检测装置100包括超声波发射器110、图一反射件120、导波件125、第一扬声器130、第二反射件140、第二扬声器150、超声波接收器160、电路板170及控制模块180。如图1B所示，电路板170至少包括控制器171、混合器172及放大器173，其中控制器171电性连接于混合器172及放大器173。控制器171、混合器172与放大器173例如是由半导体制程所形成的电路结构(circuit)，且控制器171、混合器172与放大器173至少二者可整合成单一电路结构。控制模块180至少包括处理器181及通讯元件182，其中处理器181电性连接于通讯元件182。处理器181及通讯元件182例如是由半导体制程所形成的电路结构，且处理器181及通讯元件182可整合成单一电路结构。在另一实施例中，处理器181及通讯元件182也可配置在电路板170中，或整合至电路板170的控制器171。
如图1A所示，超声波发射器110用以发射超声波W1。超声波发射器110不限于只能发射超声波，其也可以是超声波收发器。图一反射件120具有第一反射锥面120s1，第一反射锥面120s1用以全周向地反射超声波W1至环境。本文的“全周向”意指超声波W1是360度(往图1A的俯视方向看去)往外(往环境)传播，或称为环场式超声波。本文的“环境”例如是是建筑物内的空间，建筑物例如是办公大楼、家庭住宅、餐厅等各种建筑物。如图1A所示，导波件125侧向地突出超过图一反射件120的侧边，使自第一反射件120反射的超声波W1得以接触到导波件125，进而全周向地传导至环境。第一反射件120与导波件125可以是一体成形结构，然亦可分别制作完成后再组装一起。以材料来说，第一反射件120及/或导波件125例如是由塑胶或合适的传导材料制成。此外，第一反射锥面120s1的锥点P1可对准超声波发射器110的中心位置，使第一反射锥面120s1接收到的超声波W1的强度大部分或几乎全部都能够反射至超声波发射器110。
当传导至环境的超声波W1接触到反射体B1时，会自反射体B1反射。反射体B1例如是环境中任何可反射超声波的物体，如生物(如人、动物)或非生物，其中非生物例如是墙壁、家具、家电等。第二反射件140具有第二反射锥面140s，第二反射锥面140s用以反射从环境反射回的超声波W2。超声波接收器160用以接收从第二反射件140反射的超声波W2。超声波接收器160不限于只能接收超声波，其也可以是超声波收发器。控制器171(示出于图1B)电性连接超声波接收器160且用以记录超声波接收器160的接收信号波形SW2。如此，可透过超声波W1检测环境的反射体B1的位置或位置变化。此外，图二反射件140例如是由塑胶制成。
在本实施例中，第二反射锥面140s的锥点P2可对准第二扬声器150的中心区域，使自第二反射锥面140s反射的超声波W2的强度大部分或几乎全部反射至第二扬声器150的中心区域。此外，超声波接收器160可配置在第二扬声器150的中心区域，以接收信号强度较强或最强的超声波W2。
在本实施例中，超声波接收器160与第二扬声器150可整合成单一部件。例如，可将一子母喇叭中的其中一扬声器以超声波接收器160取代，子母喇叭的另一扬声器即为第二扬声器150，然本发明实施例不受此限。
如图1C所示，接收信号波形SW2为超声波接收器160接收超声波W2后所转换的波形。图示的横轴表示距离，而纵轴表示电压变化。如图所示，当接收信号波形SW2的电压(如图示的突波)超过一阈值电压值Vt时，表示超声波接收器160有接收到反射的超声波W2，其中接收信号波形SW2的突波所对应的距离值D1为反射体B1与环境检测装置100之间的距离；当接收信号波形SW2的电压低于阈值电压值Vt时，表示超声波接收器160接收到的信号为环境中的杂讯，而非反射的超声波W2。电路板170的控制器171可记录此接收信号波形SW2，并将接收信号波形SW2传送给电路板180的处理器181。处理器181透过通讯元件182将接收信号波形SW2传送给云端服务器10。通讯元件182可使用合适的无线传输技术将接收信号波形SW2传送给云端服务器10。
如图1B所示，云端服务器10用以：(1)分析接收信号波形SW2，以取得环境的环境信息，例如取得位于环境的反射体B1的位置；以及，(2)依据此环境信息，发出控制信号C1给处理器181，例如，若环境信息显示反射体B1的位置发生变化，则发出对应该位置变化的控制信号C1给处理器181。处理器181透过通讯元件182接收控制信号C1。处理器181或控制器171用以依据控制信号C1控制至少一电子装置20的功能。电子装置20例如是环境检测装置100内建的电子元件或位于环境检测装置100外部的电子元件。电子装置20例如是光源(如气氛灯、小夜灯)、家电(如空气清净机)或物联网(Internet of Things,IoT)装置等。在另一实施例中，处理器181可依据控制信号C1控制图一扬声器130及/或第二扬声器150的功能，如开启/关闭电源、控制音量等。
在一实施例中，环境检测装置100在一时间区间内传送数个接收信号波形SW2给云端服务器10。本文的“时间区间”例如是介于10毫秒～30毫秒之间的任意数值。云端服务器10依据此些接收信号波形SW2的变化可分析环境的空间大小，及/或环境中至少一反射体B1的位置分布及/或位置动态变化。云端服务器10再依据环境中反射体B1的位置分布及/或位置动态变化，发出对应的控制信号C1给处理器181。例如，当反射体B1离开环境时，控制信号C1为表示关闭光源的信号，处理器181据以禁能光源发光，以达到省电效果。
在另一实施例中，前述云端服务器10的执行步骤及/或功能也可由处理器181及/或电路板170执行。在此设计下，环境检测装置可选择性省略通讯元件182，甚至是省略处理器181。
以下说明控制器171控制超声波发射器110发出超声波W1的过程。
如图1B所示，控制器171发出一超声波控制信号SW1。超声波控制信号SW1依序经过混合器172及放大器173后，传输至超声波发射器110、图一扬声器130及第二扬声器150。由于超声波控制信号SW1为超高频信号，如超过20KHz，因此超声波发射器110、第一扬声器130及第二扬声器150三者中只有超声波发射器110可以依据超声波控制信号SW1发出超声波W1。
在本实施例中，若没有音乐拨放及/或控制需求，环境检测装置100可选择性省略第一扬声器130及/或第二扬声器150，或省略第一扬声器130、第二扬声器150及混合器172。
请参照图2A～2B，图2A示出环境检测装置100的另一实施例示意图，而图2B示出图2A的环境检测装置100的功能方块图。与前述实施例的环境检测装置100不同的是，本实施例的环境检测装置100同时发射超声波及播放音乐。
如图2A所示，图一扬声器130电性连接于控制器171且用以发出第一音乐M1。第一反射件120还具有第三反射锥面120s2。第三反射锥面120s2面向第一扬声器130且用以将第一音乐M1全周向地反射至环境。如所示，图三反射锥面120s2与第一反射锥面120s1位于导波件125的相对二侧。第三反射锥面120s2的锥点P3可对准第一扬声器130的中心区域，使第三反射锥面120s2接收到的第一音乐M1的强度大部分或几乎全部能够反射至第一扬声器130。
第二扬声器150电性连接于控制器171且用以发出第二音乐M2。第二反射锥面140s面向第二扬声器150且用以将第二音乐M2全周向地反射至环境。在本实施例中，第二反射锥面140s的锥点P1对准第二扬声器150的中心位置，使自第二扬声器150发出的第二音乐M2可传播至环绕锥点P1的锥面，以全周向地反射至环境。在一实施例中，第一音乐M1及第二音乐M2的音乐信号SM1例如是来自于外部装置，如云端服务器10或其它位于环境检测装置100以外的装置，如随身碟、手机、电脑等，然亦可来自于电路板170。此外，外部装置可采用无线通讯技术或有线通讯技术将音乐信号SM1传输给控制模块180，再由控制模块180传输给电路板170。
在一实施例中，第一扬声器130及第二扬声器150可发出不同音频的音乐，例如，第一扬声器130可发出音乐信号SM1(如介于20Hz～20KHz的音频范围)中属于中高频率(中高音)的声音，而第二扬声器150可发出音乐信号SM1中属于低频(低音)的声音。在另一实施例中，第一扬声器130可发出音乐信号SM1中属于低频(低音)的声音，而第二扬声器150可发出音乐信号SM1中属于中高频率(中高音)的声音。
以下说明控制器171控制超声波发射器110、第一扬声器130及第二扬声器150分别发出超声波W1、第一音乐M1及第二音乐M2的方式。
如图2B所示，控制器171发出一超声波控制信号SW1。混合器172混合超声波控制信号SW1与音乐信号SM1为混合信号SM2。混合信号SM2透过放大器173的放大后，同时传输至超声波发射器110、图一扬声器130及第二扬声器150。由于混合信号SM2中的超声波控制信号SW1为超高频信号，因此超声波发射器110、第一扬声器130及第二扬声器150三者中只有超声波发射器110可以依据混合信号SM2中的超声波控制信号SW1发出超声波W1。第一扬声器130及第二扬声器150依据混合信号SM2中的音乐信号SM1的不同音频分别发出第一音乐M1及第二音乐M2，其中第一音乐M1及第二音乐M2分别为不同音效，例如分别为中高音效及低音效。
请参照图3，其示出图1A的环境检测装置100的环境检测方法的流程图。
在步骤S105中，请同时参照图1B，控制器171发出超声波控制信号SW1给混合器172。超声波控制信号SW1经由混合器172传输至放大器173，然后再传输给超声波发射器110、图一扬声器130及第二扬声器150。在另一实施例中，若没有音乐播放需求，环境检测装置100可选择性省略第一扬声器130、第二扬声器150及混合器172，在此设计下，超声波控制信号SW1在不透过混合器172下，传输给超声波发射器110。
在步骤S110中，请同时参照图1A，超声波发射器110依据超声波控制信号SW1发射超声波W1至图一反射锥面120s1。由于超声波控制信号SW1为超高频信号，因此超声波发射器110、第一扬声器130及第二扬声器150三者中只有超声波发射器110可以依据超声波控制信号SW1发出超声波W1。
如图1A所示，图一反射锥面120s1全周向地反射超声波W1至环境。当超声波W1接触到反射体B1时，会反射成为超声波W2。
在步骤S120中，在时间区间内，超声波接收器160判断是否接收到从第二反射锥面140s反射回的超声波W2。当超声波接收器160接收到反射回的超声波W2，则流程进入步骤S130。超声波接收器160会将接收到的超声波W1转换成如图1C所示的接收信号波形SW2，图1C中电压大于阈值电压值Vt的突波表示有收到反射回的超声波W2。当超声波接收器160在时间区间内未接收到反射回的超声波W2，则流程回到步骤S110。此外，视实际状况而定，时间区间内所接收的接收信号波形SW2可能包含至少一个电压大于阈值电压值Vt的突波。
在步骤S130中，当在时间区间内超声波接收器160接收到从图二反射锥面140s反射回的超声波W2，控制器171记录超声波接收器160的接收信号波形SW2。例如，电路板170可可包含一记忆体，以储存接收信号波形SW2。记忆体可整合至控制器171或与电路板170的其它元件独立。
在步骤S140中，如图1B所示，控制器171传送接收信号波形SW2给处理器181。
在步骤S150中，如图1B所示，处理器181透过通讯元件182传送接收信号波形SW2给云端服务器10。
云端服务器10分析接收信号波形SW2，以取得环境的环境信息，并依据环境信息，发出对应此环境信息的控制信号C1给处理器181，如图1B所示。
在步骤S160中，如图1B所示，处理器181依据控制信号C1控制电子装置20的功能。
请参照图4，其示出图2A的环境检测装置100的环境检测方法的流程图。
在步骤S205中，如图2A及2B所示，控制器171发出超声波控制信号SW1。
在步骤S206中，如图2B所示，混合器172将超声波控制信号SW1与音乐信号SM1混合成混合信号SM2。
在步骤S207中，如图2B所示，混合信号SM2在经放大器173放大后，传输给超声波发射器110、图一扬声器130及第二扬声器150。
在步骤S208中，如图2B所示，图一扬声器130及第二扬声器150依据混合信号SM2中的音乐信号SM1的不同音频分别发出第一音乐M1及第二音乐M2，其中第一音乐M1及第二音乐M2分别是第一扬声器130及第二扬声器150所发出的不同音效，如分别为中高音效及低音效。
在步骤S210中，如图2B所示，超声波发射器110依据混合信号SM2中的超声波控制信号SW1发射超声波W1至图一反射锥面120s1。由于超声波控制信号SW1为超高频信号，因此超声波发射器110、第一扬声器130及第二扬声器150三者中只有超声波发射器110可以依据超声波控制信号SW1发出超声波W1。
如图2A所示，第一反射锥面120s1全周向地反射超声波W1至环境。当超声波W1接触到反射体B1时，会反射成为超声波W2。
接下来的步骤S220～S260分别类似前述骤S120～S160，于此不再赘述。综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的还动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
[符号说明]
10：云端服务器
20：电子装置
100：环境检测装置
110：超声波发射器
120：第一反射件
125：导波件
120s1：第一反射锥面
120s2：第三反射锥面
130：第一扬声器
140：第二反射件
140s：第二反射锥面
150：第二扬声器
160：超声波接收器
170：电路板
171：控制器
172：混合器
173：放大器
180：控制模块
181：处理器
182：通讯元件
B1：反射体
C1：控制信号
D1：距离值
M1：第一音乐
M2：第二音乐
P1：锥点
SM2：混合信号
SM1：音乐信号
SW1：超声波控制信号
SW2：接收信号波形
S105～S160、S205～S260：步骤
Vt：阈值电压值
W1、W2：超声波

Claims (6)

1.一种环境检测装置，包括：
一超声波发射器，用以发射一超声波；
一第一反射件，具有一第一反射锥面，该第一反射锥面用以全周向地反射该超声波至一环境；
一超声波接收器；
一第二反射件，具有一第二反射锥面，该第二反射锥面用以将从该环境反射回的该超声波反射至该超声波接收器；
一控制器，电性连接该超声波接收器，且用以记录该超声波接收器所接收到的该超声波的一接收信号波形；以及
一第一扬声器，电性连接于该控制器，且用以发出一第一音乐；
一处理器，该控制器还用以传送该接收信号波形给该处理器；
一通讯元件，电性连接于该处理器且用以将该接收信号波形传送至一云端服务器；
其中，该云端服务器用以：
分析该接收信号波形，以取得该环境之一环境信息；以及
依据该环境信息，发出对应该环境信息的一控制信号给该处理器；
其中，该处理器还用以：依据该控制信号控制一电子装置的功能；
其中，该第一反射件还具有一第三反射锥面，该第三反射锥面面向该第一扬声器且用以将该第一音乐全周向地反射至该环境。
2.如权利要求1所述的环境检测装置，该控制器还用以：
分析该接收信号波形，以取得该环境的一环境信息。
3.如权利要求2所述的环境检测装置，其中该电子装置为该环境检测装置内建的电子元件或位于该环境检测装置外部的电子元件。
4.如权利要求1所述的环境检测装置，还包括：
一第二扬声器，电性连接于该控制器，且用以发出一第二音乐；
其中，该第二反射锥面面向该第二扬声器且用以将该第二音乐全周向地反射至该环境。
5.如权利要求1所述的环境检测装置，其中该控制器发出一超声波控制信号；
其中，该环境检测装置还包括：
一混合器，用以混合该超声波控制信号与一音乐信号为一混合信号；及
一放大器，用以传送该混合信号给该超声波发射器及该第一扬声器。
6.一种环境检测方法，包括：
一超声波发射器发射一超声波至一第一反射锥面，其中该第一反射锥面全周向地反射该超声波至该环境；
一超声波接收器接收到从一第二反射锥面反射回的该超声波；
一控制器记录该超声波接收器所接收到的该接收信号波形；
电性连接于该控制器的一扬声器发出一音乐至一第三反射锥面，其中该第三反射锥面面向该扬声器且用以将该音乐全周向地反射至该环境；
在一时间区间内，该超声波接收器判断是否接收到从该第二反射锥面反射回的该超声波；
其中，在该控制器记录该超声波接收器所接收到的该接收信号波形的步骤包括：当在该时间区间内该超声波接收器接收到从该第二反射锥面反射回的该超声波，该控制器记录该超声波接收器的该接收信号波形；
当在该时间区间内该超声波接收器未接收到从该第二反射锥面反射回的该超声波，该超声波发射器持续发射该超声波至该第一反射锥面；以及
该控制器分析该接收信号波形，以取得该环境的一环境信息。
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