JPH0682155B2 - Ultrasonic sensor - Google Patents
Ultrasonic sensorInfo
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- JPH0682155B2 JPH0682155B2 JP16988688A JP16988688A JPH0682155B2 JP H0682155 B2 JPH0682155 B2 JP H0682155B2 JP 16988688 A JP16988688 A JP 16988688A JP 16988688 A JP16988688 A JP 16988688A JP H0682155 B2 JPH0682155 B2 JP H0682155B2
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- Japan
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- signal
- wave
- value
- gate
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一定の監視域に侵入した物体が一定時間以上
静止していることを検出することで、その物体の存在を
認知する超音波センサに関し、特に駐車場の駐車スペー
スに車が駐車しているか否かを検出する場合に有効であ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention is an ultrasonic wave that recognizes the presence of an object that has entered a certain monitoring area by detecting that the object is stationary for a certain time or longer. The sensor is particularly effective when detecting whether or not a vehicle is parked in a parking space of a parking lot.
一般に超音波センサは、移動する物体がその監視域に侵
入したか否かを反射波の有無をもって検知し、センサの
出力をON・OFFするものであったので、侵入した物体が
監視域内で静止したままの場合や、付近に歩行者等が存
在したときに誤動作することが多かった。また、超音波
は風や温度の影響を受けやすく、屋外では信頼性が低い
として限られた条件下でしか使用されなかった。In general, ultrasonic sensors detect whether a moving object has entered the surveillance area based on the presence or absence of a reflected wave and turn the sensor output ON / OFF, so the intruding object remains stationary within the surveillance area. In many cases, the robot malfunctioned when left alone or when there were pedestrians in the vicinity. In addition, ultrasonic waves are easily affected by wind and temperature, and are used outdoors only under limited conditions because of their low reliability.
一方、静止物体か移動物体かを問わず、監視域に物体が
入れば検出するセンサとして赤外線センサがあるが、送
波器と受波器間をさえぎる物体は全て検知してしまうの
で、静止物体か移動物体かの判別は困難であり、しかも
水滴や汚れによって影響を受けやすいので、やはり静止
物体の検出には不適当であった。On the other hand, regardless of whether it is a stationary object or a moving object, there is an infrared sensor as a sensor that detects when an object enters the monitoring area, but since it detects all objects that interrupt the transmitter and receiver, Since it is difficult to determine whether it is a moving object or a moving object, and it is easily affected by water droplets and dirt, it was also unsuitable for detecting a stationary object.
さらに、静止物体の検出とはいえ、例えば駐車場の駐車
スペースにおいては車の存在のみを検出し、周囲の歩行
者や、立ち止まっている人の存在は検出しないというよ
うな、特定の種別のみの検出を行う超音波センサは従来
では発明されていない。Furthermore, even if a stationary object is detected, for example, in a parking space of a parking lot, only the presence of a vehicle is detected, and the presence of pedestrians around the vehicle or people at rest are not detected. An ultrasonic sensor for detecting has not been invented in the past.
本発明は上記従来の課題を解決するもので、屋内・屋外
を問わず検出域での静止物体の存在を検出するもので、
さらに静止物体の性質に応じて特定種別の物体の存在の
みを検出することができる超音波センサを提供すること
を目的とする。The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to detect the presence of a stationary object in the detection range regardless of whether it is indoors or outdoors,
It is another object of the present invention to provide an ultrasonic sensor capable of detecting only the existence of a specific type of object according to the property of a stationary object.
本発明は上記課題を解決するために、一定周期で一群の
超音波を断続的に送波する送波手段と、超音波を受波・
増幅する手段と、この増幅信号を整流後、一定レベル以
上の検波信号要素を取り出すレベルスライス回路と、送
波器と受波器との距離によって予め定められ、直接波の
検出タイミングでONする直接波ゲート信号と、予め想定
した距離内での物体からの反射波のみの検出タイミング
でONする反射波ゲート信号と、上記検波信号要素を2つ
のゲート信号とをアンドゲートに入力し、直接波と反射
波とのそれぞれ別個のデジタル信号をとりだす手段とか
ら成る反射波・直接波検出回路と、上記送波から反射波
の受波までの時間差を測定する演算手段と、前回の測定
値を基準値とし、その後の測定値が前回の測定値の予め
設定した誤差許容値内に入ればその回数を累積的にカウ
ントする手段と、連続して所定のカウントに至れば静止
物体存在信号を出力し、その後誤差許容値内の測定値が
入力されている間は上記累積カウントをリセット側に保
持し、誤差許容値を外れた測定値が入力されれば上記カ
ウントを累積し、連続して所定のカウントに至れば静止
物体存在信号をOFFする手段と、それぞれの所定のカウ
ントに至るまでに測定値が上記誤差許容値から外れた場
合は累積カウントをリセットして上記基準値から再度測
定する手段とから成る制御回路とを備えた構成を採用し
た。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a transmitting means for intermittently transmitting a group of ultrasonic waves at a constant cycle, and a means for receiving ultrasonic waves.
Amplification means, level slicing circuit that extracts the detected signal element above a certain level after rectifying this amplified signal, predetermined by the distance between the transmitter and the receiver, and is turned on at direct wave detection timing. The wave gate signal, the reflected wave gate signal that turns on at the detection timing of only the reflected wave from the object within the distance assumed in advance, and the two gate signals for the above detection signal element are input to the AND gate, and the direct wave is input. A reflected wave / direct wave detection circuit consisting of a means for taking out separate digital signals from the reflected wave, a calculation means for measuring the time difference from the transmission wave to the reception of the reflected wave, and the previous measurement value as a reference value If the subsequent measurement value falls within the preset error tolerance of the previous measurement value, a means for cumulatively counting the number of times and a stationary object presence signal is output if the predetermined count is reached continuously. Then, while the measured value within the error tolerance value is being input, the above cumulative count is held on the reset side, and if the measurement value outside the error tolerance value is input, the above count is accumulated and continuously specified. Means for turning off the stationary object presence signal when the count reaches, and means for resetting the cumulative count and measuring again from the reference value if the measured value deviates from the error tolerance value before reaching each predetermined count. A configuration including a control circuit including and is adopted.
また、上記直接波のデジタル信号が検出できない等、所
定の一定周期から外れた場合には、故障信号を出力する
という手段も採用した。Further, a means of outputting a failure signal when the digital signal of the direct wave cannot be detected or when it deviates from a predetermined fixed period is adopted.
送波手段では一定の周期で超音波を断続的に送波してお
り、受波・増幅手段には廻り込んだ直接波が微少のディ
レイをもって同一周期で入力され、かつ監視域に物体が
存在する場合にはその反射波が入力される。この両入力
は1本の信号として処理されるが、アンドゲートにおい
てそれぞれ直接波と反射波の検出タイミングのゲート信
号によって直接波デジタル信号と反射波デジタル信号に
分離される。The transmitting means transmits ultrasonic waves intermittently at a constant cycle, and the direct wave sneaking into the receiving / amplifying means is input in the same cycle with a slight delay, and an object exists in the monitoring area. If so, the reflected wave is input. Both these inputs are processed as one signal, but are separated into a direct wave digital signal and a reflected wave digital signal by a gate signal at the detection timing of the direct wave and the reflected wave in the AND gate.
上記デジタル信号のうち反射波デジタル信号が制御回路
に入力されれば、送波時刻と反射波の受波時刻との時間
差をデジタル処理、あるいはアナログ処理によって物体
までの距離に比例する値を演算し、測定値が前回の測定
値を基準値とする与えられた許容誤差内にあれば累積カ
ウントを進行させ、所定のカウントに至れば静止物体が
存在するものとして静止物体存在信号を出力する。反対
に測定値が前回の測定値の誤差を外れた場合には累積カ
ウント数をゼロにリセットし、初めから測定をやりなお
すものである。何れの場合にも、今回の測定値を次回の
測定に対する基準値として扱う。If the reflected wave digital signal of the above digital signals is input to the control circuit, the time difference between the transmission time and the reception time of the reflected wave is calculated by digital processing or analog processing to calculate a value proportional to the distance to the object. If the measured value is within the given tolerance with the previous measured value as the reference value, the cumulative count is advanced, and if the predetermined value is reached, the stationary object presence signal is output as if the stationary object exists. On the contrary, when the measured value deviates from the error of the previous measured value, the cumulative count number is reset to zero and the measurement is restarted from the beginning. In any case, the current measurement value is treated as the reference value for the next measurement.
また、一旦静止物体の存在が認められ、静止物体存在信
号が出力された状態で、累積カウンタのリセットとカウ
ントの両入力に入力される信号をスイッチ回路を通じて
入れ替えることにより、累積カウンタがカウントする内
容がこれまでの記述と逆転する。即ち、物体が引き続き
静止している場合には、上下限比較器の出力のアンド関
係が成立するが、比較タイミング信号はスイッチ回路を
通して累積カウンタのリセット入力に入力されるため、
累積カウンタの内容はゼロとなる。この状態で一時的に
物体が動いたり、周囲に他の移動物体が存在したりする
ことで、上述の許容誤差を越える測定値が得られた場合
には上下限比較器の出力アンドは成立せず、比較タイミ
ング信号は累積カウンタのカウント入力に入力され、カ
ウンタはその積算を進行することになる。このように、
所定のカウントに至れば静止物体存在信号はOFFになる
が、所定のカウントに達する前に再び物体が静止したと
認められる状態になったときは、累積カウンタはリセッ
トされ、ゼロに戻る。Also, once the presence of a stationary object is recognized and the stationary object presence signal is output, the signals input to both reset and count inputs of the cumulative counter are switched through the switch circuit, so that the cumulative counter counts. Is the reverse of the description so far. That is, when the object is still still, the AND relation of the outputs of the upper and lower limit comparators is established, but since the comparison timing signal is input to the reset input of the cumulative counter through the switch circuit,
The content of the cumulative counter becomes zero. In this state, if the measured value exceeds the permissible error due to the temporary movement of the object or the presence of other moving objects in the surroundings, the output of the upper and lower limit comparator cannot be established. Instead, the comparison timing signal is input to the count input of the accumulator and the counter will proceed with its integration. in this way,
When the predetermined count is reached, the stationary object presence signal is turned off, but if the object is again recognized to be stationary before the predetermined count is reached, the cumulative counter is reset and returns to zero.
上述の累積カウンタの動作を要約すると、先ず所定のカ
ウントに達するまで、物体が連続して静止状態であると
認められた場合には静止物体存在信号は出力され、その
前に一度でも物体が動いていると認められた場合には累
積カウンタはリセットされ、その内容はゼロとなり、再
び最初から所定回数の連続静止の測定の待機状態とな
る。反対に、一旦静止物体が存在することが認識された
後は、ごく短時間程度物体が動いたり、他の物体による
ノイズ等によってそのように認識されても、静止物体存
在信号は変化せず、物体が連続的に移動している、また
は連続的にその存在が認められない状態に至って始めて
累積カウンタが所定カウントに至り、これに伴って静止
物体存在信号がOFFとなる。To summarize the operation of the above-mentioned accumulative counter, a stationary object presence signal is output when an object is recognized to be in a stationary state continuously until a predetermined count is reached, and the object moves at least once before that. If it is recognized that the accumulated counter is reset, the content becomes zero, and the standby state is again set for a predetermined number of continuous stationary measurements from the beginning. On the other hand, once it is recognized that a stationary object exists, the stationary object presence signal does not change even if the object moves for a very short time or is recognized as such due to noise from other objects, The cumulative counter reaches the predetermined count only when the object is continuously moving or when the existence thereof is not recognized continuously, and the stationary object existence signal is turned off accordingly.
一方、直接波デジタル信号は送波手段からアンドゲート
までの回路が正常に機能している限りは確実に出力され
るが、この信号を監視することによって機器の故障を検
出できるという作用を奏する。On the other hand, the direct wave digital signal is reliably output as long as the circuit from the wave transmitting means to the AND gate is functioning normally, but by monitoring this signal, a failure of the device can be detected.
以下、本発明の実施例を図面に従って詳述すると、第1
図は超音波センサの反射波・直接波検出回路を示し、1
は一定周期で一群の超音波を断続的に作り出す送波部
(たとえば250ms間隔で1ms送波)、2はこれを外部に送
り出す送波器で、両者によって送波手段を構成する。送
波器2から送り出された超音波は、受波器3に入力され
るが、この場合、送波器2から直接廻り込んで入力され
る直接波、及び監視域に物体4が存在する場合にのみ入
力される反射波の両方共が受波器3に入力され、一つの
入力信号を形成する。この入力信号は極めて低レベルな
ので、増幅器5により増幅する。増幅後の信号はフィル
ター6を通した後、検波回路7によって検波し、一定レ
ベル以上を抽出するレベルスライス回路8を通し、直接
波・反射波のみの検波信号要素を取り出す。このように
してスライスレベル以下のノイズ成分は除去され、必要
な信号成分のみ出力される。An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
The figure shows the reflected / direct wave detection circuit of the ultrasonic sensor.
Is a wave-transmitting section that intermittently generates a group of ultrasonic waves at a constant period (for example, 1 ms is transmitted at 250 ms intervals), and 2 is a wave-transmitting device that sends this out to the outside. The ultrasonic wave sent from the wave transmitter 2 is input to the wave receiver 3, but in this case, when the direct wave directly wraps around from the wave transmitter 2 and the object 4 exists in the monitoring area. Both of the reflected waves that are input to the receiver 3 are input to the receiver 3 and form one input signal. Since this input signal has an extremely low level, it is amplified by the amplifier 5. The amplified signal is passed through the filter 6 and then detected by the detection circuit 7, and then passed through the level slicing circuit 8 for extracting a certain level or more, and the detection signal element of only the direct wave / reflected wave is taken out. In this way, noise components below the slice level are removed, and only the necessary signal components are output.
なお、フィルター6は必ずしも必要でなく、ノイズが少
ない場所に超音波センサを設置する場合には省略しても
よい。The filter 6 is not always necessary and may be omitted when the ultrasonic sensor is installed in a place where noise is small.
一方、直接波と反射波とは時間的にずれがあるので、こ
の点に着目してアンドゲート9・10により別個に取り出
すことができる。即ち、送波器2と受波器3とは予め定
められた間隔で設けられているので、音速を基準に送波
から受波のディレイ時間が計算できるが、このタイミン
グでONするように直接波ゲート信号11を作る。また、反
射波は監視域での物体の位置によって受波に要する時間
が異なるが、所定の監視域(たとえば1〜3m)の最短距
離及び最長距離における要反射時間をカバーできるタイ
ミングでONするように反射波ゲート信号12を作る。この
直接波ゲート信号11及び反射波ゲート信号12をそれぞれ
アンドゲート9・10に入力し、検波信号要素を並列にア
ンドゲート9・10に入力すれば、直接波受信信号と反射
波受信信号とを別個に取り出すことができる。13は送波
部1による送波タイミング信号である。On the other hand, since there is a time lag between the direct wave and the reflected wave, it is possible to take out this point separately by the AND gates 9 and 10. That is, since the wave transmitter 2 and the wave receiver 3 are provided at a predetermined interval, the delay time from the wave transmission to the wave reception can be calculated based on the speed of sound, but it is possible to directly turn on at this timing. Make the wave gate signal 11. Also, the time required for the reflected wave to be received differs depending on the position of the object in the monitoring area, but it should be turned on at a timing that can cover the required reflection time at the shortest distance and the longest distance of a predetermined monitoring area (for example, 1 to 3 m). The reflected wave gate signal 12 is created at. If the direct wave gate signal 11 and the reflected wave gate signal 12 are input to the AND gates 9 and 10, respectively, and the detection signal elements are input in parallel to the AND gates 9 and 10, the direct wave reception signal and the reflection wave reception signal are obtained. It can be taken out separately. Reference numeral 13 is a transmission timing signal from the transmission unit 1.
第2図は超音波の送波から受信信号に至るまでの波形の
変化で、それぞれ送波タイミング14、送波波形15、受波
波形16、直接波波形17、反射波波形18、検波出力19、レ
ベルスライス回路の判定レベル20、レベルスライス回路
出力21、直接波ゲート信号22、反射波ゲート信号23、直
接波受信タイミング24、反射波受信タイミング25を示
す。FIG. 2 shows changes in the waveform from the transmission of the ultrasonic wave to the reception signal. The transmission timing 14, the transmission waveform 15, the reception waveform 16, the direct wave waveform 17, the reflected wave waveform 18, the detection output 19 respectively. , A level slice circuit determination level 20, a level slice circuit output 21, a direct wave gate signal 22, a reflected wave gate signal 23, a direct wave reception timing 24, and a reflected wave reception timing 25 are shown.
上記信号のうち、直接波受信信号は、回路が正常に機能
している限り反射波の存在如何にかかわらず一定周期で
出力されるものであるから、この信号を検出することに
よって正常に機能していることが確認され、反対に何ら
かの理由で信号が検出されない等、一定周期で出力され
なかった場合には故障信号を出力することによって、送
波部1からアンドゲート9までの回路の異常を確認する
ことができる。Of the above signals, the direct wave reception signal is output at a constant cycle regardless of the presence of reflected waves as long as the circuit is functioning normally.Therefore, by detecting this signal, it will function normally. However, on the contrary, if the signal is not detected for a certain reason, for example, if the signal is not output at a constant cycle, a failure signal is output to detect the abnormality of the circuit from the wave transmitting unit 1 to the AND gate 9. You can check.
今ここで、絶対的な静止物体を検出しようとする場合に
は、理論的には反射波受信信号は送波周期と全く一致し
た周期で出力されるのであるから、両者のタイミングを
比較することで十分である。しかし超音波は風の影響や
外気温の変化によって反射波が受波されるまでの時間が
一定でなく、さらに静止物体といえども完全に静止状態
を保持するものではなく、外部からの影響でゆらぎを生
ずるのが常である。従って、何らかの許容誤差を考慮す
る必要がある。さらに、たとえば駐車中の車と、立ち止
まっている人とではゆらぎの大きさが異なる。Now, when trying to detect an absolute stationary object, theoretically the reflected wave received signal is output in a cycle that exactly matches the transmission cycle, so compare the timing of both. Is enough. However, ultrasonic waves do not have a constant time until reflected waves are received due to the influence of wind and changes in the outside temperature, and even stationary objects do not maintain a completely stationary state and are affected by external influences. It always causes fluctuations. Therefore, it is necessary to consider some tolerance. Furthermore, for example, the magnitude of the fluctuation is different between a parked car and a stationary person.
本発明者はこの点に鑑み、ある一定のゆらぎを許容範囲
内としてとらえ、静止物体の識別をするために、次のよ
うな制御回路を用いた。In view of this point, the present inventor uses the following control circuit in order to detect a certain fluctuation within an allowable range and identify a stationary object.
先ず、第3図はデジタル回路を用いて制御を行う場合の
ブロック図を示し、送波タイミング信号14と超音波セン
サの監視域に物体が侵入した場合に出力される反射波受
信タイミング信号25により動作を開始するものである。
図中、26は別に供給される基準クロックをカウントする
ことによって送波から受波までの時間を測定する時間間
隔カウンタである。次にAブロックは、カウンタ26の現
在の計数値と前回の計数値とを比較して、予め設定され
た誤差許容値内に新しい計数値が位置しているか否かを
判定する回路で、27はラッチ回路、28・29はそれぞれ所
定の誤差の上限・下限、即ち誤差許容値を算出するため
の加算器、30・31はカウント値と誤差許容値の上限・下
限とをそれぞれ比較する比較器、32はカウント値が基準
値の誤差許容値内で静止判定出力信号を出力するアンド
ゲートである。First, FIG. 3 shows a block diagram in the case of performing control using a digital circuit. The transmission timing signal 14 and the reflected wave reception timing signal 25 output when an object enters the monitoring area of the ultrasonic sensor are used. The operation is started.
In the figure, reference numeral 26 is a time interval counter which measures the time from transmission to reception by counting a separately supplied reference clock. Next, the A block is a circuit that compares the current count value of the counter 26 with the previous count value to determine whether or not the new count value is within the preset error tolerance. Is a latch circuit, 28 and 29 are adders for calculating upper and lower limits of a predetermined error, that is, an allowable error value, and 30 and 31 are comparators for comparing the count value and the upper and lower limit of the allowable error value, respectively. , 32 are AND gates that output a stillness determination output signal when the count value is within the error tolerance of the reference value.
尚、33は制御タイミング発生回路で、一回毎の測定タイ
ミングに一致してカウンタ26をリセットし、ラッチ回路
27にラッチのタイミング信号を送り、さらに後述の静止
判定出力信号を累積する際のタイミング信号を出力す
る。Incidentally, 33 is a control timing generation circuit, which resets the counter 26 in synchronization with each measurement timing and
The timing signal of the latch is sent to 27, and the timing signal for accumulating a stillness determination output signal described later is output.
次に、Bブロックは、一回毎の静止判定出力信号を累積
し、静止物体存在信号を出力する回路で、34は排他的オ
アゲート、35は静止判定出力信号の累積カウンタ、36は
累積カウンタ35をカウントさせ、あるいはリセットさせ
るための切替スイッチで、37の切替スイッチと連動す
る。38は出力フリップフロップである。Next, the block B is a circuit for accumulating the stillness determination output signal for each time and outputting a still object presence signal, 34 is an exclusive OR gate, 35 is a stillness determination output signal cumulative counter, and 36 is a cumulative counter 35. It is a changeover switch for counting or resetting, and is interlocked with the changeover switch of 37. 38 is an output flip-flop.
上記制御回路の動作を説明すると、前記の測定での時間
差が時間間隔カウンタ26でNカウントであった場合、こ
の測定値Nが次の測定のための基準値として先ずAブロ
ックのラッチ回路27に記憶される。次に、予め設定した
許容誤差Δを加算器28・29で加減算し、N+Δ、N−Δ
をそれぞれ比較器30・31に入力する。続いて2回目の時
間差信号が時間間隔カウンタ26で演算されN1カウントさ
れると、そのカウント値は比較器30・31に入力される。
比較器30・31において予め演算された許容誤差内にある
と判定された場合にはアンドゲート32がONするのであ
る。また、時間間隔カウント26は制御タイミング発生回
路33からの信号によってリセットされ、ラッチ回路27も
ラッチタイミング信号にって制御され、以前にメモリさ
れていたNはクリアされ、ラッチ回路にはN1が代入さ
れ、これを基準値として次回以降の測定を次々に連続し
て実行する。The operation of the control circuit will be described. When the time difference in the above measurement is N counts in the time interval counter 26, this measured value N is first stored in the latch circuit 27 of the A block as a reference value for the next measurement. Remembered. Next, the preset allowable error Δ is added / subtracted by the adders 28 and 29 to obtain N + Δ and N−Δ
Are input to the comparators 30 and 31, respectively. Then, when the second time difference signal is calculated by the time interval counter 26 and N 1 is counted, the count value is input to the comparators 30 and 31.
When the comparators 30 and 31 determine that they are within the preliminarily calculated allowable error, the AND gate 32 is turned on. Further, the time interval count 26 is reset by the signal from the control timing generating circuit 33, the latch circuit 27 is also controlled by the latch timing signal, the previously stored N is cleared, and N 1 is stored in the latch circuit. Substituting, and using this as a reference value, subsequent measurements are continuously executed one after another.
続いて、Bブロックにおける静止物体存在信号の出力制
御について説明すると、Aブロックの最終段であるアン
ドゲート32からの出力信号は排他的オアゲート34に入力
され、これが切替スイッチ36に入力される。排他的オア
ゲート34の他方入力には静止物体存在信号の出力端が入
力されている。また、切替スイッチ36には制御タイミン
グ発生回路33から比較タイミング信号が入力され、この
タイミングで排他的オアゲート34から切替スイッチ36が
第3図の実線で示す状態になっている場合にのみ累積カ
ウンタ35を積算するようにしている。このようにして比
較のタイミングにおいてアンドゲート32から論理1の信
号が出力されている場合に限り累積カウンタ35はカウン
トを積算し、所定の回数nに達したときに、出力フリッ
プフロップ38をセットし、静止物体存在信号が出力され
るのである。Next, the output control of the stationary object presence signal in the B block will be described. The output signal from the AND gate 32 which is the final stage of the A block is input to the exclusive OR gate 34, which is input to the changeover switch 36. The output terminal of the stationary object presence signal is input to the other input of the exclusive OR gate 34. Further, the comparison timing signal is input to the changeover switch 36 from the control timing generation circuit 33, and the cumulative counter 35 is output only when the changeover switch 36 is in the state shown by the solid line in FIG. 3 from the exclusive OR gate 34 at this timing. I am trying to accumulate. Thus, the accumulating counter 35 integrates the count only when the AND gate 32 outputs the signal of logic 1 at the timing of comparison, and when the predetermined number n is reached, the output flip-flop 38 is set. , A stationary object presence signal is output.
ところが、累積カウンタ35がn−1回以内のときに次の
時間間隔カウンタ26の計数値が直前の計数値の誤差許容
値内に入らなかった場合にはアンドゲート32は論理0を
出力し、比較タイミング信号が切替スイッチ36に入力さ
れるが、この場合には切替スイッチ36はリセット側に接
続されているため、累積カウンタ35がゼロにリセットさ
れるのである。However, when the cumulative counter 35 is within n-1 times and the count value of the next time interval counter 26 does not fall within the error tolerance of the immediately preceding count value, the AND gate 32 outputs a logic 0, The comparison timing signal is input to the changeover switch 36, but in this case, the changeover switch 36 is connected to the reset side, so that the cumulative counter 35 is reset to zero.
一方、累積カウンタ35が所定の回数nに達して出力フリ
ップフロップ38がセットされ、出力がONしている場合に
はこの出力がフィードバックされて排他的オアゲート34
に入力され、これによって排他的オアゲートがインバー
タの機能をする。即ち、引き続き物体が静止しておりア
ンドゲート32から論理1の信号が出力されている場合に
は排他的オアゲート34の出力は論理0となり、切替スイ
ッチ36は累積カウンタのリセット側に接続されているた
め、累積カウンタ35はリセット状態を維持する。On the other hand, when the cumulative counter 35 reaches the predetermined number n and the output flip-flop 38 is set, and the output is ON, this output is fed back to the exclusive OR gate 34.
, Which causes the exclusive OR gate to act as an inverter. That is, when the object is still and the AND gate 32 outputs the signal of logic 1, the output of the exclusive OR gate 34 becomes logic 0, and the changeover switch 36 is connected to the reset side of the accumulation counter. Therefore, the cumulative counter 35 maintains the reset state.
ところが他方、静止物体が実際に移動して監視域から出
た場合にはAブロックでは検出する信号が存在しないの
でアンドゲート32からの出力が論理0となり、排他的オ
アゲート34は論理1の信号を出力するので、制御タイミ
ング発生回路33からの比較タイミング信号によって累積
カウンタ35が静止物体が存在しないことを検出するため
の積算を開始し、n回に至ると出力フリップフロップ38
にリセットし、それまで出力されていた静止物体存在信
号をOFFにするのである。この場合にも累積カウンタ35
が(N−1)カウントに達する以前に再び物体が静止し
たと認められた場合には累積カウンタ35はリセットされ
る。したがって、一旦静止物体が存在するという判断を
下した後は、少々の物体のゆらぎが発生しても、また実
際に短時間物体が移動しても累積カウンタ35はリセット
状態に戻され、ゆらぎとしてこれを無視することができ
るのである。On the other hand, when the stationary object actually moves out of the monitoring area, there is no signal to detect in the A block, so the output from the AND gate 32 becomes a logic 0, and the exclusive OR gate 34 outputs a signal of logic 1. Since it outputs, the accumulating counter 35 starts integration for detecting the absence of a stationary object by the comparison timing signal from the control timing generating circuit 33, and when it reaches n times, the output flip-flop 38
It resets to, and turns off the stationary object presence signal that had been output until then. Also in this case the cumulative counter 35
If the object is again found to be stationary before the (N-1) count is reached, the accumulator counter 35 is reset. Therefore, once it is determined that there is a stationary object, the cumulative counter 35 is reset to the reset state even if a slight fluctuation of the object occurs or the object actually moves for a short time, and This can be ignored.
第4図にデジタル回路を用いた場合のタイミングチャー
トを示す。FIG. 4 shows a timing chart when a digital circuit is used.
なお、排他的オアゲート34は、アンドゲートとナンドゲ
ートを組み合わせる等、他の構成を用いることもある。
要は、一旦出力フリップフロップ38からの信号が論理1
になった場合には他方の入力信号に対してインバータの
機能をする回路であれば十分である。Note that the exclusive OR gate 34 may have another configuration such as a combination of an AND gate and a NAND gate.
In short, the signal from the output flip-flop 38 is once logic 1
In this case, a circuit that functions as an inverter for the other input signal is sufficient.
次に、上記デジタル回路のうち、時間間隔カウンタ26お
よびAブロックにアナログ回路を用いて制御を行う場合
のブロック図を第5図に示すと、39は送波タイミングと
反射波受信タイミングとによって後段を制御するための
タイミング発生回路、40は定電流電源、41は送波から反
射波受信までの時間のみONする充電スイッチ、42は定電
流で充電されるコンデンサ、43は放電スイッチ、44は高
い入力インピーダンスをもつバッファ増幅回路、45は増
幅された電圧を一定時間保持し、出力するサンプルホー
ルド回路、46・47はサンプルホールド回路45からの出力
に対し、設定誤差の上限・下限電圧を設定し、次の電圧
値がその範囲内にあるか否かを判断するための比較器、
48は上記設定誤差内のときにONするアンドゲートであ
り、前述のデジタル回路におけるBブロックにON信号を
出力する。Next, FIG. 5 shows a block diagram in the case where the time interval counter 26 and the A block of the digital circuit are controlled by using an analog circuit. 39 is a latter stage according to the transmission timing and the reflected wave reception timing. , 40 is a constant current power supply, 41 is a charge switch that turns on only during the time from transmission to reception of reflected waves, 42 is a capacitor charged with constant current, 43 is a discharge switch, and 44 is high. A buffer amplifier circuit with input impedance, 45 is a sample hold circuit that holds and outputs the amplified voltage for a certain period of time, and 46 and 47 set the upper and lower limit voltages of the setting error for the output from the sample hold circuit 45. , A comparator for determining whether the next voltage value is within that range,
Reference numeral 48 is an AND gate which is turned on when it is within the above setting error, and outputs an ON signal to the B block in the above digital circuit.
上記アナログ回路の動作を説明すると、先ず超音波セン
サの監視域に物体が侵入すると反射波受信信号が出力さ
れると、タイミング発生回路39に送波タイミングと反射
波受信タイミングが入力される。この回路からのタイミ
ング信号により、送波と反射波受信との時間間隔だけス
イッチング素子等で構成された充電スイッチ41がONし、
コンデンサ42に充電される。充電は定電流で行われるた
め、コンデンサ42の両端の電圧は時間と完全に比例して
直線的に上昇する。これをバッファ増幅器44で増幅した
電圧Vはサンプルホールド回路45に入力され且つ記憶さ
れ、比較器46・47に出力される。比較器46・47で予め設
定した誤差Δ%のそれぞれ上限・下限値が比較電圧(10
0×Δ)V/100、(100−Δ)V/100として各々入力され
る。即ち、たとえば設定誤差を5%とすれば、上限比較
器の入力は増幅器の増幅率を1.05とし、下限比較器の入
力には抵抗によってR2/(R1+R2)=0.95となるように
定める。ここで、上記実施例では各測定値に対する割合
として%で許容誤差を与えたが、代わりに絶対値として
比較値を与えることも容易である。続いて2回目のタイ
ミング信号によってタイミング発生回路からの出力に従
い、事前に放電スイッチ43によってコンデンサを放電し
て待機状態となっていたものが、再度送波と反射波受信
との時間間隔分だけ充電されて電圧Vaがバッファ増幅器
44より出力されると、比較器46・47に入力され、誤差許
容値内であればアンドゲート48がONし、デジタル回路に
おけるBブロックと同様の処理によって累積カウントが
積算される。また、この後、次の測定の準備としてサン
プルホールド回路45には当初の電圧Vに代えてVaがホー
ルドされ、コンデンサ42は放電スイッチ43により放電さ
れるが、このサンプリングとホールドおよび放電の制御
はタイミング発生回路39からの信号によって行ってい
る。その後、デジタル回路の場合と同様、累積カウンタ
がn回カウントすれば始めて静止物体存在信号を出力す
る。n−1回以内で設定誤差を外れた場合にもカウント
をリセットし、初期状態まで復帰させる構成(図示せ
ず)もデジタル回路において説明したと同様である。The operation of the analog circuit will be described. First, when an object enters the monitoring area of the ultrasonic sensor and a reflected wave reception signal is output, the transmission timing and the reflected wave reception timing are input to the timing generation circuit 39. The timing signal from this circuit turns on the charging switch 41 composed of a switching element or the like for the time interval between transmission and reception of reflected waves,
The capacitor 42 is charged. Since charging is done with a constant current, the voltage across capacitor 42 rises linearly in perfect proportion to time. The voltage V amplified by the buffer amplifier 44 is input to and stored in the sample hold circuit 45, and output to the comparators 46 and 47. The upper and lower limits of the error Δ% preset by the comparators 46 and 47 are the comparison voltage (10
Input as 0 × Δ) V / 100 and (100−Δ) V / 100. That is, for example, if the setting error is 5%, the input of the upper limit comparator is 1.05, and the input of the lower limit comparator is R 2 / (R 1 + R 2 ) = 0.95 due to the resistance. Specified in. Here, in the above embodiment, the permissible error is given as a percentage with respect to each measured value, but it is also easy to give a comparative value as an absolute value instead. Then, according to the output from the timing generation circuit by the second timing signal, the capacitor that was discharged by the discharge switch 43 in advance and was in the standby state is charged again for the time interval between the transmission of the reflected wave and the reception of the reflected wave. The voltage V a is the buffer amplifier
When it is output from 44, it is input to the comparators 46 and 47, and if it is within the allowable error value, the AND gate 48 is turned on, and the cumulative count is integrated by the same processing as the block B in the digital circuit. Further, after this, the sample hold circuit 45 in place of the initial voltage V V a is held in preparation for the next measurement, the capacitor 42 is discharged by the discharge switch 43, control of the sampling and hold and discharge Is performed by a signal from the timing generation circuit 39. After that, as in the case of the digital circuit, the stationary object presence signal is first output when the cumulative counter counts n times. The configuration (not shown) in which the count is reset and returned to the initial state even when the setting error deviates within n-1 times is the same as that described in the digital circuit.
なお、誤差の設定及び検出時間は、検出しようとする対
象に応じて任意に行うことができる。たとえば、センサ
の方向に対して1cmのゆらぎを生じている物体を静止物
体として扱う場合にはその範囲に相当する誤差を設定し
てやれば人体を検出することはない(人が意識的に静止
しようとしても必然的にそれ以上の動きが生じるので検
出対象から外れてしまうことになる)。従って駐車場等
では駐車中の車のみ検出できるので、駐車スペースの存
・不在をエラーなしに検出できる。また累積カウントn
を大きくすればする程正確な検出が可能であるが、静止
物体が認識されるまで時間が長くなる。従ってnの大き
さは超音波センサの設置場所、検出対象の性格に応じて
適切な値を定める必要がある。また、静止物体存在信号
が出力されるためのnの値と、この信号がOFFになると
きの値とは、一致させる必要はなく、異なる値として設
定することも自由である。The error can be set and the detection time can be arbitrarily set according to the object to be detected. For example, when treating an object that has a fluctuation of 1 cm with respect to the sensor direction as a stationary object, the human body will not be detected if an error corresponding to that range is set (a person intentionally tries to stand still. Inevitably there will be more movement, so it will be removed from the detection target). Therefore, since only the parked car can be detected in the parking lot or the like, the presence or absence of the parking space can be detected without error. The cumulative count n
The larger is the more accurate detection is possible, but it takes longer until a stationary object is recognized. Therefore, it is necessary to determine an appropriate value for the size of n according to the installation location of the ultrasonic sensor and the nature of the detection target. Further, the value of n for outputting the stationary object presence signal and the value when this signal is turned off do not have to match and can be set as different values.
本発明の超音波センサは、送波から受波までの時間差を
検出してこれと次の時間差を比較し、連続して設定誤差
に入る測定が所定回数カウントされた場合に始めて静止
物体検出信号を出力し、それ以外の場合には最初から演
算するようにしたので、物体の静止を確実に検出できる
ばかりでなく、誤差の設定値を調整することにより微動
する物体をも静止物体として扱い、さらに物体の性格に
応じて適切な誤差を設定することにより物体の識別をも
可能とした。The ultrasonic sensor of the present invention detects a time difference from transmission to reception and compares this with the next time difference, and the stationary object detection signal is not detected until a predetermined number of measurements that continuously enter a setting error are counted. Is output, and in other cases, the calculation is performed from the beginning, so not only can the stationary state of the object be reliably detected, but also the slightly moving object can be treated as a stationary object by adjusting the error setting value. Furthermore, the object can be identified by setting an appropriate error according to the character of the object.
また、所定の幅をもたせて誤差を設定することにより風
等で物体がゆらぐ場合にも静止物体として検出すること
ができるので、従来の超音波センサでは不適当であった
屋外においても誤動作なく使用することができた。Also, by setting a certain width and setting the error, it can be detected as a stationary object even if the object fluctuates due to wind, etc., so it can be used without malfunction even outdoors where the conventional ultrasonic sensor was unsuitable. We were able to.
さらに、所定のカウントを任意に設定することができる
ので、この回数を多くすることによりきめ細かい検出が
できるようになった。Furthermore, since a predetermined count can be set arbitrarily, increasing the number of times enables fine detection.
さらにまた、別個に直接波のみを取り出し、これを検出
するようにしているので、この信号が出力されない場合
や周期が一定でない場合には送波部からアンドゲートの
間に何らかの故障が生じたという確認ができ、日常の整
備においても労力の削減が可能となる等、従来では解消
できなかった課題を一気に解決できる超音波センサを提
供することができた。特に、非常に多数のセンサを使用
する駐車場等では、誤動作を生じないようにするため、
また故障の診断を容易にするために有効である。Furthermore, since only the direct wave is separately extracted and detected, it is said that some failure occurred between the wave transmitter and the AND gate when this signal is not output or when the cycle is not constant. It was possible to provide an ultrasonic sensor capable of confirming and reducing the labor even in daily maintenance, which can solve the problems that could not be solved in the past at once. Especially in parking lots that use a large number of sensors, in order to prevent malfunctions,
It is also effective for facilitating diagnosis of failures.
第1図は本発明の超音波センサの反射波・直接波検出回
路の一実施例を示すブロック図、第2図は超音波の波形
変化を示すグラフ、第3図はデジタル制御の一実施例を
示すブロック図、第4図はそのタイミングチャート、第
5図はアナログ制御の一実施例を示すブロック図であ
る。 尚、図中2…送波器、3…受波器、8…レベルスライス
回路、9・10…アンドゲート、11…直接波ゲート信号、
12…反射波ゲート信号。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a reflected wave / direct wave detection circuit of an ultrasonic sensor of the present invention, FIG. 2 is a graph showing changes in the waveform of ultrasonic waves, and FIG. 3 is an embodiment of digital control. FIG. 4, a timing chart of FIG. 4, and FIG. 5 are block diagrams showing an example of analog control. In the figure, 2 ... Wave transmitter, 3 ... Wave receiver, 8 ... Level slice circuit, 9.10 ... AND gate, 11 ... Direct wave gate signal,
12 ... Reflected wave gate signal.
Claims (2)
る送波手段と、超音波を受波・増幅する手段と、この増
幅信号を検波後、一定レベル以上の検波信号要素を取り
出すレベルスライス回路8と、送波器2と受波器3との
距離によって予め定められ、直接波の検出タイミングで
ONする直接波ゲート信号11と、予め想定した距離内での
物体からの反射波のみを検出するタイミングでONする反
射波ゲート信号12と、上記検波信号要素を2つのアンド
ゲート9・10に並列に入力すると共に、上記直接波ゲー
ト信号を一方のアンドゲート9に、上記反射波ゲート信
号を他方のアンドゲート10に入力し、直接波と反射波と
のそれぞれ別個のデジタル信号をとりだす手段とから成
る反射波・直接波検出回路と、 上記送波から反射波の受波までの時間差を測定する演算
手段と、前回の測定値を基準値とし、その後の測定値が
前回の測定値の予め設定した誤差許容値内に入ればその
回数を累積的にカウントする手段と、連続して所定のカ
ウントに至れば静止物体存在信号を出力し、その後誤差
許容値内の測定値が入力されている間は上記累積カウン
トをリセット側に保持する一方、誤差許容値を外れた測
定値が入力されれば改めてカウントを累積し、連続して
所定のカウントに至れば上記静止物体存在信号をOFFす
る手段と、上記それぞれの所定のカウントに至るまでに
測定値が上記誤差許容値から外れ、あるいは許容値内で
ある場合は累積カウントをリセットして上記基準値から
再度測定する手段とから成る制御回路とを備えたことを
特徴とする超音波センサ。1. A transmitting means for continuously transmitting a group of ultrasonic waves at a constant cycle, a means for receiving and amplifying ultrasonic waves, and a detection signal element having a certain level or more after detecting the amplified signal. The level slice circuit 8 to be taken out and the distance between the wave transmitter 2 and the wave receiver 3 are set in advance and at a direct wave detection timing.
The direct wave gate signal 11 that turns on, the reflected wave gate signal 12 that turns on at the timing of detecting only the reflected wave from the object within the distance assumed in advance, and the above detection signal element in parallel to the two AND gates 9 and 10. And the direct wave gate signal to one AND gate 9 and the reflected wave gate signal to the other AND gate 10 to output separate digital signals of the direct wave and the reflected wave. A reflected wave / direct wave detection circuit consisting of, a calculation means for measuring the time difference from the transmission wave to the reception of the reflected wave, and the previous measurement value as a reference value, and the subsequent measurement value is preset to the previous measurement value. Means for cumulatively counting the number of times when the error is within the allowable error value, and output of a stationary object presence signal when the predetermined count is continuously reached, and thereafter while the measured value within the allowable error value is being input. Is the above While holding the product count on the reset side, if a measurement value that is out of the error tolerance is input, the count is accumulated again, and when the predetermined count is reached continuously, the stationary object presence signal is turned off, and And a control circuit including means for resetting the cumulative count and measuring again from the reference value when the measured value deviates from the error allowable value or is within the allowable value until reaching the respective predetermined counts. An ultrasonic sensor characterized in that.
は所定の一定周期から外れた場合に故障信号を出力する
請求項1記載の超音波センサ。2. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein a failure signal is output when the digital signal of the direct wave is not received or deviates from a predetermined fixed period.
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---|---|---|---|
JP16988688A JPH0682155B2 (en) | 1988-07-06 | 1988-07-06 | Ultrasonic sensor |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20190115180A (en) * | 2018-04-02 | 2019-10-11 | 현대모비스 주식회사 | Parking assistance system and method for improving detection performance of ultrasonic sensor thereof |
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1988
- 1988-07-06 JP JP16988688A patent/JPH0682155B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH0219785A (en) | 1990-01-23 |
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