KR0129846B1

KR0129846B1 - 초음파를 이용한 거리측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR0129846B1
Application number: KR1019940040376A
Authority: KR
Inventors: 이정일; 임영빈
Original assignee: 김주용; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1994-12-31
Filing date: 1994-12-31
Publication date: 1998-04-08
Also published as: KR960024270A

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 중앙처리장치를 사용하여 잔향음 존재시간 동안 비포화 동작회로를 동작시켜 잔향음이 비포화되게 한후 수신 신호에 대한 비교 전압을 비교 신호가 변회로에서 잔향음 레벨위로 가변시켜 잔향음을 제거토록 하며, 잔향음이 끝나는 시점에서 비포화 증폭 회로를 정지시키고 비교 전압을 재 조정하여 최대 측정거리를 증가시킬 수 있도록 함을 특징으로 하여, 최소탐지 거리를 줄이고 최대 담지 거리를 높이므로 초음파 거리 측정장치의 감도가 향상되는 효과가 있으며, 이와 같은 본 발명은 거리 측정 분야, 물체 감시 분야 및 자동차 충돌 방지 분야에 적용할 수 있다.

Description

초음파를 이용한 거리측정 장치 및 방법

제1(a) 내지 (c)도는 일반적인 초음파를 이용한 거리 측정 장치의 신호도.

제2도는 본 발명의 전체 구성도.

제3(a) 내지 (b)도는 본 발명의 처리 순서도.

제4도는 본발명 초음파 발신 신호의 타이밍도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예를 나아내는 전체 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 중앙처리장치 2 : 초음파 구동 회로도

3 : 초음파 발신 센서부 4 : 초음파 수신 센서부

5 : 1단 증폭 회로부 6 : 통과 대역 필터부

7,7' : 비포화 증폭 회로부 8 : 2단 증폭 회로부

9 : 검파회로부 10 : 비교기

11 : 비교 신호 가변 회로부 12 : 음성 합성부 및 스피커

본 발명은 초음파를 이용한 거리측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 초음파 센서의 특성인 잔향음에 의하여 최소 측정 범위가 정해지는데 이러한 잔향음을 비교 신호의 가변 및 비포화 증폭 회로에 의해 제거하므로써 최소 측정 범위를 감소시키고 또는 최대 탐지 거리를 증가시킬 수 있도록 하며, 본 발명은 거리 측정 분야, 물체 감시 분야 및 자동차 충돌방지 분야에 적용할 수 있다.

일반적으로, 종래의 초음파를 이용한 거리 측정 장치에서는 초음파가 구동되어 발신되는 중에 공기나 다른 매질을 통하여 수신 센서로 직접 전파되는 신호 및 구동이 종료된 이후에 일정시간 동안 여진을 계속하면서 발생되는 잔향음을 수신 센서가 검출하여 일정 거리 이하는 측정하지 못하였다.

제1(a)도 내지 (c)도는 초음파를 이용한 거리 측정 장치의 신호도를 도시한 것으로, 초음파 구동 신호는 제1(a)도에 도시한 바와 같은데 여기에서 초음파 구동 신호의 온 타임(on time)은 발신 센서의 최대 효율이 얻어지는 시점까지로 하며 오프 타임(off time)은 측정 거리에 따라 결정된다.

상기 제1(a)도와 같은 초음파 구동 신호가 초음파 발신 센서에 인가되어 오프되면 초음파 센서의 발신 신호는 제1(b)도에 도시한 바와 같이 진폭이 지수적으로 감소하며 여진하는 특성이 있으며, 이 발신 센서의 발신 온타임과 여진으로 인하여 수신 센서에서 검출된 신호의 증폭 결과는 제1(c)도와 같이 나타난다. 즉, 발신 온 타임과 여진에 의한 잔향음이 포화되어 있는 시간이 물체를 거출할 수 없는 최소 탐지 시간이 되며 이를 거리로 환산한 것이 최소 탐지 거리가 되는데, 여기에서 최대 탐지 거리를 크게하기 위하여 수신 신호의 증폭율을 높이면 잔향음이 더욱 커지기 때문에 최소 탐지 거리가 커지게 되는 결과가 발생한다. 따라서, 초음파 센서를 사용하는 시스켐에서는 최소 탐지 거리와 최대 탐지 거리는 비례한다고 할 수 있다.

본 발명은 중앙처리장치를 사용하여 잔향음 존재 시간 동안 비포화 동작회로를 동작시켜 잔향음이 비포화되게 한후 수신 신호에 대한 비교 전압을 비교 신호 가변 회로에서 잔향음 레벨위로 가변시켜 잔향음을 제거토록 하며, 잔향음이 끝나는 시점에서 비포화 증폭 회로를 정지시키고 비교 전압을 재 조정하여 최대 측정거리를 증가시킬 수 있도록 함을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

제 2 도는 본 발명의 전체 구성도로, 전체 시스템을 총괄 제어하는 중앙처리장치(1)와, 상기 중앙처리장치(1)에서 출력되는 신호에 의해 구동하는 초음파 구동회로부(2)와, 상기 초음파 구동 회로부(2)의 구동으로 초음파를 발신하는 초음파 발신 센서부(3)와, 물체에 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신 센서부(4)와, 이 초음파 수신 센서부(4)에 의해 수신된 초음파를 증폭하는 1단 증폭회로부(5)와, 이 증폭된 신호중에서 구동 펄스 주파수 성분만 통과시키는 대역 통과 필터부(6)와, 잔향음이 존재하는 시간 동안은 상기 중앙처리장치(1)의 제어에 의하여 상기 대역통과 필터부(6)를 통과한 잔향음 신호가 비포화 되도록 하는 자향음 비포화 증폭 회로부(7)와, 자향음이 존재하지 않는 시간대에서는 상기 대역통과 필터부(6)를 통과한 신호를 입력받아 다시 증폭하는 2단 증폭 회로부(8)와, 상기 잔향음 비포화 증폭 회로부(7) 또는 2단 증폭 회로부(8)를 통과한 신호를 검파하는 검파회로부(9)와, 이 검파한 신호를 디지탈값으로 변환하는 비교기(10)와, 상기 비교기(10)의 비교 신호를 중앙처리장치(1)의 조정에 가변하는 비교신호 가변 회로부(11)와, 그리고 상기 중앙처리장치(1)에 의해 의해 계산된 거리 및 경보를 음성으로 출력하는 음성합성부 및 스피커(12)를 포함하여 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 동작을 제 3 도 및 제 4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제3(a)도는 본 발명의 전체 처리 순서도로, 처음 시작하여 변수를 초기화하는 제 1 단계(S1)와; 제1 단계(sl) 수행후, 거리 측정 모드로 전환하여 일정한 측정 시간에 맞추어 거리를 측정하는 제 2 단계(S2)와; 제 2단계(S2) 수행후, 거리 계산 모드로 전환하여 시간 데이터를 거리 데이터로 변환하는 제 3 단계(S3)와; 그리고 제 3 단계(S3) 수행후, 거리출력 모드로 전환하여 거리 데이터 및 경보 조건을 음성 정보로 출력한 다음 다시 초기 단계로 전환하는 제 4 단계(S4)를 구비하여 순차 동작한다.

제3(b)도는 상기 제 2 단계(S2) 거리 측정 모드의 상세한 처리 순서도로, 구체적을 설명하면 초음파 발신센서의 구동을 위해 제 4 도와 같은 발신 펄스를 발생시켜서 초음파 구동 회로에 의해 초음파 발신 센서를 구동하는 제 2-1단계(S2-1)와; 제 2-1단계(S2-1) 수행후, 비포화 증폭회로를 동작시키고, 비교기의 비교 신호를 잔향음 레벨에 맞게 가변시키는 제 2-2단계(S2-2)와; 제2-2단계(S2-2) 수행후. 잔향음의 존재 시간 유/무를 판단하는 제 2-3단계(S2-3)와; 제2-3단계(S2-3) 수행후, 만일 잔향음이 존재하지 않는 시간이라고 판단되면 2단 증폭회로를 동작시키고, 비교 신호도 여기에 맞게 가변시켜 거리 측정 시간 동안의 수신 신호를 검출하는 제2-4단계(S2-4)와; 상기 제 2-3단계(S2-3) 수행후 만일 잔향음이 존재하는 시간이라고 판단되거나 또는 제 2-4단계(S2-4) 수행후에, 거리측정 시간이 초과 되어있는지의 가/부를 판단하고, 만일 초과되었다고 판단되는 거리 측정 모드를 종료하고 다음 모드를 실행하도록 하는 제 2-5단계(S2-5)와 ;그리고 제 2-5단계(S2-5) 수행후, 만일 거리 측정 시간을 초과하지 않았다면 비교기의 비교 출력 신호가 하이(high)인 가의 가/부를 판단하고, 만일 아니라고 판단되면 다시 상기 제 2-3단계(S2-3)로 들어가고, 하이라고 판단되면 거리 측정 모드를 종료하고 다음 모드를 실행하도록 하는 제 2-6단계(S2-6)를 구비하여 순차 동작한다.

상기 제2-2단계(S2-2) 및 제 2-4단계(S2-4)에서의 비교 신호 가변은 잔향음 존재 시간 동안에는 비교 신호를 높게 가변하여 잔향음을 검출하지 않도록 하며, 잔향음이 존재하지 않는 시간대에는 비교 신호를 낮게 가변하도록 하여 최대 검출 감도를 높일 수 있게 한다.

또한, 상기 제 4 단계(S4)의 거리 계산 모드는 상기 제2 단계(S2)에서 검출된 시간 데이터를 검색하고 이것을 거리 데이터로 변환한다. 그리고 거리에 따른 경보 조건을 처리하여 제 5 단계(S5)인 거리 출력 모드를 수행한다.

제5도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 전체 구성도로, 제 2 도에 도시한 본 발명의 전체 구성도와 비교하여 보면 제 5 도의 본 발명 일실시예 에서는 잔향음 비포화 증폭회로부(7')를 통과 대역 필터부(6)의 입출력 단에 추가로 연결 구성하여 다단계로 잔향음에 대해 처리할 수 있도록 하였다.

즉, 통과 대역 필터부(6)의 증폭율을 추가 구성된 비포화 증촉회로부(7')에 의해 2단계로 조정할 수 있으며, 2단 증촉회로부(8)의 증폭율도 비포화 증폭 회로부(7)에 의해 2 단계로 조정할 수 있다. 따라서 전체회로의 증폭율을 4 단계로 조정하고, 잔향음 존재 시간동안 수신신호를 다단계 증폭율로 처리할 수 있으므로 최소 거리에서의 물체 검출 감도를 높일 수 있는 장점이 있다.

거리 측정 모드에서 2단의 비포화 증폭 회로부를 모두 온(ON)하는 시점은 잔향음이 가장 크게 나타나는 초음파 발신 펄스 발생 시점으로 한다. 그리고 각각의 오프(OFF) 시점은 물체 검출 감도가 최적인 상태로 조정한다.

이상과 같이 본 발명은 잔향음이 포화되지 않도록 비포화 증폭회로를 사용하고, 잔향음 존재 시간 동안에는 비교 신호를 높게 가변하여 잔향음을 검출하지 않도록 하며, 잔향음이 존재하지 않는 시간대에는 비교 신호를 낮게 가변하여, 최소탐지 거리를 줄이고 최대 탐지 거리를 높이므로 초음파 거리 측정장치의 감도가 향상되는 효과가 있다.

Claims

전체 시스템을 총괄 제어하는 중앙처리장치(1)와, 상기 중앙처리장치(1)에서 출력되는 신호에 의해 구동하는 초음파 구동회로부(2)와, 상기 초음파 구동 회로부(2)의 구동으로 초음파를 발신하는 초음파 발신센서부(3)와, 물체에 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신 센서부(4)와, 이 초음파 수신 센서부(4)에 의해 수신된 초음파를 증폭하는 1단 증폭회로부(5)와, 이 증폭된 신호중에서 구동 펄스 주파수 성분만 통과시키는 대역 통과 필터부(6)와, 잔향음이 존재하는 시간 동안은 상기 중앙처리장치(1)의 제어에 의하여 상기 대역 통과 필터부(6)를 통과한 잔향음 신호가 비포화 되도록 하는 잔향음 비포화 증폭히로부(7)와, 잔향음이 존재하지 않는 시간대에서는 상기 대역 통과필터부(6)를 통과한 신호를 입력받아 다시 증폭하는 2단 증폭회로부(8)와, 상기 잔향음 비포화 증폭 회로부(7) 또는 2단 증폭 회로부(8)를 통과한 신호를 검파하는 검파회로부(9)와, 이 검파한 신호를 디지탈 값으로 변환하는 비교기(10)와, 상기 비교기(10)의 비교 신호를 중앙처리장치(1)의 조정에 의해 가변하는 비교신호 가변 회로부(11)와, 그리고 상기 중앙처리장치(1)에 의해 계산딘 거리 및 경보를 음성으로 출력하는 음성합성부 및 스피커(12)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한거리 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 대역 통과 필터부(6)의 입출력 단에 잔향음 비포화 증폭회로부(7')를 추가로 연결 구성한 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 거리 측정 장치.
처음 시작하여 변수를 초기화하는 제 1 단계(S1)와; 제 1 단계(S1) 수행후, 거리 측정 모드로 저환하여 일정한 측정 시간에 맞추어 거리를 측정하는 제 2 단계(S2)와; 제 2 단계(S2) 수행후, 거리 계산 모드로 전환하여 시간 데이터를 거리 테이타로 변환하는 제 3 단계(S3)와; 그리고 제 3 단계(S3) 수행후, 거리 출력 모드로 전환하여 거리 데이터 및 경보 조건을 음성 정보로 출력한 다음 다시 초기 단계로 저환하는 제 4 단계(S4)를 구비하여 순차 동작함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 거리 측정 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 제 2 단계(S2) 거리 측정 모드는 초음파 구동 회로에 의해 초음파 발신 센서를 구동하는 제 2-1단계(S2-1)와 제 2-1단계(S2-1) 수행후, 비포화 증폭 회로를 동작시키고, 비교기의 비교 신호를 잔향음 레벨에 맞게 가변시키는 제 2-2단계(S2-2)와; 제 2-2단계(S2-2) 수행후, 잔향음의 존재 시간 유/무를 판단하는 제 2-3단계(S2-3)와; 제2-3단계(S2-3) 수행후, 만일 자향음이 존재하지 않는 시간이라고 판단되면 2단 증폭회로를 동작시키고, 비교 신호도 여기에 맞게 가변시켜 거리 측정 시간 동안의 수신 시호를 검출하는 제 2-4단계(S2-4)와; 상기 제 2-3단계(S2-3) 수행후 만일 잔향음이 존재하는 시간이라고 판단되거나 또는 제 2-4(S2-4) 수행후에, 단거리측정 시간이 초과 되었는지를 가/부를 판단하고, 만일 초과되었다고 판단되면 거리 측정 모드를 종료하고 다음 모드를 실행하도록 하는 제 2-5단계(S2-5)와; 그리고 제 2-5단계(S2-5) 수행후, 만일 단거리 측정 시간을 초과하지 않았다면 비교기의 비교 출력 신호가 하이(high)인가를 가/부를 판단하고, 만일 아니라고 판단되면 다시 상기 제 2-3단계(S2-3)로 들어가고, 하이라고 판단되면 단거리 측정 모드를 종료하고 다음 모드를 실행하도록 하는 제 2-6단계(S2-6)를 구비하여 순차 동작함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 거리 측정 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 제 2-2단계(S2-2) 및 제 2-4단계(S2-4)에서의 비교 신호 가변은 잔향음 존재 시간동안에는 비교 신호를 잔향음 레벨 위로 높게 가변하고, 잔향음이 존재하지 않는 시간대에는 비교 신호를 낮게 가변하도록 함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 거리 측정 방법.