TWI564582B - 距離量測裝置及距離量測方法 - Google Patents

Description

距離量測裝置及距離量測方法

本發明是關於一種距離量測裝置及距離量測方法，且特別是有關於一種用於偵測移動之車輛的距離量測裝置及距離量測方法。

傳統量測距離的方法可以利用超音波，其方法是透過超音波收發裝置發送超音波信號，並且接收在物體反射回來的超音波信號，以計算超音波收發裝置和被反射的物體之距離，其距離可由超音波收發裝置接收反射之超音波信號與發送超音波信號的時間差乘以聲速然後除以2得到。然而，當物體有效反射面積越小時，所述方法量測之距離的精確度就越差，因此無法有效地運用在偵測行駛中車輛間的距離。此外，當物體距離超音波收發裝置越遠時，相對超音波收發裝置接收回傳超音波信號的時間也越長，接受到的訊號也越差，依據測試實驗，傳統的方法其可偵測的距離不超過10公尺，因此並不適合用於偵測行駛中的車輛間的距離。

對於行駛中的車輛，還有一種傳統方法可以偵測其 它行駛車輛的位置，其方法是每一個行駛的車輛利用全球定位系統(Global Positioning System,GPS)將其位置上傳至伺服器，然後透過伺服器根據每個車輛的位置估算自己與其它車輛的距離。然而，透過全球定位系統並無法即時偵測其它車輛的距離，且其效率受限於網路上傳和下載資料的速度，無法直接地實際運用全球定位系統來偵測行駛中車輛間的距離。因此，對於駕駛者而言，上述的方法皆無法即時且準確地知道其它車輛與行駛中的車輛之間的距離。

為了解決上述問題，本發明揭示一種距離量測裝置及距離量測方法，透過全球定位系統精準地同步計時，並且由距離量測裝置主動接收外部發送的超音波信號，駕駛者可即時且準確地知道其它車輛與行駛中的車輛之距離。

本發明揭示內容之一態樣是關於一種距離量測裝置。距離量測裝置包含全球定位系統模組、超音波收發模組以及控制模組。全球定位系統模組用以產生脈衝信號。超音波收發模組用以產生與發送第一超音波信號以及接收來自物體發送之第二超音波信號。控制模組電性耦接全球定位系統模組和超音波收發模組。當控制模組接收脈衝信號時，控制模組控制超音波收發模組產生和發送第一超音波信號，並且判斷超音波收發模組是否在第一期間內接收到第二超音波信號。當超音波收發模組在第一期間內接收 到第二超音波信號時，控制模組根據接收第二超音波信號與發送第一超音波信號的時間差決定距離量測裝置與物體之距離。

根據本發明一實施例，所述超音波收發模組包含超音波發送單元和超音波接收單元。超音波發送單元用以發送所述第一超音波信號。超音波接收單元用以接收所述第二超音波信號。當所述控制模組接收所述脈衝信號時，所述控制模組開啟超音波發送單元以發送所述第一超音波信號。

根據本發明一實施例，在所述控制模組開啟所述超音波發送單元達第二期間後，所述控制模組關閉所述超音波發送單元以停止發送所述第一超音波信號。

根據本發明一實施例，在所述控制模組關閉所述超音波發送單元達第三期間後，所述控制模組開啟所述超音波接收單元以接收所述第二超音波信號。

根據本發明一實施例，當所述超音波接收單元並未在所述第一期間內接收到所述第二超音波信號時，所述控制模組關閉所述超音波接收單元。

根據本發明一實施例，所述距離量測裝置還包含警示模組電性耦接所述控制模組。警示模組用以產生警示信號。當所述時間差小於門檻時間時，所述控制模組開啟警示模組以產生警示信號。

本發明揭示內容之另一態樣是關於一種距離量測方法，包含：接收由全球定位系統模組產生的脈衝信號； 根據脈衝信號產生並且發送第一超音波信號；判斷在第一期間內是否接收到第二超音波信號；當在第一期間內接收到第二超音波信號時，根據接收第二超音波信號與發送第一超音波的時間差決定距離。

根據本發明一實施例，接收所述脈衝信號第二期間後，停止發送所述第一超音波信號。

根據本發明一實施例，停止發送所述第一超音波信號第三期間後，開始判斷在所述第一期間內是否接收到所述第二超音波信號。

綜上所述，透過全球定位系統精準地同步計時，並且由距離量測裝置主動接收外部發送的超音波信號，駕駛者可即時發現在安全距離內是否有其它車輛接近行駛中的車輛。另一方面，其它車輛與設置距離量測裝置的車輛間的距離的判斷可以更加精確，並且其可偵測的距離亦可增加至數百公尺。

100‧‧‧距離量測裝置

110‧‧‧全球定位系統模組

120‧‧‧超音波收發模組

130‧‧‧控制模組

200‧‧‧距離量測裝置

210‧‧‧全球定位系統模組

220‧‧‧超音波收發模組

221‧‧‧超音波發送單元

222‧‧‧超音波接收單元

230‧‧‧控制模組

240‧‧‧警示模組

300‧‧‧距離量測方法

S310~S370‧‧‧步驟

S371~S375‧‧‧步驟

PUS‧‧‧脈衝信號

USS1‧‧‧第一超音波信號

USS2‧‧‧第二超音波信號

ALM‧‧‧警示信號

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖是根據本發明一實施例繪示的一種距離量測裝置的方塊示意圖；第2圖是根據本發明另一實施例繪示的一種距離量測裝置的方塊示意圖；第3圖是根據本發明一實施例繪示的一種距離量測方 法的流程圖；以及第4圖是根據本發明一實施例繪示的第3圖其中之一步驟的流程圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

關於本文中所使用之『約』、『大約』或『大致約』一般通常係指數值之誤差或範圍約百分之二十以內，較好地是約百分之十以內，而更佳地則是約百分五之以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如『約』、『大約』或『大致約』所表示的誤差或範圍。

請參照第1圖，第1圖是根據本發明一實施例繪示的一種距離量測裝置100的方塊示意圖。在一實施例中，距離量測裝置100可設置於行駛的車輛中並且用以偵測是否有其它車輛接近所述行駛的車輛，然本發明並不以此為限。距離量測裝置100包含全球定位系統(Global Positioning System,GPS)模組110、超音波收發模組120和控制模組130。全球定位系統模組110用以產生脈衝信號PUS。超音波收發模組120用以產生和發送第一超音波信號 USS1以及接收來自物體(例如：其它行駛的車輛)發送之第二超音波信號USS2。控制模組130電性耦接全球定位系統模組110和超音波收發模組120。當控制模組130接收脈衝信號PUS時，控制模組130控制超音波收發模組120產生和發送第一超音波信號USS1。另外，控制模組130還判斷超音波收發模組120是否在第一期間T1內接收到其它車輛發送的第二超音波信號USS2。當超音波收發模組120在第一期間內接收到第二超音波信號USS2時，控制模組130根據接收第二超音波信號USS2與發送第一超音波信號USS1的時間差決定距離量測裝置100與所述物體(亦即，其它行駛的車輛)的距離。

在一實施例中，脈衝信號PUS可以是週期為1秒的秒脈衝信號(Pulse Per Second,PPS)。由於全球定位系統輸出秒脈衝信號的時間與國際標準時間的同步誤差不超過1微秒(us)，因此適合用以作為同步計時的基準。

在一實施例中，當控制模組130接收到全球定位系統模組110產生的脈衝信號PUS時，控制模組130控制超音波收發模組120產生和發送第一超音波信號USS1，並且紀錄發送第一超音波信號USS1的時間為t0。接著，控制模組130判斷超音波收發模組120在第一期間T1內是否接收到其它車輛發送的第二超音波信號USS2。

當超音波收發模組120在第一期間T1內接收到第二超音波信號USS2時，控制模組130紀錄接收第二超音波信號USS2的時間為t1。然後，控制模組130即可根據接 收第二超音波信號USS2和發送第一超音波信號USS1的時間差(t1-t0)來決定其它車輛與距離量測裝置100的距離，其中距離可以透過當下溫度的聲速乘以時間差得到。例如，在溫度25℃下的聲速大約是340公尺/秒，控制模組130可透過式子：340×(t1-t0)得到其它物體與距離量測裝置100的距離。

在一實施例中，其它行駛的車輛亦可包含距離量測裝置100。因此，當全球定位系統模組110同步產生脈衝信號PUS時，所有車輛皆根據脈衝信號PUS產生並發送第一超音波信號USS1。若其中之一車輛在第一期間T1內接收到第二超音波信號USS2(亦即，其它車輛發送之第一超音波信號USS1)，所述車輛即可根據接收第二超音波信號USS2與發送第一超音波信號USS1的時間差決定所述車輛與其它車輛之距離。

由於全球定位系統模組110產生脈衝信號PUS時，其同步計的誤差不大於1微秒，因此距離量測裝置100接收到其它車輛發送的第二超音波信號USS2其誤差時間並不會大於1微秒。換句話說，其它車輛與距離量測裝置100的距離誤差並不會大於1毫公尺(mm)。因此，距離量測裝置100可精準地判斷與其它車輛的距離，並且使其可偵測的距離增加。

進一步來說，第一期間T1的長度可以根據環境以及使用者的需求設定。在一實施例中，第一期間T1可以是小於1秒的預設時間長度，例如：0.9秒，其換算的距離大 約是300公尺。一般而言，行駛的車輛在大約300公尺左右的合理範圍內偵測到有其它車輛接近時即可作出反應；換句話說，第一期間T1不必設定過長。藉此，合理的第一期間T1可設定在1秒之內，藉此控制模組130可在全球定位系統模組110產生的每一個秒脈衝信號PUS中即完成一次偵測，使得全球定位系統模組110的利用效率達到最佳化。

另一方面，當控制模組130判斷超音波收發模組120在第一期間T1內並未接收到第二超音波信號USS2時，控制模組130即可判斷距離量測裝置100在合理範圍內並未有其它車輛接近，此時控制模組130可控制超音波收發模組120停止接收第二超音波信號USS2。然後，當全球定位系統模組110再次產生脈衝信號PUS時，控制模組130再控制超音波收發模組120重複上述操作以偵測是否有其它車輛接近距離量測裝置100。

請參照第2圖，第2圖是根據本發明另一實施例繪示的一種距離量測裝置200的方塊示意圖。在本實施例中，距離量測裝置200包含全球定位系統模組210、超音波收發模組220、控制模組230和警示模組240。類似地，全球定位系統模組210用以產生脈衝信號PUS。超音波收發模組220包含超音波發送單元221和超音波接收單元222。超音波發送單元221用以發送第一超音波信號USS1。超音波接收單元222用以接收第二超音波信號USS2。控制模組130電性耦接全球定位系統模組210、超音波收發模組220和警 示模組240。警示模組240用以產生警示信號ALM。

為了方便及清楚說明，請一併參照第2圖和第3圖，第3圖是根據本發明一實施例繪示的一種距離量測方法300的流程圖。距離量測方法300以第2圖所示的距離量測裝置200為例，但其並非用以限制本發明。

首先，在步驟S310中，透過控制模組230接收從全球定位系統模組210產生的脈衝信號PUS。接著，在步驟S320中，透過控制模組230根據脈衝信號PUS開啟超音波發送單元221。另外，透過控制模組230控制超音波收發模組220產生第一超音波信號USS1並透過超音波發送單元221發送第一超音波信號USS1，以及透過控制模組230紀錄發送第一超音波信號USS1的時間為t0。

接著，進行步驟S330，經過一段時間，即經過第二期間T2後，透過控制模組230關閉超音波發送單元221以停止發送第一超音波信號USS1。為了避免超音波收發模組220接收到第一超音波信號USS1。控制模組230關閉超音波發送單元221長達一段時間，即第三期間T3後，才進行步驟S340，透過控制模組220開啟超音波接收單元222並且透過超音波接收單元222接收來自物體(例如：其它車輛)發送之第二超音波信號USS2。

在一實施例中，第二期間T2和第三期間T3可以是大約1毫秒(ms)的時間長度。換句話說，在假設距離量測裝置200與其它車輛的距離的誤差可以是大約0.34公尺的情況下，距離量測裝置200可容許停止發送第一超音波信 號USS1後延遲1毫秒才接收第二超音波信號USS2，藉此可在不影響偵測其它車輛的同時，還可避免超音波接收單元222接收到超音波發送單元221發送的第一超音波信號USS1而發生誤判的情況。

接著，在步驟S350中，透過控制模組230開始判斷超音波接收單元222是否在第一期間T1內接收到其它車輛發送的第二超音波信號USS2。當超音波接收單元222並未在第一期間T1內接收到第二超音波信號USS2，則進行步驟S360，透過控制模組230關閉超音波接收單元222。 然後再回到步驟S310，等待全球定位系統模組210再次產生脈衝信號PUS。

當超音波接收單元222在第一期間T1內接收到第二超音波信號USS2時，則進行步驟S370，透過控制模組230紀錄接收第二超音波信號USS2的時間為t1，並且得到接收第二超音波信號USS2與發送第一超音波信號USS1的時間差(t1-t0)。在一實施例中，控制模組230可根據時間差(t1-t0)和當下溫度的聲速決定物體與距離量測裝置200的距離。然後，再進行步驟S360。

在一實施例中，根據接收第二超音波信號USS2與發送第一超音波信號USS1的時間差(t1-t0)決定距離的步驟(即步驟S370)還可包含複數個步驟，如第4圖所示，第4圖是根據本發明一實施例繪示的第3圖之步驟S370的流程圖。首先，在步驟S371中，透過控制模組230計算接收第二超音波信號USS2與發送第一超音波信號USS1的時 間差(t1-t0)。

接著，在步驟S373中，透過控制模組230判斷時間差(t1-t0)是否小於門檻時間。在一實施例中，門檻時間為第二超音波信號USS2行經其它車輛和距離量測裝置200間的安全距離所需的時間。使用者可根據環境(例如：晴天或雨天等等)的不同設定安全距離，藉此調整在安全距離下可作出反應的時間。控制模組230可根據設定的安全距離換算相應的門檻時間(亦即，安全距離除以當下溫度的聲速)。另一方面，門檻時間的設定必須小於第一期間T1。

當時間差(t1-t0)大於等於門檻時間時，控制模組230判斷在安全距離內沒有其它車輛接近，因此直接進行步驟S360。當時間差(t1-t0)小於門檻時間時，控制模組230判斷在安全距離內有其它車輛接近，接著進行步驟S375，透過控制模組230開啟警示模組240以產生警示信號ALM給使用者，藉此提醒使用者在安全距離內有其它車輛接近。然後，才回到步驟S360。

由上述本發明的實施例可知，透過全球定位系統精準地同步計時，並且由距離量測裝置主動接收外部發送的超音波信號，駕駛者可即時發現在安全距離內是否有其它車輛接近行駛中的車輛。另一方面，其它車輛與設置距離量測裝置的車輛間的距離的判斷可以更加精確，並且其可偵測的距離亦可增加至數百公尺。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧距離量測裝置

210‧‧‧全球定位系統模組

220‧‧‧超音波收發模組

221‧‧‧超音波發送單元

222‧‧‧超音波接收單元

230‧‧‧控制模組

240‧‧‧警示模組

PUS‧‧‧脈衝信號

USS1‧‧‧第一超音波信號

USS2‧‧‧第二超音波信號

ALM‧‧‧警示信號

Claims (10)

1. 一種距離量測裝置，包含：一全球定位系統模組，用以產生一脈衝信號；一超音波收發模組，用以產生與發送一第一超音波信號以及接收來自一物體發送之一第二超音波信號；以及一控制模組，電性耦接該全球定位系統模組和該超音波收發模組；其中當該控制模組接收該脈衝信號時，該控制模組控制該超音波收發模組產生和發送該第一超音波信號，並且判斷該超音波收發模組是否在一第一期間內接收到一第二超音波信號，當該超音波收發模組在該第一期間內接收到該第二超音波信號時，該控制模組根據接收該第二超音波信號與發送該第一超音波信號的一時間差決定該距離量測裝置和該物體間之一距離。
2. 如請求項1所述之距離量測裝置，其中該超音波收發模組包含：一超音波發送單元，用以發送該第一超音波信號；以及一超音波接收單元，用以接收該第二超音波信號；其中當該控制模組接收該脈衝信號時，該控制模組開啟該超音波發送單元以發送該第一超音波信號。
3. 如請求項2所述之距離量測裝置，其中在該控制模 組開啟該超音波發送單元達一第二期間後，該控制模組關閉該超音波發送單元以停止發送該第一超音波信號。
4. 如請求項3所述之距離量測裝置，其中在該控制模組關閉該超音波發送單元達一第三期間後，該控制模組開啟該超音波接收單元以接收該第二超音波信號。
5. 如請求項2所述之距離量測裝置，其中當該超音波接收單元並未在該第一期間內接收到該第二超音波信號時，該控制模組關閉該超音波接收單元。
6. 如請求項1所述之距離量測裝置，還包含一警示模組電性耦接該控制模組，用以產生一警示信號，其中當該時間差小於一門檻時間時，該控制模組開啟該警示模組以產生該警示信號。
7. 如請求項6所述之距離量測裝置，其中該門檻時間為該第二超音波信號行經一安全距離所需要的時間。
8. 一種距離量測方法，包含：接收由一全球定位系統模組產生的一脈衝信號；根據該脈衝信號產生並且發送一第一超音波信號；判斷在一第一期間內是否接收到一第二超音波信號；以及 當在該第一期間內接收到該第二超音波信號時，根據接收該第二超音波信號與發送該第一超音波的一時間差決定一距離。
9. 如請求項8所述之距離量測方法，其中接收該脈衝信號一第二期間後，停止發送該第一超音波信號。
10. 如請求項9所述之距離量測方法，其中停止發送該第一超音波信號達一第三期間後，開始判斷在該第一期間內是否接收到一第二超音波信號。