TWI646344B - 電子裝置、超音波測距裝置和方法 - Google Patents

電子裝置、超音波測距裝置和方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供了一種超音波測距裝置。上述超音波測距裝置包括一超音波傳送器、一超音波接收器、一亂數產生器,以及一處理器。超音波傳送器可發送一超音波信號。超音波接收器可接收上述超音波信號碰到障礙物反射之一反射信號。亂數產生器可產生一亂數值。處理器會耦接上述亂數產生器,以取得上述亂數值。此外,處理器根據上述亂數值,決定上述超音波傳送器發送上述超音波信號之一延遲時間。在上述延遲時間後,超音波傳送器發送超音波信號,以進行超音波測距。

Description

電子裝置、超音波測距裝置和方法
本發明說明書主要係有關於一超音波測距技術,特別係有關於藉由一亂數產生器之亂數值,決定進行超音波測距之時間區間之超音波測距技術。
隨著科技的發展,超音波被廣泛的應用在不同的領域上,例如,距離的量測、醫療、魚群探測、倒車雷達等。
超音波測距主要係利用超音波測距裝置發射超音波,以及接收超音波碰到障礙物所反射之信號,以計算距離。然而,當複數電子裝置之超音波測距裝置需要一起進行超音波測距時,例如:複數台無人機需要一起進行表演時,複數電子裝置之超音波信號可能會彼此互相干擾,因而發生碰撞。
有鑑於上述先前技術之問題,本發明提供了一超音波測距技術,特別係有關於藉由一亂數產生器之亂數值,決定進行超音波測距之時間區間之電子裝置、超音波測距裝置和方法。
根據本發明之一實施例提供了一種超音波測距裝置。上述超音波測距裝置包括一超音波傳送器、一超音波接收器、一亂數產生器,以及一處理器。超音波傳送器可發送一超音波信號。超音波接收器可接收上述超音波信號碰到障礙物反射之一反射信號。亂數產生器可產生一亂數值。處理器會耦接上述亂數產生器,以取得上述亂數值。此外,處理器根據上述亂數值,決定上述超音波傳送器發送上述超音波信號之一延遲時間。在上述延遲時間後,超音波傳送器發送超音波信號,以進行超音波測距。
根據本發明之一實施例提供了一種電子裝置。上述電子裝置包括一控制裝置,以及一超音波測距裝置。控制裝置可產生一控制信號。超音波測距裝置會耦接控制裝置。上述超音波測距裝置包括一超音波傳送器、一超音波接收器、一亂數產生器,以及一處理器。超音波傳送器可發送一超音波信號。超音波接收器可接收上述超音波信號碰到障礙物反射之一反射信號。亂數產生器可產生一亂數值。處理器會耦接上述亂數產生器,以取得上述亂數值。此外,處理器根據上述亂數值,決定上述超音波傳送器發送上述超音波信號之一延遲時間。在上述延遲時間後,超音波傳送器發送超音波信號,以進行超音波測距。
根據本發明之一實施例提供了一種超音波測距方法。上述超音波測距方法適用一超音波測距裝置。上述超音波測距方法包括,接收來自一亂數產生器之一亂數值;根據上述亂數值,決定上述超音波測距裝置之一超音 波傳送器發送一超音波信號之一延遲時間;以及在上述延遲時間後,發送上述超音波信號,以進行超音波測距。
關於本發明其他附加的特徵與優點,此領域之熟習技術人士,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可根據本案實施方法中所揭露之執行超音波測距裝置和方法,做些許的更動與潤飾而得到。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧超音波測距裝置
120‧‧‧控制裝置
210‧‧‧超音波傳送器
220‧‧‧超音波接收器
230‧‧‧亂數產生器
240‧‧‧處理器
500‧‧‧流程圖
Ad‧‧‧接腳數值
Rn‧‧‧亂數值
Ur‧‧‧延遲時間
OP_TRIGER‧‧‧控制信號
OP_ECHO‧‧‧回復信號
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電子裝置100之方塊圖。
第2A圖係顯示根據本發明之一實施例所述之超音波測距裝置110之示意圖。
第2B圖則係顯示根據本發明之一實施例所述之超音波測距裝置110之示意圖。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之時間區間之示意圖。
第4A圖係顯示根據本發明之一實施例所述之超音波測距裝置110之電路圖。
第4B圖係顯示根據本發明之一實施例所述之控制裝置120之電路圖。
第5圖係根據本揭露之一實施例所述之超音波測距方法之流程圖500。
本章節所敘述的是實施本發明之最佳方式,目的在於說明本發明之精神而非用以限定本發明之保護範圍,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。
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電子裝置100之方塊圖。根據本發明之實施例,電子裝置100可係無人飛機、機器人等不同電子裝置。如第1圖所示,電子裝置100可包括一超音波測距裝置110,以及一控制裝置120。需注意地是,在第1圖中之方塊圖,僅係為了方便說明本發明之實施例,但本發明並不以此為限。電子裝置100亦可包含其它元件。
根據本發明之一實施例,超音波測距裝置110會接收控制裝置120所傳送之控制信號,並根據控制裝置120所傳送之控制訊號執行超音波測距。
第2A圖係顯示根據本發明之一實施例所述之超音波測距裝置110之方塊圖。如第2A圖所示,超音波測距裝置110可包括一超音波傳送器210、一超音波接收器220、一亂數產生器230,以及一處理器240。需注意地是,在第2A圖中之示意圖,僅係為了方便說明本發明之實施例,但本發明並不以此為限。第2B圖則係顯示根據本發明之一實施例所述之超音波測距裝置110之示意圖。
根據本發明之一實施例,超音波傳送器210可用來發送超音波信號,以及超音波接收器220可用來接收 超音波傳送器210所發送之超音波信號碰到障礙物後所反射回來之一反射信號。
根據本發明之一實施例,亂數產生器230會產生亂數值Rn。根據本發明之一實施例,亂數值Rn係三位數以上之整數值。
根據本發明之一實施例,處理器240可係一微控制器單元(microcontroller unit,MCU)。當超音波測距裝置110被啟動時,處理器240就會開始做初始化之設定,以及判斷有無從控制裝置120接收到來自控制裝置120之控置信號。
根據本發明之一實施例,當處理器240接收到控制裝置120所傳送之控制信號後,處理器240會先從亂數產生器230取得一亂數值Rn,以及從其一類比轉數位(Analog-to-digital converter,ADC)接腳(例如:第4B圖之第11接腳)取得一接腳數值Ad。接著,處理器240會根據亂數值Rn以及接腳數值Ad,進行一運算,以產生一延遲時間Ur。根據本發明之一實施例,處理器240所進行之運算可係一加法運算(即Ur=Rn+Ad),但本發明不以此為限。舉例來說,若處理器240取得之亂數值Rn係20以及取得之接腳數值Ad係180,處理器240即可計算出延遲時間Ur係200毫秒(ms)。根據本發明之實施例,處理器240所要讀取接腳數值Ad之ADC接腳可係預先就決定之一接腳。ADC接腳會接到超音波測距裝置110之電路板上,以產生一隨機之接腳數值Ad。
因此,當處理器240接收到控制裝置120所傳送之控制信號要執行超音波測距時,處理器240會指示超音波傳送器210等到延遲時間Ur結束後,在發送超音波信號進行超音波測距。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之時間區間之示意圖。如第3圖所示,若以1毫秒(ms)為一時間區間之單位,1秒鐘將可被分成1000個時間區間。舉例來說,若處理器240產生之延遲時間Ur係678,超音波傳送器210就會延遲678毫秒,才會發送超音波信號進行超音波測距。也就是說,超音波傳送器210在時間區間678毫秒的時候才會發送超音波信號進行超音波測距。若處理器240產生之延遲時間Ur係123,超音波傳送器210就會延遲123毫秒,才會發送超音波信號進行超音波測距。也就是說,超音波傳送器210在時間區間123毫秒的時候才會發送超音波信號進行超音波測距。
當開始進行超音波測距時,超音波傳送器210會在對應之時間區間發送一固定頻率之超音波信號(例如:40KHz之10101010信號,但本發明不以此為限),以進行超音波測距。當超音波接收器220接收到超音波傳送器210所發送之超音波信號碰到障礙物後所反射回來之反射信號後,超音波接收器220會將反射信號轉換成電壓信號,再傳送給處理器240。處理器240會根據超音波來回之時間,計算出一距離值(即(超音波來回之時間*音速)/2),並根據此距離值回傳一回復信號給控制裝置120。
根據本發明一實施例,當超音波傳送器210發送超音波信號後,處理器240會開始計時。若在一單位時間(例如:5ms)內超音波接收器220沒有接收到反射信號,處理器324,就會從新開始等待控制裝置120發送新的控制信號。
根據本發明一實施例,當處理器240從超音波接收器220接收到反射信號(已藉由超音波接收器220轉換成電壓信號)後,會先經由一運算放大器(Operational Amplifier)(圖未顯示)將接收到之信號放大,再經由一比較器(圖未顯示)比較放大之信號之電壓值是否超過一臨界值。若放大之信號之電壓值超過一臨界值,處理器240會根據超音波來回之時間,計算出一距離值,並根據此距離值回傳一回復信號給控制裝置120。若放大之信號之電壓值未超過一臨界值,處理器240,就會重新開始等待控制裝置122發送新的控制信號。
第4A圖係顯示根據本發明之一實施例所述之超音波測距裝置110之電路圖。第4B圖係顯示根據本發明之一實施例所述之控制裝置120之電路圖。需注意地是,在第4A-4B圖中之電路圖,僅係為了方便說明本發明之一實施例,但本發明並不以此為限。如第4A-4B圖所示,處理器240之第6和8接腳會耦接亂數產生器230之第2和3接腳,處理器240之第5和7接腳會耦接超音波傳送器210,以及處理器240之第12接腳會耦接超音波接收器220。此外,處理器240之第3接腳會耦接控制裝置120之第4 接腳,處理器240之第9接腳會耦接控制裝置120之第3接腳以及處理器240之第10接腳會耦接控制裝置120之第2接腳。此外,在第4B圖中,處理器240係從其第11接腳(ADC接腳)取得用來產生延遲時間Ur所需之接腳數值Ad。處理器240會讀取亂數產生器230所產生之亂數值Rn,以及讀取其之第11接腳之接腳數值Ad,並根據此亂數值Rn和接腳數值Ad產生一延遲時間Ur。控制裝置120可經由其之第3接腳傳送控制信號OP_TRIGER給處理器240,以通知處理器240進行超音波測距。當處理器240根據超音波來回之時間計算出一距離值後,處理器240會經由其第10接腳傳送一回復信號OP_ECHO,以通知控制裝置122測據之結果。根據本發明之一實施例,如第4A圖所示,ADC接腳可係以端端同心圓繞線的方式,連接到超音波測距裝置110之電路板上,但本發明不以此為限。
第5圖係根據本揭露之一實施例所述之超音波測距方法之流程圖500。此超音波測距方法可適用本發明之電子裝置100以及超音波測距裝置110。在步驟S510,藉由超音波測距裝置接收來自一亂數產生器之一亂數值。在步驟S520,藉由超音波測距裝置根據上述亂數值,決定超音波測距裝置之一超音波傳送器發送超音波信號之一延遲時間。在步驟S530,在延遲時間過後,藉由超音波測距裝置之超音波傳送器發送超音波信號,以進行超音波測距。
根據本發明一實施例,超音波測距方法更包括, 超音波測距裝置之一處理器會判斷有無來自控制裝置之控置信號。當超音波測距裝置之處理器會從控制裝置接收到一控制信號時,超音波測距裝置之處理器就會根據控制信號啟動上述超音波測距之流程。
根據本發明一實施例,步驟S520包括,藉由超音波測距裝置根據亂數值和超音波測距裝置之處理器之一ADC接腳對應之一接腳數值,進行一運算,以產生延遲時間。根據本發明之一實施例,所進行之運算可係一加法運算,但本發明不以此為限。
根據本發明一實施例,超音波測距方法更包括,當超音波測距裝置之超音波傳送器發送超音波信號後,超音波測距裝置之處理器會開始計時。若在一單位時間(例如:5ms)內超音波測距裝置之超音波接收器沒有接收到反射信號,超音波測距裝置之就會重新開始等待控制裝置發送新的控制信號。
根據本發明一實施例,超音波測距方法更包括,當超音波測距裝置之處理器從超音波接收器所接收到反射信號(已藉由超音波接收器220轉換成電壓信號)後,會先藉由一運算放大器(Operational Amplifier)將接收到之信號放大,再藉由一比較器比較放大之信號之電壓值是否超過一臨界值。若放大之信號之電壓值超過一臨界值,超音波測距裝置會根據超音波來回之時間,計算出一距離值,並根據此距離值回傳一回復信號給控制裝置。若放大之信號之電壓值未超過一臨界值,超音波測距裝置就會重新開始 等待控制裝置發送新的控制信號。
根據本發明之實施例所提出之超音波測距方法,當複數電子裝置需要進行超音波測距時,複數電子裝置可分別在其對應之延遲時間過後才進行超音波測距。因此,將可避免複數電子裝置在同時被指示執行超音波測距時,不同電子裝置之超音波信號彼此相互干擾之問題。此外,根據本發明之實施例所提出之超音波測距方法,亦可降低電子裝置對室內定位或衛星定位之依賴。
在本說明書中以及申請專利範圍中的序號,例如「第一」、「第二」等等,僅係為了方便說明,彼此之間並沒有順序上的先後關係。
本揭露之說明書所揭露之方法和演算法,可直接透過通訊處理裝置經配置以至少一處理器執行,直接應用在硬體以及軟體模組或兩者之結合上。一軟體模組(包括執行指令和相關數據)和其它數據可儲存在數據記憶體中,像是隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體(flash memory)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可規化唯讀記憶體(EPROM)、電子可抹除可規劃唯讀記憶體(EEPROM)、暫存器、硬碟、可攜式硬碟、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、DVD或在此領域習之技術中任何其它電腦可讀取之儲存媒體格式。一儲存媒體可耦接至一機器裝置,舉例來說,像是電腦/處理器(為了說明之方便,在本說明書以處理器來表示),上述處理器可透過儲存媒體來讀取資訊(像是程式碼),以及寫入資訊至儲存媒體。一儲存媒體可整合一處理器。一特殊應 用積體電路(ASIC)可包括處理器和儲存媒體。一用戶設備則可包括一特殊應用積體電路。換句話說,處理器和儲存媒體以不直接連接用戶設備的方式,包括於用戶設備中。此外,在一些實施例中,任何適合電腦程序之產品包括可讀取之儲存媒體,其中可讀取之儲存媒體包括和一或多個所揭露實施例相關之程式碼。在一些實施例中,電腦程序之產品可包括封裝材料。
以上段落使用多種層面描述。顯然的,本文的教示可以多種方式實現,而在範例中揭露之任何特定架構或功能僅為一代表性之狀況。根據本文之教示,任何熟知此技藝之人士應理解在本文揭露之各層面可獨立實作或兩種以上之層面可以合併實作。
雖然本揭露已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本揭露,任何熟習此技藝者,在不脫離本揭露之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種超音波測距裝置,包括:一超音波傳送器,發送一超音波信號;一超音波接收器,接收上述超音波信號碰到障礙物反射之一反射信號;一亂數產生器,產生一亂數值;以及一處理器,耦接上述亂數產生器,以取得上述亂數值,並根據上述亂數值,決定上述超音波傳送器發送上述超音波信號之一延遲時間,其中在上述延遲時間後,上述超音波傳送器發送上述超音波信號,以進行超音波測距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波測距裝置,其中上述處理器會從一控制裝置接收一控制信號,並根據上述控制信號執行超音波測距。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之超音波測距裝置,其中上述處理器根據上述亂數值和其之一接腳對應之一接腳數值,進行一運算,以產生上述延遲時間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之超音波測距裝置,其中當上述超音波傳送器發送上述超音波信號後,上述處理器開始計時,以及若在一單位時間內上述超音波接收器沒有接收到一反射信號,上述處理器重新等待上述控制裝置發送新的控制信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之超音波測距裝置,其中當上述處理器收到上述反射信號後,上述處理器將上述反射信號放大,且比較放大後之上述反射信號之電壓值是否超過一臨界值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之超音波測距裝置,其中若放大之上述反射信號之電壓值超過上述臨界值,上述處理器根據超音波來回之時間,計算出一距離值,並根據上述距離值回傳一回復信號給上述控制裝置,以及其中若放大之上述反射信號之電壓值未超過上述臨界值,上述處理器重新等待上述控制裝置發送新的控制信號。
  7. 一種電子裝置,包括:一控制裝置,產生一控制信號;以及一超音波測距裝置,耦接上述控制裝置,其中上述超音波測距裝置包括:一超音波傳送器,發送一超音波信號;一超音波接收器,接收上述超音波信號碰到障礙物反射之一反射信號;一亂數產生器,產生一亂數值;以及一處理器,耦接上述亂數產生器,以取得上述亂數值,並根據上述亂數值,決定上述超音波傳送器發送上述超音波信號之一延遲時間,其中在上述延遲時間後,上述超音波傳送器發送上述超音波信號,以進行超音波測距。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置,其中上述處理器會從上述控制裝置接收上述制信號,並根據上述控制信號執行超音波測距。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置,其中上述處理器根據上述亂數值和其之一接腳對應之一接腳數值,進行一運算,以產生上述延遲時間。
  10. 一種超音波測距方法,適用一超音波測距裝置,包括:接收來自一亂數產生器之一亂數值;根據上述亂數值,決定上述超音波測距裝置之一超音波傳送器發送一超音波信號之一延遲時間;以及在上述延遲時間後,發送上述超音波信號,以進行超音波測距。
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