TWI658282B

TWI658282B - 偵測裝置及偵測方法

Info

Publication number: TWI658282B
Application number: TW107112858A
Authority: TW
Inventors: 蔡孟儒
Original assignee: 緯創資通股份有限公司
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2019-05-01
Also published as: TW201944092A; US20190317157A1; CN110389306B; CN110389306A; US11249142B2

Abstract

一種偵測裝置，用來偵測一燈號狀態，包含有一低通濾波器，用來對一輸入訊號進行低通濾波，以產生一第一輸出電壓；以及一邏輯電路，耦接於該低通濾波器，用來根據該第一輸出電壓，判斷該燈號狀態；其中，該輸入訊號為一脈衝寬度調變訊號，並且該第一輸出電壓之一電壓位準落在該脈衝寬度調變訊號之一最高電壓位準與一最低電壓位準之間。

Description

偵測裝置及偵測方法

本發明係指一種偵測裝置及其相關偵測方法，尤指一種可偵測燈號的控制訊號以判斷燈號狀態的偵測裝置及偵測方法。

在現有的工業物聯網環境裡，有許多設備與機台皆具有多色燈號顯示器，用來顯示當下設備與機台的使用狀態，其中最常見的即為紅、黃、綠三色燈顯示器，因此，針對燈號顯示器的燈號狀態進行大數據收集與分析，已逐漸形成一個趨勢。一般而言，燈號顯示器的燈號狀態具有恆亮、恆滅與閃爍三種狀態，當偵測燈號閃爍的狀態時，由於不同燈號顯示器的閃爍狀態不盡相同，尤其是閃爍頻率不一致，或者燈號亮與滅的時間長短不同，皆造成判斷燈號狀態的困難度。此外，為了正確判斷燈號顯示器的閃爍頻率，往往需要一段時間來計算燈號亮與滅的重複次數。舉例來說，燈號顯示器在一段時間內至少出現燈號亮兩次滅兩次的現象才會被判定為閃爍行為；換言之，在燈號亮2秒及燈號暗2秒的情形下，則至少需要8秒完成計算亮滅的次數，才能判定燈號顯示器的閃爍狀態。在此情形下，對於追求實時回報設備狀態的工業物聯網環境而言，將導致成本的浪費跟損失。因此，現有的燈號偵測方法確實有改進的必要。

因此，本發明提供一種燈號的偵測裝置及其相關偵測方法，利用燈號的控制訊號，正確地判斷燈號閃爍的輸出訊號，進而有效率地判斷燈號的狀態，以達到實時偵測的效果。

本發明揭露一種偵測裝置，用來偵測一燈號狀態，包含有一低通濾波器，用來對一輸入訊號進行低通濾波，以產生一第一輸出電壓；以及一邏輯電路，耦接於該低通濾波器，用來根據該第一輸出電壓，判斷該燈號狀態；其中，該輸入訊號為一脈衝寬度調變訊號，並且該第一輸出電壓之一電壓位準落在該脈衝寬度調變訊號之一最高電壓位準與一最低電壓位準之間。

本發明另揭露一種偵測方法，用來偵測一燈號狀態，包含有對一輸入訊號進行低通濾波，以產生一第一輸出電壓；以及根據該第一輸出電壓，判斷該燈號狀態；其中，該輸入訊號為一脈衝寬度調變訊號，並且該第一輸出電壓之一電壓位準落在該脈衝寬度調變訊號之一最高電壓位準與一最低電壓位準之間。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例之一偵測裝置10之示意圖。偵測裝置10可於一工業物聯網環境中，用來偵測設備或機台的一燈號狀態，其包含有一低通濾波器102及一邏輯電路104。低通濾波器102包含一電阻R1及一電容C1，用來對一輸入訊號Vin進行低通濾波，以產生一第一輸出電壓V1。在此實施例中，輸入訊號Vin可以是關於燈號的控制訊號，例如，一脈衝寬度調變（Pulse Width Modulation，PWM）訊號，而第一輸出電壓V1可以是一直流電壓。邏輯電路104耦接於低通濾波器102，用來根據第一輸出電壓V1以判斷燈號狀態，其中，第一輸出電壓V1落在脈衝寬度調變訊號的一最高電壓位準與一最低電壓位準之間。如此一來，本發明的偵測裝置10可根據低通濾波器102將關於燈號的PWM控制訊號轉換為第一輸出電壓V1後，由邏輯電路104實時地判斷燈號的亮暗狀態。

詳細來說，低通濾波器102可對燈號的PWM控制訊號（即輸入訊號Vin）進行低通濾波，以產生接近直流電壓的第一輸出電壓V1，並且，不同的PWM訊號的頻率的直流電壓輸出位準不同。因此，當燈號狀態為恆亮或恆滅時，即PWM控制訊號長時間維持於最高電壓位準或最低電壓位準，由於這段恆亮與恆滅的時間遠大於低通濾波器102的一RC時間常數的數倍，在此情形下，經過低通濾波器102後所產生的第一輸出電壓V1，會因為低通濾波器102的電容C1已經處於充飽或完全放電的狀態，因而得到與PWM控制訊號的最高電壓位準或最低電壓位準一致的第一輸出電壓V1。也就是說，當PWM控制訊號於長時間維持於最高電壓位準與最低電壓位準時，可據以分別判斷燈號狀態為恆亮與恆滅。

假使燈號閃爍的頻率範圍為0.25Hz～10Hz之間，在此情形下，偵測裝置10先確定PWM控制訊號經過低通濾波器102後的第一輸出電壓V1的直流電壓值，其中，第一輸出電壓V1的直流電壓值的範圍會落於PWM控制訊號的最高電壓位準點與最低電壓位準點之間。接著，透過邏輯電路104判斷第一輸出電壓V1的電壓大小，再據以確定其電壓值是否落在對應於燈光閃爍的頻率區間內。如此一來，不需要花費過多時間計算PWM控制訊號於高位準與低位準之間連續轉換的次數，以判斷燈號狀態，進而達到實時回報燈號狀態的效果。

舉例來說，請參考第2圖，第2圖為脈衝寬度調變控制訊號之示意圖。如第2圖所示，PWM控制訊號具有一最高電壓位準VH及一最低電壓位準VL。值得注意的是，在此例中，最低電壓位準VL可為0V。由於燈號狀態於恆亮或恆滅時，PWM控制訊號長時間維持於最高電壓位準或最低電壓位準，因此，當PWM控制訊號維持於最高電壓位準VH時，即為燈號恆亮的狀態；相反地，當PWM控制訊號維持於最低電壓位準VL（例如，0V）時，即為燈號恆滅的狀態。此外，不同閃爍頻率的PWM控制訊號經由低通濾波器102後，所得到對應的第一輸出電壓V1的直流電壓位準也隨之不同。如第3圖所示，第3圖為本發明實施例之第一輸出電壓V1之示意圖，第一輸出電壓V1介於最高電壓位準VH及最低電壓位準VL（例如，0V）之間。當閃爍頻率較高時（例如，閃爍頻率為10Hz），其對應的直流電壓位準V _10Hz較低，低通濾波器102的電容C1的充放電時間較短，因此，所產生的漣波振幅（ripple amplitude）較小；相反地，當閃爍頻率較低時（例如，閃爍頻率為0.25Hz），其對應的直流電壓位準V _0.25Hz較高，低通濾波器102的電容C1的充放電時間較長，所產生的漣波振幅較大。

因此，當第一輸出電壓V1（即經過低通濾波器102低通濾波後的PWM控制訊號）介於對應於閃爍頻率0.25Hz～10Hz之間的直流電壓位準時，表示當下的燈號為閃爍的狀態。以此類推，當第一輸出電壓V1所對應的直流電壓位準大於閃爍頻率0.25Hz所對應的直流電壓位準V _0.25Hz時，則表示燈號處於恆亮狀態；當第一輸出電壓V1所對應的直流電壓位準小於或等於閃爍頻率10Hz所對應的直流電壓位準V _10Hz時，表示燈號處於恆滅狀態。如此一來，偵測裝置10透過低通濾波器102將PWM控制訊號進行低通濾波後，實時地根據第一輸出電壓V1的電壓位準判斷燈號狀態。

簡言之，本發明實施例之偵測裝置10可透過低通濾波器102將燈號的控制訊號，轉換為接近直流的第一輸出電壓V1，以判斷燈號的亮暗狀態，進而實時地提供偵測結果。需注意的是，本領域具通常知識者可根據不同系統需求適當設計偵測裝置，而不限於此，皆屬本發明之範疇。

請參考第4圖，第4圖為本發明實施例之一偵測裝置40之示意圖。在此實施例中，偵測裝置40包含有一低通濾波器402及一邏輯電路404。與偵測裝置10不同的地方在於，邏輯電路404包含電壓比較器406、408及一處理器410。電壓比較器406、408用來根據低通濾波器402所產生的一第一輸出電壓V1，轉換為複數個邏輯結果，接著，由處理器410據以判斷燈號狀態。在此實施例中，電壓比較器406、408可分別為用來判斷第一輸出電壓V1與電壓位準V _0.25Hz、電壓位準V _10Hz的關係。處理器410可包含一通用型輸入（General-purpose input，GPI）接腳，以判斷一輸出電壓Vout的電位狀態，例如，一高電位（High level）或一低電位（Low level）。具體而言，電壓比較器406用來判斷第一輸出電壓V1的電壓位準是否小於電壓位準V _0.25Hz（即對應於閃爍頻率為0.25Hz的電壓位準），如果輸出的邏輯結果為是，則電壓比較器406輸出高電位，也就是說，當前燈號的閃爍頻率高於0.25Hz。相似地，電壓比較器408用來判斷第一輸出電壓V1的電壓位準是否大於電壓位準V _10Hz，如果輸出的邏輯結果為是，則電壓比較器408輸出為高位準，也就是說，目前燈號的閃爍頻率低於10Hz。如此一來，透過電壓比較器406與電壓比較器408的輸出腳位的邏輯「及」（AND）設計，當輸出電壓Vout為高電位時，表示PWM控制訊號的變化頻率介於0.25Hz~10Hz之間，因此，處理器410可據以判斷燈號為閃爍狀態。當輸出電壓Vout輸出為低電位時（即電壓比較器406、408之中至少其中之一的輸出邏輯結果為低電位時），代表PWM控制訊號的變化頻率大於10Hz或低於0.25Hz（即燈號狀態為恆亮或恆滅），處理器410據以判斷燈號處於非閃爍狀態。因此，第一輸出電壓V1、輸出電壓Vout與燈號狀態之間的邏輯關係可歸納如表1所示。表1

V1	GPI	燈號狀態
~ VH	L	燈號非閃爍
VH＞ V1≧ V_0.25Hz	L	燈號非閃爍
V_0.25H＞ V1≧ V_10Hz	H	燈號閃爍
V_10Hz≧ V1＞ VL	L	燈號非閃爍
~ VL	L	燈號非閃爍

在另一實施例中，請參考第5圖，第5圖為本發明實施例之一偵測裝置50之示意圖。在此實施例中，偵測裝置50包含有一低通濾波器502及一邏輯電路504，其中邏輯電路504包含電壓比較器506、508及一處理器510。與偵測裝置40不同的地方在於，處理器510包含通用型輸入接腳GPI_1、GPI_2，用以根據電壓比較器506、508的輸出電壓Vout_1、Vout_2的電位判斷燈號狀態。具體而言，當一第一輸出電壓V1的電壓位準高於電壓V _0.25Hz時（即通用型輸入接腳GPI_1為低電位，且通用型輸入接腳GPI_2為高電位時），代表燈號為恆亮狀態；當通用型輸入接腳GPI_1為高電位，且通用型輸入接腳GPI_2為低電位時，即代表燈號為恆滅狀態。若通用型輸入接腳GPI_1、GPI_2同時為高電位時，即代表此時燈號為閃爍狀態。因此，第一輸出電壓V1、輸出電壓Vout與燈號狀態之間的邏輯關係可歸納如表2所示。表2

V1	GPI_1	GPI_2	燈號狀態
~ VH	L	H	燈號恆亮
VH＞ V1≧ V_0.25Hz	L	H	燈號恆亮
V_0.25H＞ V1≧ V_10Hz	H	H	燈號閃爍
V_10Hz≧ V1＞ VL	H	L	燈號恆滅
~ VL	H	L	燈號恆滅

在另一實施例中，請參考第6圖，第6圖為本發明實施例之一偵測裝置60之示意圖。偵測裝置60包含有一低通濾波器602及一邏輯電路604。與偵測裝置40、50不同的地方在於，邏輯電路604包含有一電壓隨耦器606及一處理器608。電壓隨耦器606用來根據其輸入阻抗大於輸出阻抗的特性，避免第一輸出電壓V1因為電阻R1與處理器608的類比數位轉換（analog-to-digital converter，ADC）輸入接腳Input_pin的輸入阻抗效應所造成的阻抗匹配問題，進而影響第一輸出電壓V1的直流位準。因此，當低通濾波器602根據PWM控制訊號產生第一輸出電壓V1後，透過電壓隨耦器606避免阻抗匹配的問題，使第一輸出電壓V1的直流位準與一輸出電壓Vout完全相同。因此，第一輸出電壓V1的直流位準可以完整呈現於ADC輸入接腳Input_pin，即輸出電壓Vout與第一輸出電壓V1的電壓位準相等。因此，處理器608可根據對應於第一輸出電壓V1的直流位準的ADC輸入接腳Input_pin的數位訊號，直接判斷燈號狀態。因此，第一輸出電壓V1、輸出電壓Vout與燈號狀態之關係可歸納如表3所示。表3

V1=Vout	燈號狀態
Vout≧V_0.25Hz	燈號恆亮
V_0.25Hz＞ Vout≧V_10Hz	燈號閃爍
V_10Hz＞ Vout＞ VL	燈號恆暗

根據不同應用及設計理念，本發明實施例之偵測裝置可以各式各樣的方式實現。進一步地，偵測裝置之運作方式可歸納為一偵測方法70，如第7圖所示。偵測方法70的步驟包含有：

步驟702：開始。

步驟704：對PWM控制訊號進行低通濾波，以產生第一輸出電壓V1。

步驟706：根據第一輸出電壓V1，判斷燈號狀態。

步驟708：結束。

關於偵測方法70的運作原理，可參考上述偵測裝置10、40、50、60之實施例，在此不再贅述。

需注意的是，本領域具通常知識者可根據不同系統需求適當設計偵測裝置。舉例來說，燈號狀態的閃爍頻率範圍、邏輯電路的實現方式、電壓比較器的數量或低通濾波器的RC時間常數等，皆可根據使用者或製造商的指示或電腦系統的設定來調整，而不限於此，皆屬本發明之範疇。

綜上所述，本發明可利用燈號的PWM控制訊號，透過低通濾波器及邏輯電路，正確地判斷燈號閃爍的輸出訊號，進而有效率地判斷燈號的狀態，以達到實時偵測燈號狀態的效果。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、40、50、60‧‧‧偵測裝置

102、402、502、602‧‧‧低通濾波器

104、404、504、604‧‧‧邏輯電路

406、408、506、508‧‧‧電壓比較器

410、510、608‧‧‧處理器

606‧‧‧電壓隨耦器

70‧‧‧流程

702、704、706、708‧‧‧步驟

Input_pin‧‧‧輸入接腳

C1‧‧‧電容

GPI_1、GPI_2‧‧‧通用型輸入接腳

R1‧‧‧電阻

V1‧‧‧第一輸出電壓

Vin‧‧‧輸入訊號

Vout、Vout_1、Vout_2‧‧‧輸出電壓

V_0.25Hz、V_10Hz‧‧‧電壓位準

VH‧‧‧最高電壓位準

VL‧‧‧最低電壓位準

第1圖為本發明實施例之一偵測裝置之示意圖。第2圖為一脈衝寬度調變控制訊號之示意圖。第3圖為本發明實施例之一第一輸出電壓之示意圖。第4～6圖為本發明實施例之另一偵測裝置之示意圖。第7圖為本發明實施例的一偵測方法的示意圖。

Claims

一種偵測裝置，用來偵測一燈號狀態，包含有：一低通濾波器，用來對一輸入訊號進行低通濾波，以產生一第一輸出電壓；以及一邏輯電路，耦接於該低通濾波器，用來根據該第一輸出電壓，判斷該燈號狀態；其中，該輸入訊號為一脈衝寬度調變訊號，並且該第一輸出電壓之一電壓位準落在該脈衝寬度調變訊號之一最高電壓位準與一最低電壓位準之間。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該低通濾波器根據該輸入訊號之一變化頻率，產生該第一輸出電壓。
如請求項2所述之偵測裝置，其中該邏輯電路包含有：一電壓隨耦器；以及一處理器，耦接於該電壓隨耦器，用來根據該第一輸出電壓，判斷該燈號狀態。
如請求項3所述之偵測裝置，其中當該第一輸出電壓小於或等於一第一電壓位準時，該處理器判斷該燈號狀態為一恆滅狀態。
如請求項3所述之偵測裝置，其中當該第一輸出電壓大於一第二電壓位準時，該處理器判斷該燈號狀態為一恆亮狀態。
如請求項3所述之偵測裝置，其中當該第一輸出電壓介於一第一電壓位準與一第二電壓位準之間時，該處理器判斷該燈號狀態為一閃爍狀態。
如請求項2所述之偵測裝置，其中該邏輯電路包含有：複數個比較器電路，用來根據該第一輸出電壓，產生複數個邏輯結果；一處理器，耦接於該複數個比較器電路，用來根據該複數個邏輯結果，判斷該燈號狀態；其中，該複數個邏輯結果相關於該第一輸出電壓與一第一電壓位準及一第二電壓位準之關係。
如請求項7所述之偵測裝置，其中當該第一輸出電壓小於或等於該第一電壓位準時，該處理器判斷該燈號狀態為一恆滅狀態。
如請求項7所述之偵測裝置，其中當該第一輸出電壓大於該第二電壓位準，該處理器判斷該燈號狀態為一恆亮狀態。
如請求項7所述之偵測裝置，其中當該第一輸出電壓介於該第一電壓位準與該第二電壓位準之間時，該處理器判斷該燈號狀態為一閃爍狀態。
一種偵測方法，用來偵測一燈號狀態，包含有：對一輸入訊號進行低通濾波，以產生一第一輸出電壓；以及根據該第一輸出電壓，判斷該燈號狀態；其中，該輸入訊號為一脈衝寬度調變訊號，並且該第一輸出電壓之一電壓位準落在該脈衝寬度調變訊號之一最高電壓位準與一最低電壓位準之間。
如請求項11所述之偵測方法，其中對該輸入訊號進行低通濾波係根據該輸入訊號之一變化頻率，產生該第一輸出電壓。
如請求項11所述之偵測方法，其中根據該第一輸出電壓判斷該燈號狀態之步驟包含有當該第一輸出電壓小於或等於一第一電壓位準時，判斷該燈號狀態為一恆滅狀態。
如請求項11所述之偵測方法，其中根據該第一輸出電壓判斷該燈號狀態之步驟包含有當該第一輸出電壓大於一第二電壓位準時，判斷該燈號狀態為一恆亮狀態。
如請求項11所述之偵測方法，其中根據該第一輸出電壓判斷該燈號狀態之步驟包含有當該第一輸出電壓介於一第一電壓位準與一第二電壓位準之間時，判斷該燈號狀態為一閃爍狀態。