專利名稱：設定超音波檢測周期的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超音波 感測方法及其裝置，且特別涉及設定超音波檢測周期的方法 及其裝置。
背景技術：
超音波感測裝置可用于許多方面，例如是距離的量測，或是用于檢測是否有物 體進入其感測范圍，并根據此檢測結果來進行相關的控制。一般而言，當超音波感測裝置啟動時，超音波感測裝置會發(fā)出一感測波來檢測 其感測范圍內是否有物體存在。當物體存在于其感測范圍內時，感測波被該物體反射成 為一回聲信號，并且被超音波感測裝置接收。超音波感測裝置依據接收到此回聲信號的 時間，來計算所謂的飛行時間(Time-of-flight，TOF)，即發(fā)出感測波與接收到此回聲信 號之間的時間差。超音波感測裝置可根據飛行時間來估算出超音波感測裝置與物體間的 距離，或是利用飛行時間的變化來進行相對應的控制。請參照圖1A，其繪示為已知超音波感測裝置的示意圖。如圖所示，超音波感測 裝置10架設于一物體21上，例如是天花板或汽車等物體上，而超音波感測裝置10的感 測范圍內具有一參考物體22，例如是地板，桌面或墻壁等。當此超音波感測裝置10用來 檢測是否有外來物體進入超音波感測裝置10及參考物體22之間范圍以進行相關的控制動 作時，其會先對參考物體22進行檢測。一般而言，當超音波感測裝置10啟動時，會先檢測參考物體22的回聲信號， 且計算其飛行時間(TOF)并記錄下來作為一參考飛行時間。之后，如果超音波感測裝置 10接收到的回聲信號的飛行時間與上述的參考飛行時間相等時，便判定此回聲信號為參 考物體22所反射，而不進行任何動作。當有外來物體進入超音波感測裝置10與參考物 體22之間時，超音波感測裝置10發(fā)出的感測波11被外來物體反射，因此超音波感測裝 置10接收到的回聲信號所計算出的飛行時間與參考飛行時間不相等，此時，超音波感測 裝置10便可判定有外來物體進入，并可進行后續(xù)的相關動作。再者，在一般的超音波感測裝置中，為了避免接收到錯誤的噪聲而造成裝置的 誤判，其設定一邊界值。當接收到的回聲信號的強度大于設定的邊界值時，超音波感測 裝置才會記錄收到此回聲信號的時間，并依此時間來計算飛行時間。此外，在檢測參考物體并記錄其參考飛行時間后，超音波感測裝置會進入一檢 測狀態(tài)。在此檢測狀態(tài)的過程中，超音波感測裝置以一預設的檢測周期持續(xù)發(fā)出感測 波，并接收其相對應的有效回聲信號，計算及比較其飛行時間，來判斷是否有外來物體 進入。然而，此判斷結果很可能會因為感測波的多重反射效應而產生錯誤。請參見圖1B，其繪示為感測波產生多重反射效應的示意圖。當超音波感測裝置 10發(fā)出感測波11后，由參考物體22反射的主回聲信號12于時間t(l時傳回至超音波感測 裝置10。而當此主回聲信號12傳回至超音波感測裝置10時，其亦同時撞擊至物體21， 并產生一反射波再度往下撞擊至參考物體22，接著會再次地被反射傳回至超音波感測裝置10，使超音波感測裝置10于時間^時接收到一第一反射回聲信號13。同理地，此第 一反射回聲信號13亦會再次撞擊物體21并往下撞擊參考物體22，使得超音波感測裝置 10于時間I2時接收到一第二反射回聲信號14，同樣地，并于時間t3時接收到一第三反射 回聲信號15，且于時間t4時接收到一第四反射回聲信號16。由于反射的回聲信號的強度會逐漸減弱，因此，如圖所示，第三反射回聲信號 15及第四反射回聲信號16會因其強度已低于感測裝置所設的邊界值而被忽略，但超音波 感測裝置10接收到的第一反射回聲信號13及第二反射回聲信號14仍被視為有效的回聲 信號。如此，當此些多重反射回聲信號的強度大于感測裝置預設的邊界值且被視為有效 的回聲信號時，很容易造成超音波感測裝置對于是否有外來物體的誤判。請參照圖2，其繪示為超音波感測裝置發(fā)生誤判的示意圖。超音波感測裝置在檢 測外來物體的過程中，其以檢測周期T持續(xù)發(fā)出感測波。如圖所示，超音波感測裝置在 發(fā)出第一感測波111后，會于檢測周期T時間過后，發(fā)出一第二感測波121。當第一感 測波111撞擊到參考物體22時，產生第一主回聲信號112。接著，由于多重反射效應的 作用，第一主回聲信號產生第一反射回聲信號113、第二反射回聲信號114、第三反射回 聲信號115和第四反射回聲信號116。其中，第三反射回聲信號115及第四反射回聲信 號116會因其強度已低于感測裝置所設的邊界值而被忽略，但超音波感測裝置10接收到 的第一反射回聲信號113及第二反射回聲信號114仍被視為有效的回聲信號。同樣地， 第二感測波121會因參考物體22的反射而產生一第二主回聲信號122，以及因多重反射效 應而產生的反射回聲信號123、124。由于超音波感測裝置是以第一個接收到的有效回聲信號作為計算飛行時間的依 據，因此，如圖所示，第一感測波111的第一個有效回聲信號為第一主回聲信號112。而 第二感測波121的第一個有效回聲信號則被認為是第二反射回聲信號114。然而，第二感 測波121正確的回聲信號應為第二主回聲信號122，而非第二反射回聲信號114。因此， 在計算第二感測波121的飛行時間時，會計算出比正確的飛行時間較短的飛行時間，讓 超音波感測裝置誤判有外來物體進入。
發(fā)明內容
發(fā)明目的 有鑒于此，本發(fā)明的目的系提供一種設定超音波檢測周期的方法及其裝置，可 避免多重反射效應造成的誤判狀況。本發(fā)明提出一種設定超音波檢測周期的方法，其步驟包含先設定一初始檢測周 期T，接著發(fā)射一第一感測波，并計算一第一飛行時間(time-of-flight，TOF)。根據初 始檢測周期，發(fā)射一第二感測波并計算一第二飛行時間。接著，比較第二飛行時間與第 一飛行時間，如果該飛行時間的差值小于一預設值，則設定初始檢測周期T為超音波檢 測周期。再者，本發(fā)明更提出一種具有設定檢測周期的超音波感測裝置，包含一微處 理器，用以設定一初始檢測周期T，并根據該初始周期T產生一第一發(fā)射信號和一第二發(fā) 射信號；以及一超音波轉換器，依據該第一發(fā)射信號和該第二發(fā)射信號發(fā)射一第一感測 波和一第二感測波；其中，該微處理器又用以計算對應于該第一發(fā)射信號的一第一飛行時間及對應于該第二發(fā)射信號的一第二飛行時間，并比較該第二飛行時間與該第一飛行 時間，如果該飛行時間的差值小于一預設值，則設定該初始檢測周期T為該超音波檢測 周期。 為了使本領域技術人員能更進一步了解本發(fā)明特征及技術內容，請參閱以下有 關本發(fā)明的詳細說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限 制。
圖IA所繪示為已知超音波感測裝置的示意圖；圖IB所繪示為感測波產生多重反射效應的示意圖；圖2所繪示為超音波感測裝置發(fā)生誤判的示意圖；圖3所繪示為本發(fā)明的超音波感測裝置的示意圖；圖4A所繪示為本發(fā)明第一實施例的流程方塊圖；圖4B所繪示為本發(fā)明第一實施例的信號圖；圖5A所繪示為本發(fā)明第二實施例的流程方塊圖；圖5B所繪示為本發(fā)明第二實施例的信號圖。
具體實施例方式請參照圖3，其繪示為本發(fā)明的超音波感測裝置的示意圖。如圖所示，其包含一 微處理器40、一發(fā)射電路50、一超音波轉換器60和一接收電路70。微處理器40產生一 發(fā)射信號41至發(fā)射電路50，而發(fā)射電路50接收該發(fā)射信號41后，將該發(fā)射信號41轉換 成一驅動信號51，并傳送至超音波轉換器60，而超音波轉換器60依據此驅動信號51發(fā) 射感測波。感測波撞擊到物體后產生反射并形成回聲信號傳回至超音波轉換器60?；芈?信號由超音波轉換器60接收后，便相對應地產生一振動信號61并傳送至接收電路70。 當接收電路70接收該振動信號61后，便依據該振動信號61產生一接收信號71并傳送至 微處理器40，使微處理器40依據此接收信號71進行感測器與物體之間的飛行時間計算。此外，微處理器40設定一超音波感測裝置發(fā)射感測波的檢測周期，并且微處理 器40依設定的檢測周期產生發(fā)射信號41，以使超音波感測裝置相對應地以上述的檢測周 期發(fā)射感測波。再者，微處理器40亦會預設一邊界值，以判斷接收信號是否為有效，以 利于初步排除噪聲的干擾。在本發(fā)明中，該邊界值的設定與接收信號71的最大值有關， 其可為接收信號71最大值的一半，或是接收信號71最大值的六成。然此邊界值的設定 并不限于此，也可為數個接收信號71的平均值，或是任何熟悉本技術領域的人員能夠輕 易想到的定義。請參照圖4A，其繪示為本發(fā)明設定超音波檢測周期方法的第一實施例的流程方 塊圖。在超音波感測裝置啟動(步驟S100)后，在步驟S110，微處理器40設定一初始檢 測周期T、一時間增量Δ T及一可變整數n，其中n = 0。在步驟S120，超音波感測裝置 發(fā)射第一感測波。當第一感測波碰到參考物體時便反射而產生回聲信號并傳回至超音波 感測器。在步驟S130，超音波感測裝置接收發(fā)射第一感測波后的第一個有效回聲信號， 并由微處理器40依據此信號計算出第一飛行時間(1st TOF)。在步驟S140，微處理器40依照步驟SllO設定的初始檢測周期T產生一發(fā)射信號，使超音波感測裝置于初始檢測周 期T后，發(fā)射第二感測波。在步驟S150，超音波感測裝置接收發(fā)射第二感測波后的第一 個有效回聲信號，并由微處理器40依據此信號計算出第二飛行時間(2nd TOF)。在步驟S160中，微處理器40比較第二飛行時間與第一飛行時間的差值是否小于 一預設值，在本實施例中，該預設值例如為一毫秒(ms)。如果飛行時間的差值小于該預 設值則進入步驟S170，微處理器40設定上述的初始檢測周期T為超音波檢測周期。在 設定好超音波檢測周期后，為處理器40以此超音波檢測周期持續(xù)產生發(fā)射信號，使超音 波感測裝置依此超音波檢測周期發(fā)出感測波以檢測是否有外來物體進入其檢測范圍。若飛行時間的差值大于該預設值則進入步驟S180，微處理器40設定可變整數η 為η+1。在步驟S181中，微處理器40重新設定初始檢測周期T為Τ+η · ΔΤ。在步驟 S182中，微處理器40根據上述重新設定的初始檢測周期T產生一發(fā)射信號，使超音波感 測裝置發(fā)射第三感測波。接著，在步驟S183，超音波感測裝置接收發(fā)射第三感測波后的 第一個有效回聲信號，并由微處理器40計算出第三飛行時間Ο"1 TOF)。在步驟S184， 微處理器40比較第三飛行時間與第一飛行時間的差值是否小于該預設值。如果小于該預 設值則進入步驟S170，微處理器40設定上述的初始檢測周期T為超音波檢測周期。如 果第三飛行時間與第一飛行時間的差值大于該預設值，則進入步驟S180，微處理器40設 定可變整數η為η+1。
請參照圖4Β，其所繪示為本發(fā)明設定超音波檢測周期方法的第一實施例的信號 圖。超音波感測裝置發(fā)射第一感測波111后，第一感測波111會撞擊到參考物體形成反射 而產生第一主回聲信號112，并因多重反射作用而產生第一反射回聲信號113、第二反射 回聲信號114、第三反射回聲信號115及第四反射回聲信號116。在上述的回聲信號中， 第一主回聲信號112、第一反射回聲信號113及第二反射回聲信號114為有效回聲信號， 而第三反射回聲信號115及第四反射回聲信號116為無效回聲信號。在超音波感測裝置接收到第一個有效回聲信號，即第一回聲主信號112后，微 處理器40將依據接收到第一回聲信號112的時間計算出第一飛行時間(1st TOF)。接著，微處理器40會根據初始檢測周期T于發(fā)射第一感測波111后，產生發(fā)射 信號，使超音波感測裝置發(fā)射第二感測波121。同樣地，第二感測波121在撞擊到參考物 體后會反射而形成第二主回聲信號122，并因多重反射作用而產生第一反射回聲信號123 及第二反射回聲信號124。在上述的回聲信號中，其皆為有效回聲信號。接著，超音波感測裝置會接收到第一個有效回聲信號，且微處理器40將依據接 收到此有效回聲信號的時間計算出第二飛行時間(2nd TOF)。然而，超音波感測裝置第一個接收到的有效回聲信號為第一主回聲信號112的 第二反射回聲信號114，而非第二回聲信號122，因此其計算所得的第二飛行時間(2nd TOF)為發(fā)射第二感測波121后至接收到第一主回聲信號112的第二反射回聲信號114之 間的飛行時間。因此雖然第一感測波111和第二感測波121皆是撞擊到同一個參考物體 而產生回聲信號，但受到多重反射的影響，將使得第二飛行時間較第一飛行時間短。在計算出第二飛行時間后，微處理器40會比較第二飛行時間與第一飛行時間的 差值是否小于一預設值。如果小于該預設值，則表示超音波感測裝置在此兩次檢測中所 接收到的回聲信號為各自的主回聲信號，因而微處理器40會判定在依據此初始檢測周期T所發(fā)出的感測波中，其第一個有效回聲信號為主回聲信號，而非反射回聲信號。微處 理器40設定此初始檢測周期T為超音波檢測周期，并根據此超音波檢測周期發(fā)射感測波 以檢測是否有外來物體。若第二飛行時間與第一飛行時間的差值大于該預設值，微處理器40將設定可變 整數η為n+1，其中可變整數η的初始值為0，并重新設定初始檢測周期T為Τ+η · ΔΤ， 其中ΔΤ為一時間增量，并根據此重新設定的初始檢測周期T來發(fā)射第三感測波131。同 樣地，微處理器40會根據發(fā)射第三感測波131后所接收到的第一個有效回聲信號來計算 飛行時間。如圖所示，發(fā)射 第三感測波131后所接收的第一個有效回聲信號為第二主回聲 信號122的第二反射信號124，因此微處理器40將依據接收到第二主回聲信號122的第二 反射信號124的時間來計算第三飛行時間。在計算出第三飛行時間后，微處理器40會比 較第三飛行時間與第一飛行時間的差值是否小于該預設值。如果小于該預設值，則微處 理器40設定此時的初始檢測周期T為超音波檢測周期，并根據此超音波檢測周期發(fā)射感 測波以檢測是否有外來物體。若當次計算得出的飛行時間與第一飛行時間的差值大于該預設值，微處理器40 則再次設定倍數η為η+1，并重新設定初始檢測周期T為Τ+η · ΔΤ,并根據此重新設定 的初始檢測周期T來發(fā)射下一次的感測波，直到當次計算得出的飛行時間與第一飛行時 間的差值小于該預設值。此時，微處理器40設定當次的初始檢測周期T為超音波檢測周 期，并接著根據此超音波檢測周期發(fā)射感測波以檢測是否有外來物體。請參照圖5Α，其所繪示為本發(fā)明設定超音波檢測周期方法的第二實施例的流程 方塊圖。如同前述本發(fā)明第一實施例的流程的步驟SlOO至步驟S150，在超音波感測裝 置啟動后，微處理器40設定一初始檢測周期Τ，并根據此初始檢測周期T發(fā)射第一感測 波及第二感測波，并計算相對應的第一飛行時間和第二飛行時間。然而，在本實施例的 步驟S110’中，微處理器40僅需設定一初始檢測周期Τ，而不需設定一時間增量ΔΤ及 一可變整數η。在本實施例的步驟S260中，微處理器40會比較第一飛行時間和第二飛行時間的 差值是否小于一預設值。如果小于該預設值，則進入步驟S270，微處理器40設定上述 的初始檢測周期T為超音波檢測周期。在設定好超音波檢測周期后，微處理器40以此超 音波檢測周期持續(xù)產生發(fā)射信號，使超音波感測裝置依此超音波檢測周期發(fā)出感測波以 檢測是否有外來物體進入其檢測范圍。如果大于該預設值，則進入步驟280，微處理器 40設定超音波檢測周期為上述的初始檢測周期T加上第二飛行時間，使超音波感測裝置 依此超音波檢測周期發(fā)出感測波以檢測是否有外來物體進入其檢測范圍。請參見圖5Β，其繪示為本發(fā)明設定超音波檢測周期方法的第二實施例的信號 圖。如同前述本發(fā)明第一實施例的信號圖，由于受到多重反射回聲信號的影響，在發(fā)射 第二感測波121后，以收到第一主回聲信號112的第二反射回聲信號114的時間來計算第 二飛行時間，使得第二飛行時間與第一飛行時間不相等，并且其飛行時間的差值大于該 預設值，因此微處理器40將重新設定超音波檢測周期為上述的初始檢測周期T加上第二 飛行時間，并依據此超音波檢測周期來發(fā)射感測波，例如第三感測波131，以檢測是否有 外來物體。
如圖所示，根據上述設定的超音波檢測周期，會使發(fā)射第三感測波131的時間位置剛好與接收到第二主回聲信號122的第二反射信號124的時間位置重迭，因此發(fā)射第 三感測波131后第一個接收到的有效回聲信號為第三主回聲信號132，而避開了多重反射 回聲信號的影響。上述的方法可在超音波感測裝置每次開機啟動時執(zhí)行，或是于固定時間間隔執(zhí) 行，其可視使用的用途和環(huán)境做調整，且本發(fā)明的方法不需增加任何額外元件，只需利 用固件控制，不會增加任何成本。因此，根據本發(fā)明提出的設定超音波檢測周期的方法，可避免多重反射效應造 成的誤判狀況。綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明， 本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本 發(fā)明的保護范圍當視所附權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種設定超音波檢測周期的方法，其步驟包含 設定一初始檢測周期T ；發(fā)射一第一感測波； 計算一第一飛行時間； 根據該初始檢測周期，發(fā)射一第二感測波； 計算一第二飛行時間；以及比較該第二飛行時間與該第一飛行時間，如果該飛行時間的差值小于一預設值，則 設定該初始檢測周期T為該超音波檢測周期。
2.如權利要求1所述的設定超音波檢測周期的方法，其中該第一飛行時間為自該第一 感測波發(fā)射后至接收到第一個有效回聲信號的時間間隔，且該第二飛行時間為自該第二 感測波發(fā)射后至接收到第一個有效回聲信號的時間間隔。
3.如權利要求1所述的設定超音波檢測周期的方法，該步驟又包括 設定一時間增量ΔΤ;以及設定一可變整數n，其中n = 0。
4.如權利要求3所述的設定超音波檢測周期的方法，該步驟又包括 若該飛行時間的差值大于該預設值，則設定該可變整數η為n+1 ； 設定該初始檢測周期T為Τ+η · Δ T ；根據該初始檢測周期發(fā)射一第三感測波； 計算一第三飛行時間；比較該第三飛行時間與該第一飛行時間，如果該飛行時間的差值小于該預設值，則 設定該初始檢測周期為該超音波檢測周期；若大于該預設值，則重復上述步驟。
5.如權利要求4所述的設定超音波檢測周期的方法，其中該第三飛行時間為自該第三 感測波發(fā)射后至接收到第一個有效回聲信號的時間間隔。
6.如權利要求1所述的設定超音波檢測周期的方法，該步驟又包括若該飛行時間的差值大于該預設值，則設定該超音波檢測周期為該初始檢測周期T 加上該第二飛行時間。
7.一種具有設定檢測周期的超音波感測裝置，包含一微處理器，用以設定一初始檢測周期Τ，并根據該初始周期T產生一第一發(fā)射信號 和一第二發(fā)射信號；以及一超音波轉換器，依據該第一發(fā)射信號和該第二發(fā)射信號發(fā)射一第一感測波和一第 二感測波；其中，該微處理器又用以計算對應于該第一發(fā)射信號的一第一飛行時間及對應于該 第二發(fā)射信號的一第二飛行時間，并比較該第二飛行時間與該第一飛行時間，如果該飛 行時間的差值小于一預設值，則設定該初始檢測周期T為該超音波檢測周期。
8.如權利要求7所述的具有設定檢測周期的超音波感測裝置，還包含一發(fā)射電路，依據該第一發(fā)射信號和該第二發(fā)射信號傳送一第一驅動信號和一第二 驅動信號至該超音波轉換器，使該超音波轉換器發(fā)送該第一感測波和該第二感測波；以 及一接收電路，其中，當該超音波轉換器接收到一回聲信號時，會傳送一振動信號至該接收電路，且該接收電路依據該振動信號傳送一接收信號至該微處理器。
9.如權利要求7所述的具有設定檢測周期的超音波感測裝置，又包括 該微處理器設定一時間增量Δ T及一可變整數n，其中η = 0。
10.如權利要求9所述的具有設定檢測周期的超音波感測裝置，又包括若該飛行時間的差值大于該預設值，則該微處理器設定該可變整數η為η+1，并設定 并該初始檢測周期T為Τ+η · Δ T ；該微處理器根據該初始檢測周期發(fā)射一第三發(fā)射信號；該微處理器計算對應于該第三發(fā)射信號的一第三飛行時間，并比較該第三飛行時間 與該第一飛行時間，如果該飛行時間的差值小于該預設值，則設定該初始檢測周期為該 超音波檢測周期；若大于該預設值，則重復上述步驟。
11.如權利要求7所述的具有設定檢測周期的超音波感測裝置，又包括若該飛行時間的差值大于該預設值，則該微處理器設定該超音波檢測周期為該初始 檢測周期T加上該第二飛行時間。
全文摘要
設定超音波檢測周期的方法及其裝置。該方法包含先設定一初始檢測周期T，接著發(fā)射一第一感測波，并計算一第一飛行時間(time-of-flight，TOF)。根據初始檢測周期，發(fā)射一第二感測波并計算一第二飛行時間。接著，比較第二飛行時間與第一飛行時間，如果該飛行時間的差值小于一預設值，則設定初始檢測周期T為超音波檢測周期。
文檔編號G01S15/04GK102023298SQ20091017475
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月17日 優(yōu)先權日2009年9月17日
發(fā)明者林益民 申請人:建興電子科技股份有限公司