测距装置及终端的制作方法

本实用新型涉及测量技术领域，尤其涉及一种测距装置及终端。

背景技术：

由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用，可在不同环境中进行距离准确度在线标定。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求。

超声波传感器一般是自发自收，但是出于成本考虑，外围电路使用的晶体振荡器的频率温度较差，它会引起接收时刻和发射时刻的载波频率会有较大的变化，利用相关技术的接收电路会导致解调出来的包络会有较大的失真，会严重影响峰值测距法的精度。

技术实现要素：

技术问题

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是，如何提高超声测距的精度。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本实用新型的一实施例，提供了一种测距装置，所述装置包括：

模数转换模块，用于对接收到的模拟超声信号进行带通采样，并将采样得到的信号进行模数转换，得到数字超声信号；

倍频模块，电连接于所述模数转换模块，用于对所述数字超声信号进行倍频处理，得到倍频信号；

滤波模块，电连接于所述倍频模块，用于对所述倍频信号进行滤波，得到包络信号；

相关模块，电连接于所述滤波模块，用于将所述包络信号与预设包络信号进行相关处理，得到相关信号；

测距模块，电连接于所述相关模块，用于对所述相关信号进行峰值检测，并利用检测得到的峰值确定距离。

在一种可能的实施方式中，所述模数转换模块包括模数转换器，所述模数转换器被设置为工作于西格玛-德尔塔sigma-delta模式。

在一种可能的实施方式中，所述倍频模块包括乘法器。

在一种可能的实施方式中，所述滤波模块包括低通滤波器。

在一种可能的实施方式中，所述相关模块包括乘法单元及累加单元，

所述乘法单元用于将所述包络信号与所述预设包络信号的对应位相乘，得到多个中间结果；

所述累加单元电连接于所述乘法单元，用于将多个所述中间结果进行累加，得到所述相关信号。

在一种可能的实施方式中，所述测距模块包括峰值检测单元，所述峰值检测单元用于对所述相关信号进行峰值检测，包括：

比较子单元，用于将当前时刻的相关信号与前一时刻的峰值进行比较，得到比较结果；

峰值确定子单元，电连接于所述比较子单元，用于在比较结果为当前时刻的相关信号大于前一时刻的峰值时，将当前时刻的相关信号设定为当前时刻的峰值；或在比较结果为前一时刻的相关信号大于当前时刻的相关信号时，将前一时刻的峰值设定为当前时刻的峰值。

在一种可能的实施方式中，所述峰值检测单元还包括：

峰值存储子单元，电连接于所述比较子单元及所述峰值确定子单元，用于存储峰值。

在一种可能的实施方式中，所述测距模块还包括：

测距单元，电连接于所述峰值检测单元，用于利用检测得到的峰值确定距离，其中，所述利用检测得到的峰值确定距离，包括：

利用所述峰值所在的数据位、所述相关数据的速率确定距离。

对为了解决上述技术问题，根据本实用新型的另一实施例，提供了一种终端，所述终端包括：

所述的测距装置。

有益效果

通过以上装置，本实用新型实施例可以利用模数转换模块对接收到的模拟超声信号进行带通采样，并将采样得到的信号进行模数转换，得到数字超声信号，利用倍频模块对所述数字超声信号进行倍频处理，得到倍频信号，通过滤波模块对所述倍频信号进行滤波，得到包络信号，利用相关模块将所述包络信号与预设包络信号进行相关处理，得到相关信号，利用测距模块对所述相关信号进行峰值检测，并利用检测得到的峰值确定距离。采用以上装置进行测距，消除了载波频偏的影响，提高了测距的精度。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本实用新型的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本实用新型的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本实用新型的原理。

图1示出了根据本实用新型一实施方式的超声测距原理示意图。

图2示出了根据本实用新型一实施例的测距装置的框图。

图3示出了根据本实用新型一实施例的测距装置的框图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。

请参阅图1，图1示出了根据本实用新型一实施方式的超声测距原理示意图。

如图1所示，在超声波测距中，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s＝340t/2。

由于超声波是一种声波，其声速v与温度有关。在使用时，如果传播介质温度变化不大，则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。如果对测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。

根据图1可得：

h＝s*cosθ(1)

θ＝arctg(l/h)(2)

其中，s表示超声波到达障碍物的长度，l表示超声波发射器和超声波接收器之间距离的一半，h表示待测的距离，θ表示h与l之间的夹角。

超声波传播的距离为：

2s＝vt(3)

其中，v表示超声波在介质中的传播速度，t表示超声波从发射到接收所需要的时间。

将公式(2)、公式(3)代入公式(1)中得：

因为超声波的传播速度v在一定的温度下是一个常数(例如在温度t＝30度时,v＝349m/s)，当需要测量的距离h远远大于l时，公式(4)变为：

h＝1/2vt(5)

因此，通过以上公式，就可以得出测量的距离h。

相关技术测距精度较低，为了增加测距的精度，可以采用自动频率控制电路，但是这极大地增加了接收电路的复杂度。另一方面当工作在厘米级短距离测距模式时，自动频率控制电路的频率锁定时间可能会大于回波延迟时间，导致它不能正常工作。

为解决以上问题，本实用新型实施例提出一种测距装置，可以以低复杂度的电路实现高精度测距，并且在厘米级短距离测距下依然可以正常工作，提高了装置的稳定性和环境适应性。

请参阅图2，图2示出了根据本实用新型一实施例的测距装置的框图。

如图2所示，所述装置包括：

模数转换模块10，用于对接收到的模拟超声信号进行带通采样，并将采样得到的信号进行模数转换，得到数字超声信号；

倍频模块20，电连接于所述模数转换模块10，用于对所述数字超声信号进行倍频处理，得到倍频信号；

滤波模块30，电连接于所述倍频模块20，用于对所述倍频信号进行滤波，得到包络信号；

相关模块40，电连接于所述滤波模块30，用于将所述包络信号与预设包络信号进行相关处理，得到相关信号；

测距模块50，电连接于所述相关模块40，用于对所述相关信号进行峰值检测，并利用检测得到的峰值确定距离。

通过以上装置，本实用新型实施例可以利用模数转换模块对接收到的模拟超声信号进行带通采样，并将采样得到的信号进行模数转换，得到数字超声信号，利用倍频模块对所述数字超声信号进行倍频处理，得到倍频信号，通过滤波模块对所述倍频信号进行滤波，得到包络信号，利用相关模块将所述包络信号与预设包络信号进行相关处理，得到相关信号，利用测距模块对所述相关信号进行峰值检测，并利用检测得到的峰值确定距离。采用以上装置进行测距，消除了载波频偏的影响，提高了测距的精度。

应该说明的是，本实用新型实施例的装置中，各个模块都可以通过数字电路实现。

在一种可能的实施方式中，所述模数转换模块可以包括模数转换器，所述模数转换器(adc)被设置为工作于西格玛-德尔塔sigma-delta模式。

本实用新型实施例通过将模数转换器设置为西格玛-德尔塔模式，可以使得量化噪声最小化，对接收到的模拟超声信号进行带通采样后的信号速率远大于包络信号的带宽。

在一种可能的实施方式中，所述倍频模块可以包括乘法器。

在一个示例中，倍频模块可以通过乘法器实现，也可以采用相关技术中的倍频器实现。

通过倍频模块，本实用新型实施例可以实现数字超声信号的平方运算。采用倍频器、乘法器实现倍频模块，对装置的电路面积增加较小，可以忽略不计，经过倍频模块提取的包络信号的带宽相较于原来的带宽增加了一倍，结合工作于西格玛-德尔塔模式的模数转换器，实现了载波同步，使得本实用新型实施例提出的测距装置的性能不受载波频偏的影响。

在一种可能的实施方式中，所述滤波模块可以包括低通滤波器。

本实用新型实施例通过低通滤波器可以对倍频模块得到的倍频信号进行低通滤波，从而得到准确的包络信号，且，由于倍频模块的倍频作用，低通滤波器对倍频信号低通滤波后得到的包络信号的带宽更宽，可以提高测距精度。

本实用新型实施例对低通滤波器的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要采用相关技术中的低通滤波器。

在一种可能的实施方式中，所述相关模块可以包括乘法单元及累加单元，

所述乘法单元用于将所述包络信号与所述预设包络信号的对应位相乘，得到多个中间结果；

所述累加单元电连接于所述乘法单元，用于将多个所述中间结果进行累加，得到所述相关信号。

在一个示例中，相关模块可以采用相关技术中的相关器实现，也可以根据需要利用数字电路实现。

在一个示例中，所述乘法单元可以包括一个或多个乘法器，所述累加单元可以包括一个或多个加法器。

通过相关模块，本实用新型实施例可以将滤波模块得到的包络信号与预设保罗信号相乘，并对得到的多个中间结果进行累加，从而得到所述相关信号，以便后续进行测距，实现方式简单，电路复杂度不高，容易实现，成本较低。

在一种可能的实施方式中，所述测距模块可以包括峰值检测单元，所述峰值检测单元可以用于对所述相关信号进行峰值检测，包括：

比较子单元，用于将当前时刻的相关信号与前一时刻的峰值进行比较，得到比较结果；

峰值确定子单元，电连接于所述比较子单元，用于在比较结果为当前时刻的相关信号大于前一时刻的峰值时，将当前时刻的相关信号设定为当前时刻的峰值；或在比较结果为前一时刻的相关信号大于当前时刻的相关信号时，将前一时刻的峰值设定为当前时刻的峰值。

在一个示例中，比较子单元可以通过比较器实现，峰值确定子单元可以利用专用硬件电路实现，也可以采用通用硬件电路结合控制逻辑实现。

在一种可能的实施方式中，所述峰值检测单元还可以包括：

峰值存储子单元，电连接于所述比较子单元及所述峰值确定子单元，用于存储峰值。

在一个示例中，峰值存储子单元可以包括非易失性存储器。

在一种可能的实施方式中，所述测距模块还可以包括：

测距单元，电连接于所述峰值检测单元，用于利用检测得到的峰值确定距离，其中，所述利用检测得到的峰值确定距离，包括：

利用所述峰值所在的数据位、所述相关数据的速率确定距离。

举例而言，假设相关模块进行相关处理后检测到的峰值为第100个数据点，相关时数据的速率为100khz。那么根据公式h＝1/2*v*t可以确定距离。

假设超声波在空气中的速度为343m/s，则根据测距公式可以得到h＝0.5*343*100/100000＝0.343*0.5m。

在一个示例中，所述测距单元可以利用专用硬件电路(例如数字电路)实现，也可以利用通用硬件电路(例如中央处理器cpu、微处理器mcu等)结合已有控制逻辑实现。

本实用新型实施例提出的倍频器可以用乘法器实现，实现了了载波同步，且所增加的电路面积可以忽略不计。经过倍频器提取的包络信号的带宽会比原来的展宽一倍，且本实用新型实施例提出的装置中采用的模数转换器adc是工作于sigma-delta模式的，即抽取滤波后的信号速率仍然远大于包括信号的带宽，这充分利用了sigma-delta模式adc和倍频器这两者的特点，使得测距装置的性能既不受载波频偏影响，又没有降低测距的精度，且成本较低。

请参阅图3，图3示出了根据本实用新型一实施例的测距装置800的框图。例如，装置800可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。

参照图3，装置800可以包括以下一个或多个组件：处理组件802，存储器804，电源组件806，多媒体组件808，音频组件810，输入/输出(i/o)的接口812，传感器组件814，以及通信组件816。

处理组件802通常控制装置800的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件802可以包括一个或多个处理器820来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件802可以包括一个或多个模块，便于处理组件802和其他组件之间的交互。例如，处理组件802可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件808和处理组件802之间的交互。

存储器804被配置为存储各种类型的数据以支持在装置800的操作。这些数据的示例包括用于在装置800上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器804可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电源组件806为装置800的各种组件提供电力。电源组件806可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为装置800生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件808包括在所述装置800和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(lcd)和触摸面板(tp)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件808包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当装置800处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。

音频组件810被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件810包括一个麦克风(mic)，当装置800处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器804或经由通信组件816发送。在一些实施例中，音频组件810还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

i/o接口812为处理组件802和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。

传感器组件814包括一个或多个传感器，用于为装置800提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件814可以检测到装置800的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为装置800的显示器和小键盘，传感器组件814还可以检测装置800或装置800一个组件的位置改变，用户与装置800接触的存在或不存在，装置800方位或加速/减速和装置800的温度变化。传感器组件814可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件814还可以包括光传感器，如cmos或ccd图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件814还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。

通信组件816被配置为便于装置800和其他设备之间有线或无线方式的通信。装置800可以接入基于通信标准的无线网络，如wifi，2g或3g，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件816经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件816还包括近场通信(nfc)模块，以促进短程通信。例如，在nfc模块可基于射频识别(rfid)技术，红外数据协会(irda)技术，超宽带(uwb)技术，蓝牙(bt)技术和其他技术来实现。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。