距离检测方法以及装置与流程

本发明关于一种检测距离的技术，更进一步来说，本发明关于一种使用指向性信号的频宽或频带作距离检测方法与使用指向性信号作距离检测的装置。

背景技术：

图1绘示为先前技术的红外线距离检测装置的电路图。请参考图1，此红外线距离检测装置包括一微处理器101、一红外线发光二极管102以及一红外线接收器103。微处理器101具有一脉波宽度调变接脚p01，此脉波宽度调变接脚p01耦接红外线发光二极管102的阳极。微处理器101通过上述脉波宽度调变接脚p01，输出脉波宽度调变信号pwms给红外线发光二极管102。

图2绘示为先前技术的红外线距离检测装置的操作示意图。请参考图2，在先前技术中，距离检测方式是利用改变给予红外线发光二极管102的脉波宽度调变信号pwms的责任周期，藉以改变红外线发光二极管102所发射的红外线信号的能量，之后，判断红外线接收器103是否有收到物体反射的红外线信号，藉以判断物体与红外线距离检测装置之间的距离。举例来说，脉波宽度调变信号pwms的责任周期为50％时，可以检测到距离为d，脉波宽度调变信号pwms的责任周期为25％时，可以检测到距离为二分之一d。微处理器101通过改变脉波宽度调变信号pwms的责任周期，以进行距离测量的动作。

然而，对于产生脉波宽度调变信号，微处理器101需要较高频率的时脉信号。举例来说，假设以38khz频率的时脉信号，脉波宽度调变256阶，则需要将近9mhz的时脉。一般八位的微处理器并没有这样的速度。再者，一般微处理器仅有二个到四个脉波宽度调变输入输出接脚，假设以两轮机器人有两个电机来说，就已经必须用掉四个脉波宽度调变输入输出接脚，导致没有宽度调变输入输出接脚给距离检测使用。另外，常见的微处理器的红外线输入输出接脚，其可输出的脉波宽度调变信号的责任周期的选择仅有二分之一、三分之一、四分之一、五分之一。换句话说，微处理器的红外线输入输出接脚并没有多余的责任周期可以选择，因此，若采用微处理器的红外线输入输出接脚作距离测试的精确度非常低。

技术实现要素：

本发明的一目的在于提供一种距离检测方法以及使用其的距离检测装置，通过改变指向性信号的频率，检测反弹回来的指向性信号，通过可否由反弹回来的指向性信号解码出接收信号，来判断所检测的物体与距离检测装置之间的距离。

本发明的另一目的在于提供一种距离检测方法以及使用其的距离检测装置，可以不采用脉波宽度调变的方式进行距离检测。

有鉴于此，本发明提供一种距离检测方法，此距离检测方法包括下列步骤：提供一指向性信号发射模组；提供一具有一固定频宽的指向性信号接收模组；提供一距离检测信号给该指向性信号发射模组；改变提供给该指向性信号发射模组的该距离检测信号的频率，并且判断该指向性信号接收模组是否可以由反射的指向性信号解码出一接收信号；以及根据距离检测信号的频率所对应的该接收信号是否被解码出，判断外部物件与指向性信号接收模组之间的距离。

本发明另外提出一种距离检测装置，此距离检测装置包括一指向性信号发射模组、一指向性信号接收模组以及一微处理器。指向性信号接收模组具有一固定频宽。微处理器包括一第一连接埠以及一第二连接埠，其中，微处理器的第一连接埠耦接该指向性信号发射模组，微处理器的第二连接埠耦接该指向性信号接收模组，其中，微处理器通过第一连接埠提供一距离检测信号给指向性信号发射模组。微处理器改变提供给指向性信号发射模组的距离检测信号的频率，并且判断指向性信号接收模组是否可以由反射的指向性信号解码出一接收信号，并且微处理器根据距离检测信号的频率所对应的接收信号是否被解码出，判断外部物件与指向性信号接收模组之间的距离。

依照本发明较佳实施例所述的距离检测方法以及使用其的距离检测装置，上述固定频宽由较低的第一频率到较高的第二频率。另外，在一较佳实施例中，上述改变提供给该指向性信号发射模组的该距离检测信号的频率，并且判断该指向性信号接收模组是否可以由反射的指向性信号解码出一接收信号包括下列子步骤：由该固定频宽的一中央频率开始，作为该距离检测信号的频率；步骤(a)提供该距离检测信号；步骤(b)由所接收到的反射的指向性信号进行解码；将该距离检测信号的频率加上一频率变化量，作为该距离检测信号的频率，重新进行上述步骤(a)与步骤(b)，直到该距离检测信号的频率加上该频率变化量大于该第二频率。

依照本发明较佳实施例所述的距离检测方法以及使用其的距离检测装置，上述固定频宽由较低的第一频率到较高的第二频率。另外，在一较佳实施例中，上述改变提供给该指向性信号发射模组的该距离检测信号的频率，并且判断该指向性信号接收模组是否可以由反射的指向性信号解码出一接收信号包括下列子步骤：由该固定频宽的一中央频率开始，作为该距离检测信号的频率；步骤(a)提供该距离检测信号；步骤(b)由所接收到的反射的指向性信号进行解码；将该距离检测信号的频率减去一频率变化量，作为该距离检测信号的频率，重新进行上述步骤(a)与步骤(b)，直到该距离检测信号的频率减去该频率变化量小于该第一频率。

依照本发明较佳实施例所述的距离检测方法以及使用其的距离检测装置，上述固定频宽由较低的第一频率到较高的第二频率。另外，在一较佳实施例中，上述改变提供给该指向性信号发射模组的该距离检测信号的频率，并且判断该指向性信号接收模组是否可以由反射的指向性信号解码出一接收信号包括下列子步骤：由该第一频率开始，作为该距离检测信号的频率；步骤(a)提供该距离检测信号；步骤(b)由所接收到的反射的指向性信号进行解码；将该距离检测信号的频率加上一频率变化量，作为该距离检测信号的频率，重新进行上述步骤(a)与步骤(b)，直到该距离检测信号的频率加上该频率变化量大于该第二频率。

依照本发明较佳实施例所述的距离检测方法以及使用其的距离检测装置，上述固定频宽由较低的第一频率到较高的第二频率。另外，在一较佳实施例中，上述改变提供给该指向性信号发射模组的该距离检测信号的频率，并且判断该指向性信号接收模组是否可以由反射的指向性信号解码出一接收信号包括下列子步骤：由该第二频率开始，作为该距离检测信号的频率；步骤(a)提供该距离检测信号；步骤(b)由所接收到的反射的指向性信号进行解码；将该距离检测信号的频率减去一频率变化量，作为该距离检测信号的频率，重新进行上述步骤(a)与步骤(b)，直到该距离检测信号的频率减去该频率变化量小于该第一频率。

依照本发明较佳实施例所述的距离检测方法以及使用其的距离检测装置，上述指向性信号发射模组为一红外线发射模组，且上述指向性信号接收模组为一红外线信号接收模组。在另一较佳实施例中，上述指向性信号发射模组为一超声波发射模组，且上述指向性信号接收模组为一超声波信号接收模组。

本发明的精神在于利用改变距离检测信号的频率的方式，控制指向性信号。并且通过指向性信号反弹回来时，指向性信号接收模组是否成功解码来判定待测物体与距离检测装置之间的距离。由于不需要使用脉波宽度调变技术，因此，不会受限于微处理器的脉波宽度调变接脚的数目。另外，由于本发明采用频率调整的技术，相对于脉波宽度调变技术，频率调整的技术相对对于硬件要求较低，且软件方面较容易实施。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示为先前技术的红外线距离检测装置的电路图。

图2绘示为先前技术的红外线距离检测装置的操作示意图。

图3绘示为本发明一较佳实施例的距离检测装置的电路图。

图4绘示为本发明一较佳实施例的距离检测装置的指向性信号接收模组302的频率响应图。

图5绘示为本发明一较佳实施例的距离检测装置的接收频宽与距离的示意图。

图6绘示为先前技术的责任周期产生电路的电路方块图。

图7绘示为本发明一较佳实施例的红外线距离检测装置的运作示意图。

图8绘示为本发明一较佳实施例的超声波距离检测装置的运作示意图。

图9绘示为本发明一较佳实施例的距离检测方法的流程图。

图10绘示为本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤流程图。

图11绘示为本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤流程图。

图12绘示为本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤流程图。

图13绘示为本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤流程图。

附图标号

101：微处理器

102：红外线发光二极管

103：红外线接收器

p01：脉波宽度调变接脚

pwms：脉波宽度调变信号

301：指向性信号发射模组

302：指向性信号接收模组

303：微处理器

ds：距离检测信号

rs：接收信号

bw51：待测物与距离检测装置之间的距离为近距离的情况的频宽

bw52：待测物与距离检测装置之间的距离为中距离的情况的频宽

bw53：待测物与距离检测装置之间的距离为远距离的情况的频宽

fc：中央频率

fl：下限频率

fh：上限频率

701：红外线信号发射模组

702：红外线信号接收模组

801：超声波信号发射模组

802：超声波信号接收模组

s901～s906：本发明一较佳实施例的距离检测方法的流程步骤

s1001～s1005：本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤

s1101～s1105：本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤

s1201～s1205：本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤

s1301～s1305：本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤

具体实施方式

图3绘示为本发明一较佳实施例的距离检测装置的电路图。请参考图3，距离检测装置包括一指向性信号发射模组301、一指向性信号接收模组302以及一微处理器303。在此实施例中，指向性信号发射模组301可以是以特定频带光线发射模组实施，例如可见光、红外光等等。指向性信号接收模组302则是相对应于上述特定频带光线发射模组的接收模组。另外，在此实施例中，指向性信号接收模组302具有一固定频宽。图4绘示为本发明一较佳实施例的距离检测装置的指向性信号接收模组302的频率响应图。请参考图4，在此图式中，横轴表示频率，纵轴表示距离。若假设上述指向性信号接收模组302为红外线接收模组，上述纵轴代表可由所接收的红外线信号解码出接收信号的距离，横轴则表示所接收的红外线信号的频率。在此实施例中，指向性信号接收模组302的频率响应类似于一带通滤波器。

微处理器303包括一第一连接埠以及一第二连接埠，其中，微处理器303的第一连接埠耦接指向性信号发射模组301，微处理器303的第二连接埠耦接指向性信号接收模组302。微处理器303通过第一连接埠提供一距离检测信号ds给指向性信号发射模组301，指向性信号发射模组301则根据此距离检测信号ds，发射相同频率的指向性信号。另外，指向性信号接收模组302同时接收反射的指向性信号，并将反射的指向性信号进行解码，解出接收信号rs并传送给微处理器303。

在此实施例中，微处理器303所输出的距离检测信号ds会随着时间改变其频率。因此，指向性信号发射模组301会发射出强度相同而频率不同的指向性信号。又，请参考图4，假设所发射的指向性信号在中央频率38khz时，由3米反射回来的指向性信号可以被解码，所发射的指向性信号在35khz频率时，仅有由1.5米反射回来的指向性信号可以被解码。由于指向性信号接收模组302在指向性信号的频率不同时，有不同的解码成功距离，因此，微处理器303只要改变距离检测信号ds的频率，并且，微处理器303检测指向性信号接收模组302是否成功解码出接收信号rs，便可以判断距离。

图5绘示为本发明一较佳实施例的距离检测装置的接收频宽与距离的示意图。请参考图5，在此实施例采用频宽的宽度来判断距离。标号bw51表示待测物与距离检测装置之间的距离为近距离的情况的频宽。标号bw52表示待测物与距离检测装置之间的距离为中距离的情况的频宽。标号bw53表示待测物与距离检测装置之间的距离为远距离的情况的频宽。标号fc表示中央频率。标号fl表示下限频率。标号fh表示上限频率。在此实施例中，微处理器303只需要单纯的负责将距离检测信号ds的频率，从频率fl改变到fh(或从频率fh改变到fl)，并且判断接收信号rs是否解码成功。换句话说，微处理器303在进行单纯的扫频(frequencysweeping)的动作。通过检测出频宽宽度，便可以判定出待测物与距离检测装置之间的距离。

由于每一个指向性信号接收模组302在制作过程中，常常会有所差异，导致每一个指向性信号接收模组302的中央频率并非都落在38khz。有的指向性信号接收模组302的中央频率可能落在37.5khz；有的指向性信号接收模组302的中央频率可能落在39khz。然而，上述实施例中，采用扫频(frequencysweeping)方式，故即便每一个指向性信号接收模组302的中央频率并非都落在38khz，只要扫描的频带够宽，并且检测频宽，由检测出的频宽知道距离，也就不需要理会元件差异。

上述实施例是以由下限频率fl逐渐改变到上限频率fh的作法或是由上限频率fh逐渐改变到下限频率fl的作法。所属技术领域具有通常知识者应当知道，若在指向性信号接收模组302的元件差异不大时，上述实施例亦可以采用由中央频率fc逐渐改变到上限频率fh的作法或是由中央频率fc逐渐改变到下限频率fl的作法。故本发明不以此为限。

另外，比较先前技术与图3的技术，由于图3的技术是以改变频率固定责任周期的方式运作。对于微处理器303来说，改变频率相对于改变责任周期来的容易。由于改变责任周期需要较高的时脉，且改变责任周期，需要有一比较电路，如图6所示，图6绘示为先前技术的责任周期产生电路的电路方块图。请参考图6，此责任周期产生电路包括一计数电路601、一比较电路602以及一转态控制电路603。计数电路601接收一高频率时脉信号clk，并依照此高频率时脉信号clk的正缘或负缘计算，用以输出一计数值cv。比较电路则是接收上述计数值cv以及一责任周期d，将上述计数值cv与责任周期d所对应的目标责任周期值进行比较。当上述计数值cv比上述目标责任周期值大时，则输出一使能信号en。当转态控制电路603接收到使能信号en，便将所输出的信号由高电压转为低电压，之后，计数电路601由0开始计数，并且，比较电路602开始比较上述计数值cv以及(1-d)所对应的目标责任周期值进行比较。

然而，改变频率的运作则是相对单纯。只要计数器计算到目标值就转态即可。另外，以在35khz～45khz之间调整频率来说，所需要的时脉顶多1mhz，相对于调整脉波宽度所需的时脉为低。

图7绘示为本发明一较佳实施例的红外线距离检测装置的运作示意图。请参考图7以及图3，此红外线距离检测装置主要是将原本的指向性信号发射模组301改为红外线信号发射模组701，且将原本的指向性信号接收模组302改为红外线信号接收模组702。其原理与上述原理相同，故不予赘述。

图8绘示为本发明一较佳实施例的超声波距离检测装置的运作示意图。请参考图8以及图3，此超声波距离检测装置主要是将原本的指向性信号发射模组301改为超声波信号发射模组801，且将原本的指向性信号接收模组302改为超声波信号接收模组802。其原理与上述原理相同，故不予赘述。

上述两实施例分别是以红外线信号或超声波信号实现指向性信号。所属技术领域具有通常知识者应当知道，除上述两者外，还可以利用可见光、激光等等。只要是具有方向性的信号，便属于本发明的范围。故本发明不以此为限。

根据上述实施例，本发明可以被归纳成为一个距离检测方法。图9绘示为本发明一较佳实施例的距离检测方法的流程图。请参考图9，此距离检测方法包括下列步骤：

步骤s901：开始。

步骤s902：提供一指向性信号发射模组。例如红外线信号发射模组、超声波信号发射模组等。

步骤s903：提供一具有一固定频宽的指向性信号接收模组。例如红外线信号接收模组、超声波信号接收模组等。

步骤s904：提供距离检测信号给指向性信号发射模组。

步骤s905：改变提供给指向性信号发射模组的距离检测信号的频率，并且判断上述指向性信号接收模组是否可以由反射的指向性信号解码出一接收信号。

步骤s906：根据距离检测信号的频率所对应的该接收信号是否被解码出，判断外部物件与指向性信号接收模组之间的距离。

另外，上述步骤s905可以被分成以下几个子步骤，如图10所示。图10绘示为本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤流程图。请参考图10，此步骤s905包括下列子步骤：

步骤s1001：由固定频宽的一下限频率fl开始，作为该距离检测信号的频率f。

步骤s1002：提供该距离检测信号。

步骤s1003：由所接收到的反射的指向性信号进行解码。

步骤s1004：将该距离检测信号的频率f加上一频率变化量δf，作为该距离检测信号的频率f。

步骤s1005：判断该距离检测信号的频率f是否大于上限频率fh。若判断为否，则回到步骤s1002，直到该距离检测信号的频率加上该频率变化量大于上限频率fh，进行步骤s906。

图10的方式是采用上述扫频的方式，频率由下限频率fl逐步增加到上限频率fh。另一实施例中，上述步骤s905亦可以被分成以下几个子步骤，如图11所示。图11绘示为本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤流程图。请参考图11，此步骤s905包括下列子步骤：

步骤s1101：由固定频宽的上限频率fh开始，作为该距离检测信号的频率f。

步骤s1102：提供该距离检测信号。

步骤s1103：由所接收到的反射的指向性信号进行解码。

步骤s1104：将该距离检测信号的频率f减去一频率变化量δf，作为该距离检测信号的频率f。

步骤s1105：判断该距离检测信号的频率f是否小于下限频率fl。若判断为否，则回到步骤s1102，直到该距离检测信号的频率减去该频率变化量小于下限频率fl，才进行步骤s906。

图11的方式同样是采用上述扫频的方式，频率由上限频率fh逐步减低到下限频率fl。另一实施例中，上述步骤s905亦可以被分成以下几个子步骤，如图12所示。图12绘示为本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤流程图。请参考图12，此步骤s905包括下列子步骤：

步骤s1201：由固定频宽的中央频率fc开始，作为该距离检测信号的频率f。

步骤s1202：提供该距离检测信号。

步骤s1203：由所接收到的反射的指向性信号进行解码。

步骤s1204：将该距离检测信号的频率减去一频率变化量δf，作为该距离检测信号的频率f。

步骤s1205：判断该距离检测信号的频率f是否小于下限频率fl。若判断为否，则回到步骤s1202，直到该距离检测信号的频率减去该频率变化量小于下限频率fl，才进行步骤s906。

图12的方式同样是采用上述扫频的方式，频率由中央频率fc逐步减低到下限频率fl。另一实施例中，上述步骤s905亦可以被分成以下几个子步骤，如图13所示。图13绘示为本发明一较佳实施例的距离检测方法的步骤s905的子步骤流程图。请参考图13，此步骤s905包括下列子步骤：

步骤s1301：由固定频宽的中央频率fc开始，作为该距离检测信号的频率f。

步骤s1302：提供该距离检测信号。

步骤s1303：由所接收到的反射的指向性信号进行解码。

步骤s1304：将该距离检测信号的频率增加一频率变化量δf，作为该距离检测信号的频率f。

步骤s1305：判断该距离检测信号的频率f是否大于上限频率fh。若判断为否，则回到步骤s1302，直到该距离检测信号的频率加上该频率变化量大于上限频率fh，才进行步骤s906。

上述实施例虽然提供四种扫频方式，然所属技术领域具有通常知识者应当知道，距离检测信号的频率f的初始值并非一定要由下限频率fl、上限频率fh或中央频率fc开始。另外，距离检测信号的频率f的结束值并非一定要是下限频率fl、上限频率fh或中央频率fc。本发明不以此为限。

综上所述，本发明的精神在于利用改变距离检测信号的频率的方式，控制指向性信号。并且通过指向性信号反弹回来时，指向性信号接收模组是否成功解码来判定待测物体与距离检测装置之间的距离。由于不需要使用脉波宽度调变技术，因此，不会受限于微处理器的脉波宽度调变接脚的数目。另外，由于本发明采用频率调整的技术，相对于脉波宽度调变技术，频率调整的技术相对对于硬件要求较低，且软件方面较容易实施。

在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及以下申请专利范围的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。