测距方法、装置、系统及计算机可读存储介质与流程

1.本技术涉及测距领域，更具体而言，涉及一种测距方法、测距装置、测距系统及非易失性计算机可读存储介质。


背景技术：

2.一些测距方法通过发射测距信号并获取测距信号的“飞行时间”的方式测量距离。准确确认测距信号的到达时间是确保测距结果准确的关键。在一些测距场景中，测量对象是移动的对象，测量的距离发生变化，测距信号的“飞行距离”也发生变化，“飞行距离”越远，测距信号的衰减程度越高，难以准确甄别测距信号的到达时间。


技术实现要素：

3.本技术实施方式提供一种测距方法、测距装置、测距系统及非易失性计算机可读存储介质。
4.本技术实施方式的测距方法包括：获取单片机的预测中断次数；获取待测信号；根据所述待测信号的强度及预设的触发阈值触发比较器的第一输出；根据所述第一输出记录超声波信号及获取实际中断次数；及根据所述预测中断次数和所述实际中断次数调整所述触发阈值，调整后的触发阈值用于下一次触发所述第一输出。
5.本技术实施方式的测距装置包括比较器和单片机。所述比较器用于获取待测信号，及根据所述待测信号的强度触发第一输出。所述单片机与所述比较器连接，所述单片机用于获取预测中断次数，根据所述第一输出记录超声波信号及获取实际中断次数，及根据所述待测信号的强度及预设的触发阈值触发比较器的第一输出，调整后的所述触发阈值用于下一次触发所述第一输出。
6.本技术实施方式的测距系统包括发射端和接收端。所述发射端用于向所述接收端发射超声波信号。所述接收端包括测距装置。所述测距装置包括比较器和单片机。所述比较器用于获取待测信号，及根据所述待测信号的强度触发第一输出。所述单片机与所述比较器连接，所述单片机用于获取预测中断次数，根据所述第一输出记录超声波信号及获取实际中断次数，及根据所述待测信号的强度及预设的触发阈值触发比较器的第一输出，调整后的所述触发阈值用于下一次触发所述第一输出。
7.本技术实施方式的非易失性计算机可读存储介质包含计算机程序，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个所述处理器实现如下测距方法：获取单片机的预测中断次数；获取待测信号；根据所述待测信号的强度及预设的触发阈值触发比较器的第一输出；根据所述第一输出记录超声波信号及获取实际中断次数；及根据所述预测中断次数和所述实际中断次数调整所述触发阈值，调整后的触发阈值用于下一次触发所述第一输出。
8.本技术实施方式的测距方法、测距装置、测距系统及非易失性计算机可读存储介质中能够根据单片机的中断次数自适应调节比较器的触发阈值以调节记录超声波信号的
灵敏度，从而能够适应不同的测量环境和测量范围、实现准确记录超声波信号的到达时间，提高测距结果的准确度。
9.本技术的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实施方式的实践了解到。
附图说明
10.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
11.图1是本技术某些实施方式的测距方法的流程示意图；
12.图2是本技术某些实施方式的测距装置的结构示意图；
13.图3是本技术某些实施方式的测距系统的结构示意图；
14.图4是本技术某些实施方式的测距方法的流程示意图；
15.图5是本技术某些实施方式的测距方法的流程示意图；
16.图6是本技术某些实施方式的测距方法的流程示意图；
17.图7是本技术某些实施方式的测距方法的流程示意图；
18.图8是本技术某些实施方式的测距方法的流程示意图；
19.图9是本技术某些实施方式的测距方法的接收端的结构示意图；
20.图10是本技术某些实施方式的计算机可读存储介质和处理器的连接状态示意图。
具体实施方式
21.下面详细描述本技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术的实施方式，而不能理解为对本技术的实施方式的限制。
22.请参阅图1至图3，本技术实施方式提供一种测距方法。该测距方法包括：
23.01：获取单片机12的预测中断次数；
24.02：获取待测信号；
25.03：根据待测信号的强度及预设的触发阈值触发比较器11的第一输出；
26.04：根据第一输出记录超声波信号及获取实际中断次数；及
27.05：根据预测中断次数和实际中断次数调整触发阈值，调整后的触发阈值用于下一次触发第一输出。
28.请参阅图2，本技术实施方式还提供一种测距装置10。测距装置10包括比较器11和单片机12。比较器11用于获取待测信号，及根据待测信号的强度触发第一输出。单片机12与比较器11连接，单片机12用于获取预测中断次数，根据第一输出记录超声波信号及获取实际中断次数，及根据待测信号的强度及预设的触发阈值触发比较器11的第一输出，调整后的触发阈值用于下一次触发第一输出。
29.请参阅图3，本技术实施方式还提供一种测距系统1000，测距系统1000包括发射端200和接收端100。发射端200用于向接收端100发射超声波信号用于测距。接收端100包括测距装置10，例如图2所示的测距装置10，用于检测发射端200发射的超声波信号以进行测距。
30.在一个实施例中，发射端200和接收端100可以分别是遥控设备和可移动平台，例如发射端200是遥控器，接收端100是无人机、无人车、智能机器人等，在此不一一列举。在又一个实施例中，发射端200和接收端100可以分别是信号站和可移动平台，例如发射端200是基站，接收端100是无人机；再例如发射端200是扫地机器人的充电站，接收端100是扫地机器人；再例如发射端200是停车场的车位导航仪，接收端100是车辆；在再一个实施例中，发射端200和接收端100可以分别是电子设备和信标，例如发射端200是手机、相机、智能手表、头显设备等电子设备，接收端100是标定板。综合上述实施例，发射端200可以是固定的物体或可移动的物体，接收端100也可以是固定的物体或可移动的物体。在上述实施例中，作为发射端200的物体也可以作为接收端100，作为接收端100的物体也可以作为发射端200，例如在一个实施例中，发射端200是无人机、无人车、智能机器人等，接收端100是遥控器，或者是上述无人机、无人车、智能机器人的接收装置，接收装置用于给无人机、无人车、智能机器人提供补给、检测、维修等等。需要说明的是，本技术实施方式的发射端200和接收端100的类型并不局限于上述实施例列举的类型，在此不作限制。
31.请结合图1至图3，其中，预测中断次数和实际中断次数是比较器11的跳变次数。具体地，当比较器11的第一输出触发时，比较器11的电平发生跳变，单片机12检测到比较器11的电平跳变触发中断。
32.在一个预设的发射-接收周期内，发射端200以预设的发射周期向接收端100发生预定数量的超声波信号，由此，可计算出预测中断次数，即理想条件下接收超声波信号能够触发的比较器11的电平跳变次数。
33.接收端100除了能够接收到超声波信号外，还可能接收到干扰信号，例如环境中的噪声信号。本技术的实施方式中，待测信号是接收端100接收到的信号，可包括超声波信号和干扰信号。
34.比较器11用于从待测信号中甄别出超声波信号。具体地，比较器11包括两个输入端，超声波信号从其中一个输入端输入比较器11，比较器11的另一个输入端输入预设的比较电压。在一个实施例中，当待测信号的电压大于比较电压时，比较器11输出二进制信号“1”，即比较器11触发第一输出；当待测信号的电压小于或等于比较电压时，比较器11输出二进制信号“0”，即比较器11触发第二输出。其中，预设的比较电压的大小作为触发阈值。待测信号的电压与待测信号的强度正相关，待测信号的强度越大则对应的电压越高。如此，比较器11能够根据触发阈值检测待测信号的强度，当待测信号的电压大于或等于比较电压时，说明该待测信号的强度足够强，该待测信号大概率是发射端200发射的超声波信号而非干扰信号。如此，当比较器11触发第一输出时，可将触发比较器11的第一输出的待测信号记录为超声波信号，从而甄别出超声波信号。并且，可记录触发比较器11的第一输出的待测信号的接收时间戳，从而获取接收端100接收到超声波信号的时刻以用于测距计算。
35.在根据第一输出记录超声波信号时，单片机12检测到第一输出引起的中断并记录实际中断次数。通过比较预测中断次数和实际中断次数可以判断当前的触发阈值是否适用于当前距离的测量环境。在理想条件下，预测中断次数等于实际中断次数，说明每个超声波信号均被准确地甄别并记录。在实际的测量环境中，若实际中断次数大于预测中断次数，则可能误记录了干扰信号作为超声波信号导致实际中断次数偏多，可提高触发阈值以进一步筛除干扰信号；若实际中断次数小于预测中断次数，则可能由于超声波信号衰减强度降低
而无法达到触发阈值触发比较器11的第一输出，导致漏检测或漏记录超声波信号，可以降低触发阈值以避免漏检测、漏记录超声波信号；若实际中断次数与预测中断次数接近，则可以认为对超声波信号的甄别和记录较为准确，此时无需调整触发阈值，也可以适当根据实际中断次数与预测中断次数的大小调整触发阈值，在此不作限制。调整后的触发阈值用于下一次触发第一输出，以快速适应当前的测量环境，确保当前的测量环境下对超声波信号的甄别和记录准确，及记录的超声波信号的到达时间戳准确。
36.本技术实施方式的测距方法、测距装置10、测距系统1000能够根据单片机12的中断次数自适应调节比较器11的触发阈值以调节记录超声波信号的灵敏度，从而能够适应不同的测量环境和测量范围、实现准确记录超声波信号的到达时间，提高测距结果的准确度。
37.下面结合附图做进一步说明。
38.请参阅图4，在某些实施方式中，03：根据待测信号的强度及预设的触发阈值触发比较器11的第一输出，包括：
39.031：获取数字模拟转换器(digital to analog convertor，dac13)的输出信号；及
40.032：在待测信号的强度大于dac13的输出信号的强度时，触发比较器11的第一输出。
41.请结合图2及图3，在某些实施方式中，接收端100的测距装置10还包括dac13。dac13连接比较器11和单片机12，dac13用于输出信号，比较器11用于根据待测信号的强度和dac13输出的信号的强度触发第一输出，单片机12用于调整dac13的输出功率以调整比较器11的触发阈值。
42.请结合图2及图3，具体地，dac13输出信号产生比较电压，以形成比较器11的触发阈值。具体地，在待测信号的强度大于dac13输出信号的强度时，触发比较器11的第一输出，并将该待测信号作为超声波信号记录。dac13的电压易于调节，当需要提高触发阈值时，只需提高dac13的输出信号的强度，即可提高比较电压，使触发阈值提高；当需要降低触发阈值时，只需降低dac13的输出信号的强度，即可降低比较电压，使触发阈值降低。
43.例如，初始预设的比较电压是15v，dac13以预定的参数输出信号产生15v的比较电压。若待测信号产生的电压小于或等于15v，则比较器11维持在高电平，保持第二输出，输出二进制信号“0”。若待测信号产生的电压大于15v，则比较器11跳变至低电平，触发第一输出，输出二进制信号“1”。单片机12在接收到二进制信号“1”时记录超声波信号的到达时间戳。若想要提高触发阈值，则单片机12发出调节信号控制dac13增大输出；若想要降低触发阈值，则单片机12发出调节信号控制dac13降低输出。
44.单片机12可根据预测中断次数和实际中断次数调节比较器11的信号输出强度，以对应调控触发阈值，使比较器11的触发阈值自适应当前的测量环境。
45.在某些实施方式中，单片机12获取一个测量周期的预测中断次数，并在该测量周期内进行中断检测以统计实际中断次数。测量周期可以是自发射端200发射一个超声波信号到发射端200发射下一个超声波信号的时间间隔。在测量周期结束时或结束前，单片机12比较预测中断次数和实际中断次数，并根据比较结果调整触发阈值，调整后的触发阈值用于下一次触发第一输出。在本实施例中，用于下一次触发第一输出具体指调整后的触发阈值用于在下一个测量周期触发第一输出。
46.例如，测量周期为20hz，通过调整dac13的输出信号的强度调整触发阈值，对于dac13的更新频率大于或等于20hz，以确保在下一个测量周期开始前或在下一个测量周期开始时完成对触发阈值的调整。
47.请结合图2及图3，在某些实施方式中，接收端100的测距装置10还包括接收器14和放大器15。接收器14用于接收待测信号。放大器15连接接收器14和比较器11，放大器15用于将放大后的待测信号传输至比较器11。在测距系统1000中，接收器14可以是超声波麦克风。
48.请参阅图5，在某些实施方式中，05：根据预测中断次数和实际中断次数调整比较器11的触发阈值，包括：
49.051：在预测中断次数与实际中断次数之差在第一预设范围时，降低触发阈值；
50.052：在预测中断次数与实际中断次数之差在第二预设范围时，提高触发阈值；及
51.053：在预测中断次数与实际中断次数之差在第三预设范围时，保持触发阈值不变。
52.在一个实施例中，第一预设范围为[2，+∞)，第二预设范围为(-∞，-2]第三预设范围为[-2，2]。作为一个示例，设预测中断次数为m，实际中断次数为n。当m-n＝2时，预测中断次数与实际中断次数之差在第三预设范围，此时保持触发阈值。当m-n＝-3时，预测中断次数与实际中断次数之差在第二预设范围，此时提高触发阈值，以使下一个测量周期的预测中断次数与实际中断次数之差能够回归至第三预设范围。当m-n＝4时，预测中断次数与实际中断次数之差在第一预设范围，此时降低触发阈值，以使下一测量周期的预测中断次数与实际中断次数之差能够回归第三预设范围。第三预设范围作为允许的误差范围，在m与n的差值在第三预设范围时保持触发阈值，以避免频繁调节触发阈值导致不同的测量周期的实际中断次数n的抖动幅度过大。
[0053]
如此，测距装置10能够自适应测量距离的大小/超声波信号的强度调节触发阈值，减少漏检和错检超声波信号，提高测距装置10的测距准确度。测距装置10根据超声波信号的强度自适应调节触发阈值，能够在预测中断次数与实际中断次数之差发散前将该差值回归至第三预设范围，以使自适应调整系统具有较高的鲁棒性。
[0054]
请参阅图6，在某些实施方式中，测距方法还包括：
[0055]
06：向接收端100发射射频信号和超声波信号；
[0056]
07：根据射频信号获取第一时刻，第一时刻是超声波信号的发射时刻；
[0057]
08：获取记录超声波信号的第二时刻；及
[0058]
09：根据第一时刻及第二时刻获取发射端200与接收端100之间的测量距离。
[0059]
请结合图2及图3，在某些实施方式中，发射端200还用于向接收端100发射射频信号。接收端100用于根据射频信号获取第一时刻，第一时刻是超声波信号的发射时刻；获取记录超声波信号的第二时刻，以及获取实际中断次数；及根据第一时刻及第二时刻获取发射端200与接收端100之间的测量距离。
[0060]
在某些实施方式中，射频信号的传输时延极小可忽略不计。发射端200同时发射射频信号和超声波信号。由于射频信号的传输时延极小，因此可将接收端100接收到射频信号的时间戳(即第一时刻)作为超声波信号发射的时间戳(即超声波信号的发射时刻)。
[0061]
在某些实施方式中，射频信号的传输时延已知，射频信号的传输时延是射频信号从发射端200发射至被接收端100接收所经历的时间。发射端200先发射射频信号，延迟一段
时间tx后再发射超声波信号。其中，时间tx大于射频信号的最大传输时延，以确保接收端100一定能够先接收到射频信号，再接收到超声波信号。设第一时刻为t1，接收端100接收到射频信号的时刻为t0，射频信号的传输时延为ty，在此实施方式中，第一时刻t1＝t0-ty+tx。
[0062]
进一步地，在某些实施方式中，在每个测距周期，接收端100的接收器14和单片机12在t1时刻开始检测待测信号，在t1时刻前，例如在t0时刻到t1时刻的时间段，单片机12根据上一测距周期的预测中断次数和实际中断次数调整触发阈值，并应用于本次测距。
[0063]
在比较器11触发第一输出时，单片机12记录超声波信号，并将记录超声波信号的时刻也即是比较器11触发第一输出的时刻作为第二时刻。第二时刻反映接收端100接收到超声波信号的时刻。
[0064]
设第一时刻为t1，第二时刻为t2，测量距离为d，超声波的传播速度为v。根据第一时刻t1、第二时刻t2，及超声波的传播速度v可计算出测量距离d，d＝(t2-t1)v。
[0065]
请参阅图7及图8，在某些实施方式中，测距方法还包括：
[0066]
010：将预设的第一校验码调制在射频信号，及将预设的第二校验码调制在超声波信号，第一校验码和第二校验码具有对应关系。
[0067]
04：根据第一输出记录超声波信号，包括：
[0068]
041：在触发第一输出时对待测信号进行解调，根据解调结果记录超声波信号。
[0069]
其中，第一校验码、第二校验码的类型可以是奇偶校验码、海明校验码、循环冗余校验码、md5(message-digest algorithm 5，md5)校验码、等，在此不作限制。
[0070]
第一校验码和第二校验码用于验证接收到的待测信号是否为发射端200发射的超声波信号。在一个实施例中，接收端100存储有预设的校验表，校验表是第一校验码和第二校验码的对应关系。在接收到射频信号时解调该射频信号得到第一校验码，在触发第一输出时对待测信号进行解调，若对待测信号解调后能够获取与第一校验码对应的第二校验码，则将该待测信号记录为超声波信号，否则将该待测信号记录为干扰信号。如此，能够在干扰信号较强的测量环境中甄别出超声波信号，以准确地获取超声波信号的到达时间戳。
[0071]
在某些实施方式中，01：获取单片机12的预测中断次数，包括：根据第二校验码获取预测中断次数。
[0072]
当调制方法确定后，可以确定传输第二校验码所需要的超声波信号的个数，即一个测距周期内发射端200发射超声波信号的个数。根据发射端200发射超声波信号的个数可以获取预测中断次数，即预测单片机12能够检测到的中断次数。
[0073]
在一个实施例中，第二校验码是3个十进制的数字，例如第二校验码是“1、9、7”，每个数字占两位，故第二校验码共有6个比特位。超声波信号为百分之五十占空比的方波信号，超声波信号的正频宽为12us，在一个测距周期内，每相邻两个超声波信号的发射时间间隔为1.6ms，每个超声波信号对应1个比特位的第二校验码。若单片机12对每个超声波信号均能够捕获到3次波峰，在单片机12的中断配置为上升沿和下降沿均捕获的情况下每个超声波信号触发6次中断，即触发6次比较器11的电平跳变，则预测6个比特位的第二校验码共计触发36次中断，得到预测中断次数为36。
[0074]
请参阅图9，在某些实施方式中，接收端100在水平方向正交的四个方向接收待测信号进行测距，根据四个方向的测距结构定位发射端200的水平位置。如图7所示，在一个实
施例中，接收端100包括4个接收器14：第一接收器141、第二接收器142、第三接收器143、第四接收器144，分别在在水平方向的第一方向、第二方向、第三方向及第四方向接收待测信号以检测各个接收器14与发射端200之间的距离。4个接收器14之间的距离已知，因此根据发射端200到各个接收器14的距离可以计算出发射端200相对接收端100(例如接收端100中心)在水平方向的距离，若以接收端100为原点建立平面坐标系，则可以确定发射端200在该坐标平面的坐标值；反之，若以发射端200为原点建立平面坐标系，则可以确定接收端100在该坐标平面的坐标值。
[0075]
进一步地，在某些实施方式中，接收端100在水平方向正交的四个方向及竖直方向相背的两个方向共六个方向进行测距，根据四个方向的测距结构定位发射端200在空间系中位置。在一个实施例中，接收端100包括4个沿水平方向的接收器14和2个沿竖直方向的接收器14，2个沿竖直方向的接收器14与4个沿水平方向的接收器14所在的水平面之间具有高度差。如此，根据这6个接收器14与发射端200之间的距离可以确定发射端200在空间系中的坐标值。
[0076]
请参阅图8，本技术实施方式还提供一种包含计算机程序401的非易失性计算机可读存储介质400。在某些实施方式中，测距系统包括处理器30，当计算机程序401被一个或多个处理器30执行时，使得一个或多个处理器30执行上述任一实施方式的测距方法。非易失性计算机可读存储介质400可设置在测距系统1000内，也可设置在云端服务器或其他装置中，此时，测距系统1000能够与云端服务器或其他装置进行通讯来获取到相应的计算机程序410。请结合图2，在某些实施方式中，单片机12可实现处理器30的功能，执行上述任一实施方式的测距方法。
[0077]
请结合图2，例如，当计算机程序401被一个或多个处理器30执行时，使得一个或多个处理器30执行01、02、03、031、032、04、041、05、051、052、053、06、07、08、09、010及011中的方法。例如执行以下应用测距方法：
[0078]
01：获取单片机12的预测中断次数；
[0079]
02：获取待测信号；
[0080]
03：根据待测信号的强度及预设的触发阈值触发比较器11的第一输出；
[0081]
04：根据第一输出记录超声波信号及获取实际中断次数；及
[0082]
05：根据预测中断次数和实际中断次数调整触发阈值，调整后的触发阈值用于下一次触发第一输出。
[0083]
又例如，当计算机程序401被一个或多个处理器30执行时，使得一个或多个处理器30执行以下测距方法：
[0084]
010：将预设的第一校验码调制在射频信号，及将预设的第二校验码调制在超声波信号，第一校验码和第二校验码具有对应关系；
[0085]
06：向接收端100发射射频信号和超声波信号；
[0086]
07：根据射频信号获取第一时刻，第一时刻是超声波信号的发射时刻；
[0087]
01：获取单片机12的预测中断次数；
[0088]
02：获取待测信号；
[0089]
03：根据待测信号的强度及预设的触发阈值触发比较器11的第一输出；
[0090]
04：根据第一输出记录超声波信号及获取实际中断次数；
[0091]
08：获取记录超声波信号的第二时刻；
[0092]
05：根据预测中断次数和实际中断次数调整触发阈值，调整后的触发阈值用于下一次触发第一输出；及
[0093]
09：根据第一时刻及第二时刻获取发射端200与接收端100之间的测量距离。
[0094]
在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个例子中”、“示例地”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0095]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0096]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。