利用超聲波的物體檢測方法及物體檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種利用超聲波的物體檢測方法及物體檢測裝置。超聲波的物體檢測方法包括：依據間隔時間順序發射多個超聲波信號、感測反射各超聲波信號所形成的音波以產生反射信號，以及分析各反射信號以檢測反射物體。其中，各反射信號的分析步驟包括：取樣反射信號以產生具有多個取樣值的實時環境數組、比較實時環境數組中的取樣值與累計環境數組中對應的環境元素以產生具有相應于相同索引的取樣值和環境元素的比較結果的第一標記的物體出現數組、基于物體出現數組中的第一標記選擇性累計持續出現數組中對應的累計值，以及響應持續出現數組中累計值的變化更新移動物體數組中對應的第二標記。本發明可清楚得知是否有使用者出現和使用者是否在移動中及移動方向。
【專利說明】利用超聲波的物體檢測方法及物體檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種運用在電源管理上的使用者檢測技術，特別涉及一種利用超聲波的物體檢測方法及物體檢測裝置。
【背景技術】
[0002]隨著電子類技術的發展愈臻成熟，各式電器用品與人們的生活愈是密不可分，舉凡電視、冷氣、微波爐等皆是家家戶戶中常見的電器。一般使用者的習慣是在不使用這些電器時仍保持待機狀態，或是仍插著插頭，這樣的習慣仍會消耗電力。雖然每一電器在未使用時電力消耗不多，舉例而言，電視待機耗電由6至15瓦不等、微波爐待機耗電由0.1至4.2瓦不等、音響待機耗電由0.04至14.9瓦不等，但各件家電于待機狀態所耗費的電力，累積下來仍十分可觀。據估計，每戶一年可能因此多耗費三百多度的電力，不但浪費能源，更增加了電費支出，這與目前所提倡的節能的趨勢，是背道而馳的。
[0003]隨著智能家電的發展，許多家用電器的設計開始采用使用者檢測技術，以便于在使用者未使用電器時自動進入省電模式。在現有的使用者檢測技術上，主要是利用紅外線傳感器或利用影像處理檢測等技術來達成。紅外線傳感器是利用使用者進入或離開傳感器的感測范圍時所造成的溫度變化(紅外線的變化)來感測使用者移動。而影像處理檢測技術則是利用連續時間所拍攝到的影像來進行判斷。當使用者在拍攝范圍內移動時，所拍攝到的影像會隨著使用者的移動而有所不同。將連續時間內所拍攝到的多個影像相互比對后，就可分析出使用者的移動行為。
[0004]然而，紅外線傳感器雖然可用以判斷使用者的移動行為，但在感測范圍內的使用者與紅外線傳感器之間的間隔距離卻無法由紅外線的變化進行判斷。
[0005]影像處理檢測技術則是需要處理龐大的影像數據輸入與算法分析來判斷使用者的移動行為，在硬件或軟件的建置上需要較高的成本。較高階影像處理技術甚至可以分析出使用者的相對距離，但相對需要更高階的硬件或軟件。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種利用超聲波的物體檢測方法，包括:依據間隔時間順序發射多個超聲波信號、于各超聲波信號發射后感測反射各超聲波信號所形成的音波以產生反射信號，以及分析各反射信號以檢測反射物體。
[0007]其中，各反射信號的分析步驟包括:取樣反射信號以產生多個取樣值，并形成具有對應多個索引的這些取樣值的實時環境數組、依據索引比較實時環境數組中的取樣值與累計環境數組中對應的環境元素以產生具有多個第一標記的物體出現數組、依據索引基于物體出現數組中的第一標記選擇性累計持續出現數組中相對應的累計值、以及依據索引響應持續出現數組中累計值的變化更新移動物體數組中相對應的第二標記。于此，各環境元素是先前分析步驟所得的多個實時環境數組中對應相同索引的多個取樣值中之一。這些第一標記分別對應于這些索引，并且各第一標記相應于相同索引的取樣值和環境元素的比較結果O
[0008]本發明還提供一種物體檢測裝置，包括:超聲波傳感器、驅動電路及微控制器。
[0009]超聲波傳感器用以依序發射多個超聲波信號，并于每次超聲波信號發射后，感測反射的音波以產生對應的反射信號。驅動電路用以驅動超聲波傳感器。微控制器用以分析各反射信號以檢測至少一個反射物體。
[0010]其中，反射信號的分析步驟包括:取樣反射信號以產生實時環境數組、比較實時環境數組與累計環境數組以產生物體出現數組、依據物體出現數組更新持續出現數組，以及依據持續出現數組的變化更新移動物體數組。
[0011]于此，實時環境數組具有多個索引與多個取樣值，并且這些取樣值分別對應于這些索引。累計環境數組是相應于先前的多個實時環境數組。物體出現數組具有分別對應上述索引的多個第一標記。持續出現數組具有分別對應上述索引的多個累計值。移動物體數組具有分別對應上述索引的多個第二標記。
[0012]本發明的有益效果在于，在根據本發明實施例的利用超聲波的物體檢測方法及物體檢測裝置中，通過物體出現數組及持續出現數組可清楚得知是否有使用者(反射物體)出現，并且通過移動物體數組可清楚得知使用者是否在移動中及移動方向。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為根據本發明一實施例的物體檢測裝置的示意圖；
[0014]圖2為根據本發明一實施例的利用超聲波的物體檢測方法的流程圖；
[0015]圖3為步驟S130的一實施例的流程圖；
[0016]圖4為步驟S131的一實施例的流程圖；
[0017]圖5為反射信號的一實施例的波形圖；
[0018]圖6為步驟S133的一實施例的流程圖；
[0019]圖7為步驟S135的一實施例的流程圖；
[0020]圖8為步驟S137的一實施例的流程圖；以及
[0021]圖9為步驟S160的一實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]參照圖1，根據本發明的利用超聲波的物體檢測方法可利用一微控制器10執行韌體或軟件算法來實現。
[0023]參照圖2，在一些實施例中，利用微控制器10致使驅動電路12驅動超聲波傳感器
14,以由超聲波傳感器14依據一間隔時間順序發射多個超聲波信號S110。
[0024]于每次超聲波信號發射后，先由超聲波傳感器14感測超聲波信號被反射物體反射而形成的音波，并且將感測到的反射音波轉換成對應的反射信號S120。舉例來說，在超聲波傳感器14發射第一超聲波信號SllO后,超聲波傳感器14感測反射音波以產生相應于第一超聲波信號的反射信號S120 ;然后，由微控制器10接收反射信號并進行反射信號的分析，用以檢測在超聲波傳感器14的感測范圍內是否有反射物體的移動行為S130。
[0025]如需繼續檢測S140，超聲波傳感器14則再發射第二超聲波信號SI 10，并且繼續感測反射音波以產生相應于第二超聲波信號的反射信號S120，依此類推。于此，每次發射音波的間隔時間相應于超聲波傳感器14的感測范圍。舉例來說，當超聲波傳感器14的感測范圍為與超聲波傳感器14的最短距離為2米時，每次發射音波的間隔時間則可為約11.6ms(8口，21最短距離/音速)。
[0026]參照圖3，在各反射信號的分析步驟S130中，首先，取樣接收到的反射信號以產生多個取樣值，并形成具有對應多個索引的這些取樣值的一實時環境數組Sm。在實時環境數組中,產生的取樣值依據取樣的時間點排序并給予對應的索引。換言之,實時環境數組為在感測環境所反射的超聲波信號(即，反射信號)的振幅強度記錄。并且，取樣值為由對反射信號的振幅電壓的連續時間取樣所得的值。因此，這些索引可表示這些取樣值的時間排序，而反射信號的時間軸相應于反射物體所在的感測距離，即，超聲波信號的反射位置與超聲波傳感器14之間的距離。換言之，每一個索引可代表一個感測距離。在初始時，即，超聲波傳感器14進行感測之前，實時環境數組中的所有取樣值均為O。
[0027]依據索引順序比較實時環境數組中的取樣值與一累計環境數組中對應的環境元素以產生一物體出現數組S133。
[0028]其中，累計環境數組中的環境元素分別對應于上述索引。并且，累計環境數組是相應于先前的多個實時環境數組。其中，累計環境數組為連續多筆實時環境數組的歷史記錄，其可視為感測環境所反射的超聲波信號的振幅強度的歷史記錄。換言之，在累計環境數組中，每一個環境元素是先前分析步驟所得的多筆實時環境數組中對應相同索引的取樣值中之一。在一些實施例中，在累計環境數組中，每一個環境元素為在連續多筆實時環境數組中對應相同索引的取樣值中的最大值，即為具有最大振幅強度的歷史取樣值。初始時，在累計環境數組中的所有環境元素均為O。
[0029]物體出現數組亦具有多個第一標記，并且這些第一標記分別對應于上述索引。其中，物體出現數組為實時環境數組與累計環境數組的比較結果，其可視為是否有物體(如，人體)進入感測區域。換言之，每一個第一標記相應于相同索引的取樣值和環境元素的比較結果。在一些實施例中，各個第一標記可依據相同索引的取樣值和環境元素的比較結果標記為O或I。在一些實施例中，標記“O”表示相同索引的取樣值的數值低于環境元素的數值，即，表示對應的感測距離無物體進入(沒有物體出現)；標記“ I ”則表示相同索引的取樣值的數值不低于環境元素的數值，即，表示對應的感測距離有物體進入(有物體出現)。初始時，物體出現數組的所有第一標記均設定為O。
[0030]再依據索引基于物體出現數組中的第一標記選擇性累計一持續出現數組中對應的累計值S135。其中，持續出現數組具有多個累計值，并且這些累計值分別對應于上述索弓I。持續出現數組為物體出現數組的累計，其可視為物體在特定感測距離上持續被感測的累計次數(相當于物體出現后的停留時間)。在一些實施例中，累計值由O至100之間的任意整數所構成，代表在對應感測距離上被感測的累計次數。初始時，所有累計值均設為O。并且，當第一標記為代表反射物體出現時，對應的累計值累加I ;反之，當第一標記為代表反射物體未出現時，對應的累計值累減I。
[0031]并且，依據索引響應持續出現數組中累計值的變化更新一移動物體數組中對應的第二標記S137。其中，移動物體數組具有多個第二標記，并且這些第二標記分別對應于上述索引。移動物體數組為針對持續出現數組的各個累計值進行對應感測距離上的物體的移動或靜止的狀態判斷，其可視為特定感測距離是否感測到移動物體。在一些實施例中，移動物體數組中的元素數組是由第一數值與第二數值構成。在一些實施例中，標記“第一數值”表示對應的索引所代表的感測距離上具有正在移動的物體；反之，標記“第二數值”則表示沒有正在移動的物體。初始時，移動物體數組中的所有第二標記均設為第二數值。在一些實施例中，第一數值和第二數值可分別為“I”和“O”，即，各個第二標記為O或I。
[0032]在各種數組中的數組元素(S卩，取樣值、環境元素、第一標記、累計值或第二標記)均對應于同一組的所有索引。也就是說，索引以及各種數組中的取樣值、環境元素、第一標記、累計值和第二標記的數量均相同。并且，同一個索引會對應于一取樣值、一環境兀素、一第一標記、一累計值和一第二標記。在此，各索引還可表示各種數組中的元素的對應關系。
[0033]最后，根據音速及移動物體數組中標記為表示反射物體移動的第二標記來推算反射物體的距離S139。于此,反射物體可為使用者。
[0034]在一些實施例中，參照圖4，在步驟S131中，接收到的反射信號可基于另一時間間隔進行取樣來產生多個取樣信號(步驟S1311 )，然后再將取樣信號量化以得到取樣值(步驟S1313)。舉例來說，超聲波傳感器14于連續時間內所檢測得到的反射信號Si，如圖5所示。其中，i表示超聲波傳感器14進行第幾次檢測。在此實施例中，超聲波傳感器14所發射的超聲波信號為3.3V且40KHz (千赫茲)，并且持續時間為0.2ms (毫秒)。參照圖4及5，反射信號Si以時間間隔t等分成N個取樣信號(步驟S1311)，然后量化每個取樣信號即可得到依據時間先后而依序對應各個索引的取樣值(步驟S1313)，如表I。
[0035]表I
[0036]
【權利要求】
1.一種利用超聲波的物體檢測方法，其特征是，包括: 依據間隔時間順序發射多個超聲波信號； 感測反射各上述超聲波信號所形成的音波以產生反射信號；以及 括: 取樣上述反射信號以產生多個取樣值，并形成具有上述多個取樣值的實時環境數組，其中上述多個取樣值分別對應于多個索引； 依據上述多個索引比較上述實時環境數組中的上述多個取樣值與累計環境數組中對應上述多個索引的多個環境元素以產生物體出現數組，其中各上述環境元素是多個上述分析步驟所得的多個上述實時環境數組中對應相同上述索引的多個取樣值中之一，上述物體出現數組具有分別對應于上述多個索引的多個第一標記，且各上述第一標記相應于相同上述索引的上述取樣值和上述環境元素的比較結果； 依據上述多個索引基于上述物體出現數組中的上述多個第一標記選擇性累計持續出現數組中對應上述多個索引的多個累計值；以及 依據上述多個索引響應上述持續出現數組中上述多個累計值的變化更新移動物體數組中對應上述多個索引的多個第二標記。
2.根據權利要求1所述的利用超聲波的物體檢測方法，其特征是，各上述反射信號的上述分析步驟還包括:.根據音速及上述多個第二標記中標記為表示上述反射物體移動者來推算上述反射物體的距離。
3.根據權利要求1所述的利用超聲波的物體檢測方法，其特征是，各上述環境元素為多個上述實時環境數組中對應相同上述索引的多個取樣值中的最大者。
4.根據權利要求3所述的利用超聲波的物體檢測方法，其特征是，上述比較步驟包括: 將各上述取樣值與對應相同上述索引的上述環境元素相比較；以及 依據上述多個環境元素與上述多個取樣值的比較結果產生上述物體出現數組，包括:當上述取樣值大于對應的上述環境元素時，將對應的上述第一標記設為代表上述反射物體出現的第一數值；以及 當上述取樣值小于或等于對應的上述環境元素時，將對應的上述第一標記設為代表上述反射物體未出現的第二數值。
5.根據權利要求4所述的利用超聲波的物體檢測方法，其特征是，上述比較步驟還包括: 依據對應的上述多個索引的順序，將未與相同數值相鄰的為上述第一數值的上述第一標記改設為上述第二數值。
6.根據權利要求1所述的利用超聲波的物體檢測方法，其特征是，各上述反射信號的上述分析步驟還包括: 當上述分析步驟的分析次數達既定數值時，基于多個上述分析步驟所得的多個上述實時環境數組更新上述累計環境數組，并且只更新上述多個索引中的第一索引至第m索引各自所對應的上述環境元素，其中上述第m+1索引為代表上述反射物體出現的所有上述第二標記所對應的索引中的最小者，且m為正整數。
7.根據權利要求1所述的利用超聲波的物體檢測方法，其特征是，上述累計步驟包括: 當上述第一標記是標記為代表上述反射物體出現時，對應的上述累計值加I ;以及 當上述第一標記是標記為代表上述反射物體未出現時，對應的上述累計值減I; 其中，各上述累計值為大于或等于O。
8.根據權利要求1所述的利用超聲波的物體檢測方法，其特征是，上述更新步驟包括: 當上述累計值增加為I時，對應的上述第二標記設為第一數值； 當上述累計值增加為K時，對應的上述第二標記設為第二數值，其中K為大于I的整數；以及 當上述累計值減少為O時，對應的上述第二標記設為上述第二數值。
9.根據權利要求1所述的利用超聲波的物體檢測方法，其特征是，上述取樣步驟包括: 以另一時間間隔將上述反射信號等分成多個取樣信號；以及 分別量化上述多個取樣信號以得到上述多個取樣值。
10.一種物體檢測裝置，其特征是，包括: 超聲波傳感器，用以依據間隔時間順序發射多個超聲波信號，并感測反射各上述超聲波信號所形成的聲波而產生反射信號； 驅動電路，用以驅動上述超聲波傳感器；以及 微控制器，用以分析各上述反射信號以檢測至少一個反射物體，各上述反射信號的上述分析步驟包括: 取樣上述反射信號以產生具有多個取樣值的實時環境數組，其中上述多個取樣值分別對應于上述多個索引； 比較上述實時環境數組與累計環境數組以產生物體出現數組，其中上述累計環境數組是相應于多個上述實時環境數組，上述物體出現數組具有多個第一標記，上述多個第一標記分別對應于上述多個索引； 依據上述物體出現數組更新持續出現數組，其中上述持續出現數組具有多個累計值，上述多個累計值分別對應于上述多個索引；以及 依據上述持續出現數組的變化更新移動物體數組，其中上述移動物體數組具有多個第二標記，上述多個第二標記分別對應于上述多個索引。
11.根據權利要求10所述的物體檢測裝置，其特征是，還包括:電源管理模塊，用以根據上述微控制器的檢測結果調控電子設備的電源。
【文檔編號】G01S15/04GK103675820SQ201310367483
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2012年9月24日
【發明者】林育仲, 王景容, 謝旻劭 申請人:和碩聯合科技股份有限公司