一种环境光干扰的消除方法及装置与流程

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种环境光干扰的消除方法及装置。

背景技术：

传感器作为一种检测装置，能感受规定的被测量并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。光电传感器是一种将光信号转换为电信号的器件，基于光电效应进行光电检测，具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电传感器在检测和控制中应用非常广泛，是工业传感器中应用最广泛的传感器之一。

根据接收的光信号的特征，光电传感器的工作方式分为两种：调制型和非调制型。相对于采用恒定光信号的非调制型工作方式，采用脉冲光信号的调制型工作方式，脉冲调制可在短时间内发出电流达到几百毫安的电信号，具有高信噪比，检测距离远的优点，且在有信号时打开接收窗口，其余时间关闭接收窗口，降低功耗的同时，可减少其余时间的环境光干扰，具有较强的抗干扰性，因而，一般情况下，光电传感器大部分都采用调制型的工作方式。

现有的光电传感器进行调制时，采用固定的参考电平与回波信号进行比较，当存在回波信号大于参考电平时，光电传感器确定检测到目标，当没有回波信号大于参考电平时，确定没有检测到目标。上述调制方案仅适用于直流光干扰，当发射信号被低频交流环境光(如交流灯光)干扰，回波信号被叠加在交流波上，参考电平不再是固定的，上述调制方案不再适用，导致在环境光干扰下光电传感器无法对目标进行准确的检测。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种环境光干扰的消除方法及装置，用于解决现有技术中光电传感器在环境光干扰下无法对目标进行准确的检测的问题。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明实施例的第一方面提供了一种环境光干扰的消除方法，应用于光电传感器，包括：

接收回波信号，所述回波信号为光电传感器发射的调制信号被环境光干扰后反射的信号；

根据所述回波信号获取干扰波电平；

对所述干扰波电平进行处理，得到参考电平；

根据所述参考电平，消除所述回波信号中的环境光干扰信号。

在其中一个实施例中，所述根据所述回波信号获取干扰波电平，包括：

获取所述回波信号中的干扰波信号；

根据所述干扰波信号确定脉冲采集的基准调整区；

获取所述基准调整区的干扰波电平。

在其中一个实施例中，所述获取所述基准调整区的干扰波电平之后，还包括：

判断所述干扰波电平是否大于预设阈值；

若所述干扰波电平大于预设阈值，返回执行所述根据所述干扰波信号确定脉冲采集的基准调整区步骤。

在其中一个实施例中，所述干扰波电平为所述基准调整区干扰波信号的电平的采样值。

在其中一个实施例中，所述对所述干扰波电平进行处理，得到参考电平，包括：

获取比较电平；

对所述干扰波电平与所述比较电平进行求和计算，得到参考电平。

在其中一个实施例中，所述根据所述参考电平，消除所述回波信号中的环境光干扰信号，包括：

获取所述回波信号的电平；

对所述回波信号的电平与所述参考电平进行求差运算，消除所述回波信号中的环境光干扰信号。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

判断所述回波信号的电平和所述参考电平的差值是否大于零；

若所述回波信号的电平和所述参考电平的差值大于零，输出比较结果。

本发明实施例的第二方面提供了一种环境光干扰的消除装置，应用于光电传感器，包括：

接收模块，用于接收回波信号，所述回波信号为光电传感器发射的调制信号被环境光干扰后反射的信号；

获取模块，用于根据所述回波信号获取干扰波电平；

处理模块，用于对所述干扰波电平进行处理，得到参考电平；

消除模块，用于根据所述参考电平，消除所述回波信号中的环境光干扰信号。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括：

存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，包括：

所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述方法的步骤。

本发明实施例提供了一种环境光干扰的消除方法及装置，应用于光电传感器，所述方法包括：接收回波信号，所述回波信号为光电传感器发射的调制信号被环境光干扰后反射的信号，根据所述回波信号获取干扰波电平，对所述干扰波电平进行处理，得到参考电平，根据所述参考电平，消除所述回波信号中的环境光干扰信号，根据干扰波电平实时调整参考电平，消除了外界环境光对光电传感器的干扰，增强了光电传感器的抗光干扰性，解决了光电传感器在环境光干扰下无法对目标进行准确的检测的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种环境光干扰的消除方法的实现流程示意图；

图2为回波信号示意图；

图3是回波信号电平和参考电平的比较示意图；

图4为图1所示实施例中步骤12的细化步骤流程示意图；

图5为脉冲采集区域划分示意图；

图6是本发明实施例六提供的一种环境光干扰的消除装置的示意图；

图7是本发明实施例七提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明实施例一提供的一种环境光干扰的消除方法的实现流程示意图，本实施例的执行主体为环境光干扰的消除装置，该装置具体应用于光电传感器中。如图1所示，本实施例提供的环境光干扰的消除方法，包括以下步骤：

步骤11、接收回波信号，所述回波信号为光电传感器发射的调制信号被环境光干扰后反射的信号。

光电传感器在检测目标时，在环境光干扰的消除装置接收回波信号之前，光电传感器(具体可以为环境光干扰的消除装置)周期性的发射脉冲调制信号，当其检测范围内存在目标时，发射的调制信号被目标反射，形成回波信号。在环境光干扰下，反射的信号被干扰，导致回波信号中叠加了干扰信号。

为提高光电传感器在环境光干扰下对目标进行检测的准确度，本实施例采用环境光干扰的消除装置对回波信号中的低频交流干扰信号进行消除。首先，环境光干扰的消除装置接收根据调制信号反射的回波信号，图2为回波信号示意图，如图2所示，该回波信号即为叠加了低频交流干扰信号的反射信号，图中交流波信号为干扰信号，如图2中的21，图中交流波上信号为调制信号的反射信号，如图2中的22。

步骤12、根据所述回波信号获取干扰波电平。

环境光干扰的消除装置根据接收到的回波信号获取干扰波电平，记作vbase，即获取交流波电平，该交流波电平是时刻变化的。

步骤13、对所述干扰波电平进行处理，得到参考电平。

环境光干扰的消除装置获取到干扰波电平后，对其进一步处理，得到参考电平。具体的处理步骤如下：

s131、获取比较电平。

通过预设电平阈值的方式获取比较电平，记作vdiff，预设方式具体可以通过光电传感器预先设定，或通过人为预先设定，例如，预设的电平阈值为0.5v(伏)，获取的比较电平vdiff＝0.5v。

s132、对所述干扰波电平与所述比较电平进行求和计算，得到参考电平。

本实施例中，具体将获取的干扰波电平vbase与比较电平vdiff相加求和，计算参考电平vth，即vth＝vbase+vdiff。

根据干扰波电平和比较电平计算参考电平时，也可以采用加权求和的方式；实际应用中也可以采用其他处理方式处理干扰波电平，例如，对干扰波再次叠加交流波等处理方式得到参考电平，本实施例不作具体限定。

步骤14、根据所述参考电平，消除所述回波信号中的环境光干扰信号。

一种具体的消除干扰的方式为在叠加了干扰信号的回波信号上减去参考电平，具体步骤如下：

s141、获取所述回波信号的电平。

s142、对所述回波信号的电平与所述参考电平进行求差运算，消除所述回波信号中的环境光干扰信号。

根据接收到的回波信号，获取回波信号的电平，该回波信号的电平为交流波电平与反射波电平的叠加。将获取的回波信号的电平减去用于消除干扰的参考电平，即可消除回波信号中的环境光干扰信号。

可选的，本实施例的方法还可以包括：判断所述回波信号的电平和所述参考电平的差值是否大于零，若所述回波信号的电平和所述参考电平的差值大于零，输出比较结果。环境光干扰的消除装置判断回波信号的电平和参考电平的差值是否大于零，若大于零，表明发射的调制信号在光电传感器的检测范围内被目标反射，从而接收到回波信号，进而确定存在目标。图3是回波信号电平和参考电平进行比较的示意图，当回波信号的电平大于参考电平时，输出比较结果。可选的，该比较结果可以为方形波。本实施例通过消除回波信号中的环境光干扰后进行目标判断，提高了光电传感器对目标判断的准确性。

本实施例提供了一种环境光干扰的消除方法，应用于光电传感器，所述方法包括：接收回波信号，所述回波信号为光电传感器发射的调制信号被环境光干扰后反射的信号，根据所述回波信号获取干扰波电平，对所述干扰波电平进行处理，得到参考电平，根据所述参考电平，消除所述回波信号中的环境光干扰信号，根据干扰波电平实时调整参考电平，消除了外界环境光对光电传感器的干扰，增强了光电传感器的抗光干扰性，解决了光电传感器在环境光干扰下无法对目标进行准确的检测的问题。

图4为图1所示实施例中步骤12的细化步骤流程示意图，如图4所示，根据所述回波信号获取干扰波电平，具体包括以下步骤：

步骤411、获取所述回波信号中的干扰波信号。

本实施例消除的是低频交流环境光干扰，干扰信号的波形为正弦波，表示为y＝a*sin(2πf)，其中，a为干扰波信号的幅值，f为频率。

步骤412、根据所述干扰波信号确定脉冲采集的基准调整区。

由于光电传感器采用脉冲调制，为了抗干扰，只在发射有效区内进行脉冲采集，据此，将整个时序分成基准调整区、有效窗口区和屏蔽窗口区。图5为脉冲采集区域划分示意图，如图5所示，a区为基准调整区，b区为有效窗口区，c区为屏蔽窗口区。根据回波信号的接收时间，先确定有效窗口区，然后确定脉冲采集的基准调整区和屏蔽窗口区。

有效窗口区b区为接收回波信号的时间段，由于光的传播速度极快，对光电传感器的检测范围而言，发射调制信号与接收回波信号之间的时间可忽略不计，即认为环境光干扰的消除装置的发射调制信号和接收回波信号是同时进行的，因此有效窗口区b区也可认为发射调制信号的时间段。由此确定基准调整区a区为发射调制信号和接收回波信号之前的时间段。

本实施例中，基准调整区的宽度(即采集干扰波电平的时间段)可以设定为20-50us(微秒)。有效窗口区b区的宽度取决于发射时间，而发射时间是由发射管所能承受的最大脉冲电流决定，一般情况下发射时间小于20us(微秒)，大部分时候下都为5-10us左右，由于接收滤波电容存在相位延时，该延时一般小于10us，因此接收信号的窗口宽度可以控制在30us之内。再考虑模拟数字转换器(analogtodigitalconverter，adc，简称模数转换器)的采样时间和数字模拟转换器(digitaltoanalogconverter，dac，简称数模转换器)的输出保持时间(10us之内)，确定有效窗口区的整个窗口时间在40us以内，据此，本实施例中设定有效窗口区的宽度为40us。确定了基准调整区和有效窗口区的宽度后，将有效窗口区和下一周期的基准调整区之间的时间区域确定为屏蔽窗口区。

步骤413、获取所述基准调整区的干扰波电平。

环境光干扰的消除装置在发射调制信号之前的基准调整区时间内，采集环境光干扰波电平。根据步骤411中干扰波的表达公式y＝a*sin(2πf)计算脉冲采集时基准调整区的干扰波电平。由于干扰波信号为正弦波，其在基准调整区时间范围内的电平为曲线。由于本实施例消除的是低频交流环境光干扰，干扰波信号为低频干扰信号，将时间范围很短的基准调整区的电平近似为直线，直线电平与曲线电平的误差，与脉冲信号的电平相比，该误差极小，可忽略不计。举例说明，假设交流干扰信号为1vp-p(在5v系统里，1vp-p的交流信号干扰已经很大)，干扰波信号y＝0.5*sin(2πf)的最大斜率为1。假设干扰信号的频率为1khz，则时间轴为1ms，在整个1/4周期内，误差δh≤0.5v*40us/250us＝80mv，说明在40us的窗口区干扰波信号的变化范围不会超过80mv，对于峰值都是在1v以上的接收脉冲信号来说，80mv是可以忽略不计的。

可选的，可以以基准调整区内任一时刻的电平作为该基准调整区的干扰波电平，即所述干扰波电平为所述基准调整区干扰波信号的电平的采样值。

可选的，获取到基准调整区的干扰波电平后，对其先进行判断，以确定干扰是否为低频交流环境光干扰，若不是，或者干扰光过大，本实施例的消除方法不再适用，此时，可放弃本次采集的信号，进入下一次采集。具体的判断过程可以为：判断所述干扰波电平是否大于预设阈值，若所述干扰波电平大于预设阈值，返回执行所述根据所述干扰波信号确定脉冲采集的基准调整区步骤。

本实施例提供了一种环境光干扰的消除方法，具体涉及根据回波信号获取干扰波电平的细化步骤，首先获取所述回波信号中的干扰波信号，然后根据所述干扰波信号确定脉冲采集的基准调整区，最后获取所述基准调整区的干扰波电平，进一步的根据获取的干扰波电平消除回波信号中的环境光干扰信号，消除了外界环境光对光电传感器的干扰，增强了光电传感器的抗光干扰性，解决了光电传感器在环境光干扰下无法对目标进行准确的检测的问题。

图6是本发明实施例六提供的一种环境光干扰的消除装置的示意图，如图6所示，本实施例提供的环境光干扰的消除装置应用于光电传感器，其包括以下模块：

接收模块61，用于接收回波信号，所述回波信号为光电传感器发射的调制信号被环境光干扰后反射的信号；

获取模块62，用于根据所述回波信号获取干扰波电平；

处理模块63，用于对所述干扰波电平进行处理，得到参考电平；

消除模块64，用于根据所述参考电平，消除所述回波信号中的环境光干扰信号。

本实施例六提供的环境光干扰的消除装置，用于实现实施例一所述的环境光干扰的消除方法，其中各个模块的功能可以参考方法实施例中相应的描述，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图7是本发明实施例七提供的终端设备的示意图。如图7所示，该实施例的终端设备7包括：处理器70、存储器71以及存储在所述存储器71中并可在所述处理器70上运行的计算机程序72，例如环境光干扰的消除程序。所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各个环境光干扰的消除方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤11至14。或者，所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图6所示模块61至64的功能。

示例性的，所述计算机程序72可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器71中，并由所述处理器70执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序72在所述终端设备7中的执行过程。例如，所述计算机程序72可以被分割成接收模块、获取模块、处理模块和消除模块(虚拟装置中的单元模块)，各模块具体功能如下：

接收模块，用于接收回波信号，所述回波信号为光电传感器发射的调制信号被环境光干扰后反射的信号；

获取模块，用于根据所述回波信号获取干扰波电平；

处理模块，用于对所述干扰波电平进行处理，得到参考电平；

消除模块，用于根据所述参考电平，消除所述回波信号中的环境光干扰信号。

所述终端设备7可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备7可包括，但不仅限于，处理器70、存储器71。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是终端设备7的示例，并不构成对终端设备7的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备7还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器70可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器71可以是所述终端设备7的内部存储单元，例如终端设备7的硬盘或内存。所述存储器71也可以是所述终端设备7的外部存储设备，例如所述终端设备7上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard，smc)，安全数字(securedigital，sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器71还可以既包括所述终端设备7的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器71用于存储所述计算机程序以及所述终端设备7所需的其他程序和数据。所述存储器71还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述终端设备的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。