超聲波傳感器如何用于AGV物體測(cè)距?超聲波傳感器芯片解決方案介紹

以下內(nèi)容中，小編將對(duì)傳感器" target="_blank">超聲波傳感器的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行著重介紹和闡述，希望本文能幫您增進(jìn)對(duì)超聲波傳感器的了解，和小編一起來看看吧。

一、超聲波傳感器在AGV物體測(cè)距的應(yīng)用

相較于傳統(tǒng)人工搬運(yùn)，在物流智能化需求迅速增長(zhǎng)的推動(dòng)下，叉車作為搬運(yùn)的核心設(shè)備，也越來越向智能化的進(jìn)程快速演進(jìn)著，叉車式AGV作為一大熱門類型，已經(jīng)在工業(yè)制造、物流、倉儲(chǔ)等行業(yè)中發(fā)揮重要作用。AGV具有高效、靈活、獨(dú)立、安全等特性。AGV也逐步替代人工完成裝配、搬運(yùn)、堆放、卸載等工作，為智能工廠、智能車間做出重要貢獻(xiàn)。

盡管AGV叉車已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)快速發(fā)展期，但在實(shí)際使用上，依然面臨一大難題。如何實(shí)現(xiàn)精確定位，自動(dòng)路徑規(guī)劃，目標(biāo)托盤的搜索，檢測(cè)，對(duì)孔，搬運(yùn)及裝卸工作，成為各大智能叉車廠商首要考慮的問題。因?yàn)橐恍﹤}庫貨物放置環(huán)境復(fù)雜，人工/貨車放置托盤的位置不夠精確，導(dǎo)致無人叉車依靠傳統(tǒng)的機(jī)械限位或者單目相機(jī)識(shí)別的方式無法準(zhǔn)確識(shí)別托盤，常常出現(xiàn)無人叉車對(duì)接托盤位置偏移角度較大，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)叉失敗，若托盤擺放位置與設(shè)定位置存在一定的距離或角度偏差時(shí)，叉車將叉取失敗并需要人工處理，大大降低整體運(yùn)輸效率。

超聲波傳感器需要兩部分，發(fā)射器和接收器。在最標(biāo)準(zhǔn)的配置中，它們盡可能靠近并排放置。當(dāng)接收器靠近發(fā)射器時(shí)，聲音以更直的方式從發(fā)射器傳播到被檢測(cè)物體并返回接收器，從而導(dǎo)致較小的測(cè)量誤差。還有超聲波收發(fā)器，其中發(fā)射器和接收器功能集成到一個(gè)單元中，以最大限度地減少物理錯(cuò)誤。離開發(fā)射器的聲波在形狀上與離開手電筒的光比激光更相似，因此必須考慮傳播和光束角。隨著聲波離發(fā)射器越來越遠(yuǎn)，檢測(cè)區(qū)域?qū)⒃谒胶痛怪狈较蛏显黾?。這個(gè)不斷變化的區(qū)域是超聲波傳感器根據(jù)波束寬度或波束角度而不是標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)區(qū)域給出其覆蓋規(guī)范的原因。廠家比較這個(gè)波束角時(shí)，建議驗(yàn)證波束角是波束的全角還是與換能器直線的變化角。

光束角的次要影響是設(shè)備的范圍。一般來說，窄波束會(huì)產(chǎn)生更大的檢測(cè)范圍，因?yàn)槌暡}沖的能量更集中，可以走得更遠(yuǎn)，才能消散到無法使用的程度。相反，更寬的光束會(huì)將能量傳播到更寬的弧中，從而降低預(yù)期的檢測(cè)范圍。選擇理想的光束寬度在很大程度上取決于應(yīng)用。較寬的光束更適合覆蓋較大的區(qū)域和一般檢測(cè)，而較窄的光束則限制檢測(cè)區(qū)域，避免誤報(bào)。MaxBotix 料倉料位超聲波傳感器 - MB1210是一款可以遠(yuǎn)距離測(cè)量(可到7.65米)的低成本的超聲波傳感器。它不僅具備實(shí)時(shí)校準(zhǔn)功能，而且對(duì)于距離不同的目標(biāo)還可以連續(xù)可變的增益以得到更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。較寬的供電電壓：3.3V ~5.5V，低功耗也使得它適用于電池供電系統(tǒng)。與MB1210相同性能的同系列產(chǎn)品中，還有可以測(cè)量10.68米的更遠(yuǎn)距離的超聲波傳感器MB1260。對(duì)于室內(nèi)環(huán)境的料倉料位測(cè)量，這個(gè)系列的產(chǎn)品是一種優(yōu)秀的解決方案。

二、超聲波傳感器芯片解決方案

普通的MCU既然不能完全滿足需求，那該怎么辦呢?先看看TI的MSP430系列，MSP430系列專門針對(duì)超聲波應(yīng)用做了加強(qiáng)。MSP430系列MCU，特別是其中的MSP430FR604x和MSP430FR504x系列，給超聲波傳感提供了一種低成本的單芯片解決方案。這個(gè)系列具有集成的超聲波傳感模擬前端，易于使用且可靈活用于開發(fā)各種應(yīng)用。其獨(dú)特的波形捕獲技術(shù)與高速ADC可以實(shí)現(xiàn)低功耗的高精度測(cè)量。

以MSP430FR5043為例，該器件專為超聲波水表、熱量計(jì)和燃?xì)獗矶O(shè)計(jì)。在整個(gè)針對(duì)超聲波應(yīng)用的器件里，都集成了超聲波傳感解決方案(USS_A)模塊，可針對(duì)多種流速提供高精度測(cè)量。USS_A高度集成，需要的外部組件極少，因而有助于實(shí)現(xiàn)超低功耗計(jì)量并降低系統(tǒng)成本。

USS_A模塊囊括了可編程脈沖發(fā)生器(PPG)和具有低阻抗輸出驅(qū)動(dòng)器的物理接口(PHY)，盡可能做到最佳的傳感器激勵(lì)和準(zhǔn)確的阻抗匹配效果，從而在零流量漂移 (ZFD) 方面達(dá)到最佳。

為了實(shí)現(xiàn)精確的信號(hào)采集，USS_A模塊里還集成了可編程增益放大器(PGA)和高速12位 8Msps Σ-Δ ADC。在水為介質(zhì)的環(huán)境中，該器件的差分飛行時(shí)間精度為±12.5ps，在500：1的寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)精度為±1%。在氣體介質(zhì)中，差分飛行時(shí)間精度為±250ps，同時(shí)可在流速高達(dá)12000升/小時(shí)的條件下實(shí)現(xiàn)±1%的精度，具有200:1的寬動(dòng)態(tài)范圍。

MSP430FR5043器件采用低功耗加速器(LEA)，實(shí)現(xiàn)了基于高速ADC的信號(hào)采集以及后續(xù)優(yōu)化數(shù)字信號(hào)處理，為電池供電型計(jì)量提供了一款超低功耗、高精度的計(jì)量解決方案應(yīng)用。這種整體功耗超低MSP系統(tǒng)架構(gòu)，能使整個(gè)超聲波傳感器系統(tǒng)降低能耗的同時(shí)提升性能。

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