超聲波避障技術(shù)助力智能掃地機(jī)器人市場

基于超聲波避障技術(shù)是建立在獲取機(jī)器人前方障礙物的距離和位置信息上,故超聲波避障技術(shù)主要運(yùn)用超聲波傳感器，根據(jù)超聲波測距原理，結(jié)合矩陣式結(jié)構(gòu)設(shè)計理念的數(shù)據(jù)融合對機(jī)器人前方障礙物的距離和位置進(jìn)行定位。

超聲波測距技術(shù)的方法有很多，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。本論文是采用超聲測距最常用的方法渡越時間探測法。即在聲速已知的情況下，通過測量超聲波回聲所經(jīng)歷的時間來獲得距離。其原理圖如圖所示。

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圖1：超聲波測距原理圖

為了建立一個智能掃地機(jī)器人避障控制系統(tǒng)，重要的是要使智能掃地機(jī)器人能做到穩(wěn)定、連續(xù)避障，同時避障算法的制定應(yīng)根據(jù)智能掃地機(jī)器人行走系統(tǒng)的速度及反應(yīng)時間等參數(shù)來設(shè)計。

深圳世強(qiáng)代理的TDC-GP22芯片可以滿足上述設(shè)計應(yīng)用要求,它完全是一個單芯片代理超聲波發(fā)射與接收的全部電路。AMS公司利用純數(shù)字化CMOS 技術(shù)生產(chǎn)的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能將時間間隔的測量量化到22ps的精度，可以說天生就肩負(fù)了推動超聲波避障技術(shù)變革的使命。

上圖為TDC-GP22的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC即為芯片TDC-GP22的技術(shù)核心，它利用信號通過邏輯門的絕對時間延遲來精確量化時間間隔。并且這個高精度的時間測量單元TDC，其分辨率達(dá)到22ps。

世強(qiáng)代理的TDC-GP22的重要特性還包括：

● 溫度測量精度(2mk rms);

● TOF飛行時差的溫漂(<0.3ps/k);

● 提供針對超聲波避障技術(shù)所需要的完整的模擬前端：內(nèi)部集成斬波穩(wěn)定的內(nèi)部低噪聲比較器(比較器觸發(fā)offset范圍在±35 mV)和低串?dāng)_模擬開關(guān)，這就解決了工程師模擬部分設(shè)計的問題，提高了系統(tǒng)測量質(zhì)量。

TDC-GP22的脈沖發(fā)生器在時間測量中可直接驅(qū)動超聲波換能器，無需另外增加驅(qū)動芯片，簡化了設(shè)計并降低了成本;高精度的時間測量，簡潔的外部電路、集成的內(nèi)部信號處理算法，超低的整體功耗測量特性使得其非常適合于超聲波避障技術(shù)的應(yīng)用。

TDC-GP22三個重要功能

因TDC-GP22是在TDC-GP21的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，所以TDC-GP22的功能、管腳、寄存器與TDC-GP21可以100%兼容(可1:1進(jìn)行替換)。TDC-GP22除了具備TDC-GP21的所有特性外，還增加了三個重要的功能。之所以說TDC-GP22是超聲波避障技術(shù)的革命，正是與這三個新增的重要功能緊密相關(guān)。

● 智能第一個回波檢測功能。TDC-GP22使得時間窗口設(shè)置不再受時差變化影響，從而實現(xiàn)精確的脈沖間隔測量。

● 第一波脈沖寬度測量功能(目前市面上僅TDC-GP22可以實現(xiàn))。GP22的脈沖寬度測量可以幫助判斷回波信號質(zhì)量.

● 簡化的多脈沖結(jié)果計算功能。TDC-GP22芯片將會自動處理計算3個脈沖結(jié)果，并給出平均值。通過這種方式，簡化了整個測量的流程，測量的結(jié)果完全由TDC-GP22自動完成，MCU僅需直接讀結(jié)果，節(jié)省單片機(jī)資源，并滿足低成本高精度測量要求。