超聲波避障技術助力智能掃地機器人市場

基于超聲波避障技術是建立在獲取機器人前方障礙物的距離和位置信息上,故超聲波避障技術主要運用超聲波傳感器，根據超聲波測距原理，結合矩陣式結構設計理念的數(shù)據融合對機器人前方障礙物的距離和位置進行定位。

超聲波測距技術的方法有很多，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歷的時間來獲得距離。其原理圖如圖所示。

圖1：超聲波測距原理圖

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

深圳世強代理的TDC-GP22芯片可以滿足上述設計應用要求,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 技術生產的時間數(shù)字轉換器，能將時間間隔的測量量化到22ps的精度，可以說天生就肩負了推動超聲波避障技術變革的使命。

上圖為TDC-GP22的內部結構原理圖，時間數(shù)字轉換器TDC即為芯片TDC-GP22的技術核心，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，其分辨率達到22ps。

世強代理的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所需要的完整的模擬前端：內部集成斬波穩(wěn)定的內部低噪聲比較器(比較器觸發(fā)offset范圍在±35 mV)和低串擾模擬開關，這就解決了工程師模擬部分設計的問題，提高了系統(tǒng)測量質量。

TDC-GP22的脈沖發(fā)生器在時間測量中可直接驅動超聲波換能器，無需另外增加驅動芯片，簡化了設計并降低了成本;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的應用。

TDC-GP22三個重要功能

因TDC-GP22是在TDC-GP21的基礎上發(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是超聲波避障技術的革命，正是與這三個新增的重要功能緊密相關。

● 智能第一個回波檢測功能。TDC-GP22使得時間窗口設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量.

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