超聲波避障技術(shù)助力智能掃地機器人市場(chǎng)

　　基于超聲波避障技術(shù)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(shù)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據融合對機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(shí)間檢測法等。本論文是采用超聲測距最常用的方法渡越時(shí)間探測法。即在聲速已知的情況下，通過(guò)測量超聲波回聲所經(jīng)歷的時(shí)間來(lái)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(gè)智能掃地機器人避障控制系統，重要的是要使智能掃地機器人能做到穩定、連續避障，同時(shí)避障算法的制定應根據智能掃地機器人行走系統的速度及反應時(shí)間等參數來(lái)設計。

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

　　上圖為TDC-GP22的內部結構原理圖，時(shí)間數字轉換器TDC即為芯片TDC-GP22的技術(shù)核心，它利用信號通過(guò)邏輯門(mén)的絕對時(shí)間延遲來(lái)精確量化時(shí)間間隔。并且這個(gè)高精度的時(shí)間測量單元TDC，其分辨率達到22ps。

　　TDC-GP22的重要特性還包括：

　　● 溫度測量精度(2mk rms);

　　● TOF飛行時(shí)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：內部集成斬波穩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(kāi)關(guān)，這就解決了工程師模擬部分設計的問(wèn)題，提高了系統測量質(zhì)量。

　　TDC-GP22的脈沖發(fā)生器在時(shí)間測量中可直接驅動(dòng)超聲波換能器，無(wú)需另外增加驅動(dòng)芯片，簡(jiǎn)化了設計并降低了成本;高精度的時(shí)間測量，簡(jiǎn)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(shù)的應用。

　　TDC-GP22三個(gè)重要功能

　　因TDC-GP22是在TDC-GP21的基礎上發(fā)展而來(lái)，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(gè)重要的功能。之所以說(shuō)TDC-GP22是超聲波避障技術(shù)的革命，正是與這三個(gè)新增的重要功能緊密相關(guān)。

　　● 智能第一個(gè)回波檢測功能。TDC-GP22使得時(shí)間窗口設置不再受時(shí)差變化影響，從而實(shí)現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(shí)現)。GP22的脈沖寬度測量可以幫助判斷回波信號質(zhì)量.

　　● 簡(jiǎn)化的多脈沖結果計算功能。TDC-GP22芯片將會(huì )自動(dòng)處理計算3個(gè)脈沖結果，并給出平均值。通過(guò)這種方式，簡(jiǎn)化了整個(gè)測量的流程，測量的結果完全由TDC-GP22自動(dòng)完成，MCU僅需直接讀結果，節省單片機資源，并滿(mǎn)足低成本高精度測量要求。