超声波避障技术助力智能扫地机器人市场

　　基于超声波避障技术是建立在获取机器人前方障碍物的距离和位置信息上,故超声波避障技术主要运用超声波传感器，根据超声波测距原理，结合矩阵式结构设计理念的数据融合对机器人前方障碍物的距离和位置进行定位。

　　超声波测距技术的方法有很多，如相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间检测法等。本论文是采用超声测距最常用的方法渡越时间探测法。即在声速已知的情况下，通过测量超声波回声所经历的时间来获得距离。其原理图如图所示。

　　图1：超声波测距原理图

　　为了建立一个智能扫地机器人避障控制系统，重要的是要使智能扫地机器人能做到稳定、连续避障，同时避障算法的制定应根据智能扫地机器人行走系统的速度及反应时间等参数来设计。

　　深圳世强代理的TDC-GP22芯片可以满足上述设计应用要求,它完全是一个单芯片代理超声波发射与接收的全部电路。AMS公司利用纯数字化CMOS 技术生产的时间数字转换器，能将时间间隔的测量量化到22ps的精度，可以说天生就肩负了推动超声波避障技术变革的使命。

　　上图为TDC-GP22的内部结构原理图，时间数字转换器TDC即为芯片TDC-GP22的技术核心，它利用信号通过逻辑门的绝对时间延迟来精确量化时间间隔。并且这个高精度的时间测量单元TDC，其分辨率达到22ps。

　　TDC-GP22的重要特性还包括：

　　● 温度测量精度(2mk rms);

　　● TOF飞行时差的温漂(<0.3ps/k);

　　● 提供针对超声波避障技术所需要的完整的模拟前端：内部集成斩波稳定的内部低噪声比较器(比较器触发offset范围在±35 mV)和低串扰模拟开关，这就解决了工程师模拟部分设计的问题，提高了系统测量质量。

　　TDC-GP22的脉冲发生器在时间测量中可直接驱动超声波换能器，无需另外增加驱动芯片，简化了设计并降低了成本;高精度的时间测量，简洁的外部电路、集成的内部信号处理算法，超低的整体功耗测量特性使得其非常适合于超声波避障技术的应用。

　　TDC-GP22三个重要功能

　　因TDC-GP22是在TDC-GP21的基础上发展而来，所以TDC-GP22的功能、管脚、寄存器与TDC-GP21可以100%兼容(可1:1进行替换)。TDC-GP22除了具备TDC-GP21的所有特性外，还增加了三个重要的功能。之所以说TDC-GP22是超声波避障技术的革命，正是与这三个新增的重要功能紧密相关。

　　● 智能第一个回波检测功能。TDC-GP22使得时间窗口设置不再受时差变化影响，从而实现精确的脉冲间隔测量。

　　● 第一波脉冲宽度测量功能(目前市面上仅TDC-GP22可以实现)。GP22的脉冲宽度测量可以帮助判断回波信号质量.

　　● 简化的多脉冲结果计算功能。TDC-GP22芯片将会自动处理计算3个脉冲结果，并给出平均值。通过这种方式，简化了整个测量的流程，测量的结果完全由TDC-GP22自动完成，MCU仅需直接读结果，节省单片机资源，并满足低成本高精度测量要求。