自主移動(dòng)機(jī)器人的

關(guān)鍵解決方案

照明、傳感器和通信技術(shù)是自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）的關(guān)鍵支持技術(shù)，使它們能夠看到、感知現(xiàn)實(shí)世界并與之互動(dòng)。想要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，便需要使用不同類型的傳感器，包括溫度傳感器、圖像傳感器、LiDAR（用于3D測繪）、旋轉(zhuǎn)位置和可見光通信（VLC）傳感器等。本文將為您介紹AMR設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)，以及由安森美（onsemi）推出的相關(guān)解決方案。

協(xié)助AMR進(jìn)行環(huán)境感知與交互

AMR需要能夠感知與監(jiān)控環(huán)境并與其交互，其中的圖像傳感器和圖像信號(hào)處理器可為AMR提供視覺感知，以導(dǎo)航其環(huán)境并檢測和識(shí)別物體。此外，位置傳感器則用于測量AMR輪子和其他運(yùn)動(dòng)部件的旋轉(zhuǎn)，使其能夠準(zhǔn)確跟蹤其三維位置和方向。超聲波和紅外傳感器則用于測量遠(yuǎn)程物體的距離，使AMR能夠檢測障礙物并避免碰撞。

發(fā)光二極管（LED）等照明技術(shù)則可使AMR能夠在充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境中導(dǎo)航、通信和操作，它們還可用于發(fā)出信號(hào)并指示機(jī)器人的狀態(tài)或方向。選擇AMR照明技術(shù)時(shí)要考慮的性能特征包括亮度、色溫和功耗等參數(shù)。LED控制器和驅(qū)動(dòng)器是監(jiān)控LED中流動(dòng)的電流，并使它們能夠發(fā)出特定強(qiáng)度和波長的光的組件。LED驅(qū)動(dòng)電路使用高側(cè)和低側(cè)功率MOSFET來打開和關(guān)閉LED電流，并提供過壓和過流保護(hù)，同時(shí)確保LED驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定性。

通信技術(shù)使AMR能夠向其他設(shè)備和系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)并接收命令，選擇AMR通信技術(shù)時(shí)要考慮的參數(shù)包括其工作范圍、數(shù)據(jù)速率、功耗和安全性。通信的操作范圍必須足夠長，以便能夠以可接受的速度與周圍環(huán)境中的其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行通信。收發(fā)器的功耗必須盡可能低，以延長電池壽命，而安全性對(duì)于防止AMR數(shù)據(jù)和命令被損壞至關(guān)重要。

低功耗藍(lán)牙（Bluetooth LE）無線通信技術(shù)專為低功耗而設(shè)計(jì)，非常適合電池供電的設(shè)備。該協(xié)議支持一系列數(shù)據(jù)傳輸速率，用于在AMR和其他設(shè)備之間傳輸傳感器數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。低功耗藍(lán)牙還可用于室內(nèi)定位系統(tǒng)，使AMR能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境中導(dǎo)航。另一方面，工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議則可提供實(shí)時(shí)控制和協(xié)調(diào)多個(gè)AMR所需的高速通信功能。

另一方面，運(yùn)用VLC技術(shù)可允許AMR與其他設(shè)備和人員安全地通信。由于可見光譜為430 THz至790THz，VLC不會(huì)影響附近的無線技術(shù)，如低功耗藍(lán)牙、Zigbee、超寬帶（UWB）和Wi-Fi。此外，VLC相對(duì)更為安全，因?yàn)樗举|(zhì)上僅限于視線內(nèi)進(jìn)行傳輸。

創(chuàng)新的全局快門圖像傳感器

AMR的全部目的是與現(xiàn)實(shí)世界積極互動(dòng)，安森美則可以支持設(shè)計(jì)人員選擇最佳的照明、傳感和連接解決方案來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

安森美可提供相當(dāng)多樣的圖像傳感器選擇，包括全局快門和卷簾快門圖像傳感器。在AMR應(yīng)用中，安森美的AR0234CS圖像傳感器采用了全新創(chuàng)新的全局快門像素設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)經(jīng)過優(yōu)化，能夠以每秒120幀的全分辨率準(zhǔn)確、快速地捕捉移動(dòng)場景。該傳感器在低光和明亮場景中都能生成清晰、低噪聲的圖像。

AR0234CS是一款1/2.6英寸2Mp CMOS數(shù)字圖像傳感器，具有1920 (H) x 1200 (V)的有源像素陣列。它包括復(fù)雜的相機(jī)功能，例如自動(dòng)曝光控制、窗口、行跳躍模式、列跳躍模式、像素合并以及視頻和單幀模式。它可通過簡單的兩線串行接口進(jìn)行編程。AR0234CS具有行業(yè)領(lǐng)先的全局快門效率，可生成極其清晰銳利的數(shù)字圖片，并且其捕獲連續(xù)視頻和單幀的能力，使其成為各種應(yīng)用的完美選擇，包括掃描、自主移動(dòng)、監(jiān)控和工業(yè)質(zhì)量控制。

AR0234CS具有一流的全局快門效率，擁有低暗電流／熱像素的特性，支持高線性滿井、低運(yùn)行功率、小尺寸的優(yōu)勢，內(nèi)置統(tǒng)計(jì)引擎，以及多種功能模式，包括行和列跳過模式、像素合并等功能。

集精度和速度于一身的位置傳感器

安森美的NCS32100則是一款集精度和速度于一身的工業(yè)旋轉(zhuǎn)位置傳感器。它具有38mm傳感器，并可在6,000 RPM時(shí)提供±50角秒的精度。對(duì)于精度較低的應(yīng)用，它可以支持高達(dá)100,000 RPM的速度。這款新器件采用專利的感應(yīng)式位置傳感方法，非常適合工業(yè)和機(jī)器人應(yīng)用。

NCS32100提供全功能控制器和傳感器接口，與印刷電路板傳感器配合使用時(shí)可實(shí)現(xiàn)高分辨率、高精度角度傳感。NCS32100具有靈活的配置功能，允許連接到各種電感式傳感器模式，并提供各種數(shù)字輸出格式。與傳統(tǒng)位置傳感器解決方案相比，電感傳感技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢，適用于包括但不限于對(duì)溫度不敏感、機(jī)械簡化和對(duì)污染物不敏感等場合。

NCS32100支持2.5MHz UART接口，可用于連接半雙工RS-485驅(qū)動(dòng)器，全精度最大速度可達(dá)6000 RPM，最大功能轉(zhuǎn)子速度可高達(dá)45000 RPM，支持2.7V - 5.5V電源電壓范圍，并支持電池備份以進(jìn)行多圈計(jì)數(shù)跟蹤，傳感器接口高度可配置（最多8個(gè)通道），通過可編程的過溫閾值報(bào)告內(nèi)部器件溫度，以及通過可編程低電池閾值報(bào)告?zhèn)溆秒姵仉妷?，外部主?shù)據(jù)采集命令響應(yīng)時(shí)間僅有3μs，滿工作電流僅有80mA，支持自校準(zhǔn)功能，擁有20位位置分辨率與24位多圈分辨率，支持延遲取消功能。

適合AMR照明應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器

安森美的NVC7685 LED線性電流驅(qū)動(dòng)器和NCL31000是智能LED驅(qū)動(dòng)器，非常適合AMR照明應(yīng)用。

NVC7685支持12個(gè)具有公共基準(zhǔn)的線性可編程恒流源，電流高達(dá)60 mA，并允許128個(gè)不同的脈寬調(diào)制（PWM）可調(diào)占空比級(jí)別，可通過PC對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行獨(dú)立PWM占空比控制，以及通過I2C進(jìn)行通用PWM占空比控制。NCV7685可通過I2C串行接口進(jìn)行編程，PWM頻率可以在四種不同的配置中進(jìn)行選擇，包括150、300、600和1200 Hz。

NVC7685可與使用I2C總線的微控制器應(yīng)用一起使用，也可在獨(dú)立應(yīng)用中使用，在獨(dú)立應(yīng)用中可以在2種不同的靜態(tài)配置設(shè)置之間進(jìn)行選擇。該器件還為負(fù)載高達(dá)1 mA的應(yīng)用提供3.3 V參考電壓，LED的亮度級(jí)別可使用外部電阻器輕松編程，每個(gè)通道都有一個(gè)內(nèi)部電路，可通過可選的自動(dòng)恢復(fù)模式來檢測開路負(fù)載條件。如果一個(gè)驅(qū)動(dòng)器處于開路負(fù)載狀態(tài)，則可以根據(jù)可編程位設(shè)置關(guān)閉所有其他通道。該器件采用小尺寸的SSOP24?EP封裝。

NCL31000則是一款針對(duì)燈具應(yīng)用的智能LED驅(qū)動(dòng)器，它使用可見光作為載體，支持VLC和室內(nèi)定位功能，可傳輸高達(dá)10kb/s的單向數(shù)據(jù)，具有高效3A降壓LED驅(qū)動(dòng)器，支持高帶寬模擬和PWM調(diào)光（低至零電流）、兩個(gè)輔助DC-DC轉(zhuǎn)換器，為微控制器和其他傳感器供電，以及診斷功能可用于測量輸入和輸出電流和電壓、LED溫度以及DC-DC電壓。

NCL31000還集成了高精度計(jì)量（±1%）與3.3V降壓轉(zhuǎn)換器，以及可調(diào)2.5至24V降壓轉(zhuǎn)換器，支持I2C或SPI串行接口。NCL31001則是一個(gè)精簡功能版本，可實(shí)現(xiàn)多通道解決方案。

低功耗的藍(lán)牙收發(fā)器

與工業(yè)以太網(wǎng)收發(fā)器

安森美的RSL15是一款經(jīng)過藍(lán)牙5.2認(rèn)證的收發(fā)器，適用于易于實(shí)施的低功耗藍(lán)牙無線應(yīng)用，支持AOA（到達(dá)角）和AOD（出發(fā)角）關(guān)鍵功能，以實(shí)現(xiàn)精確的室內(nèi)定位。高度集成的無線電片上系統(tǒng)（SoC），優(yōu)化了系統(tǒng)尺寸和電池壽命。

RSL15是一款基于ARM Cortex-M33處理器的超低功耗安全Bluetooth LE 5.2無線微控制器（MCU）和自定義協(xié)議的2.4 GHz收發(fā)器，專為工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用中的互聯(lián)智能設(shè)備而設(shè)計(jì)。RSL15具有內(nèi)置電源管理、寬電源電壓范圍、靈活的GPIO和時(shí)鐘方案以及廣泛的外設(shè)，為高性能和超低功耗應(yīng)用提供了最大的設(shè)計(jì)靈活性。RSL15包括80 kB RAM，并提供284 kB或512 kB閃存選項(xiàng)。安森美并推出RSL15評(píng)估和開發(fā)板（EVB），設(shè)計(jì)用于與RSL15軟件開發(fā)套件配合使用。它旨在評(píng)估RSL15的性能和功能，以及開發(fā)、演示和調(diào)試該器件的軟件應(yīng)用程序。

安森美的NCN26010是一款10BASE-T1S工業(yè)以太網(wǎng)收發(fā)器，可使用現(xiàn)有雙絞線布線為工業(yè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)以太網(wǎng)通信。該器件符合IEEE 802.3cg標(biāo)準(zhǔn)，包括媒體訪問控制器（MAC）、PLCA協(xié)調(diào)子層（RS），和專為工業(yè)多點(diǎn)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的10BASE?T1S PHY。它提供所有物理層功能，通過單根非屏蔽雙絞線傳輸和接收數(shù)據(jù)，并且可以使用開放聯(lián)盟MACPHY SPI協(xié)議與主機(jī)MCU進(jìn)行通信。

NCN26010具備增強(qiáng)抗噪模式，ENI將抗擾度擴(kuò)展到遠(yuǎn)高于IEEE T1S標(biāo)準(zhǔn)的值，并允許NCN26010承受最壞情況下的DPI和BCI抗擾度測試，啟用后可顯著提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，幾乎比競爭對(duì)手好2倍。NCN26010獨(dú)有的最低線路引腳電容，一流的線路引腳電容允許每段最多數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，在25米網(wǎng)段上支持多達(dá)40個(gè)節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)高于IEEE最低標(biāo)準(zhǔn)，可降低布線、連接器和安裝成本。

結(jié)語

隨著傳感與定位技術(shù)的成熟，AMR能夠應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的環(huán)境，使其實(shí)用性大幅提升，應(yīng)用與市場也越來越寬廣。安森美能夠提供關(guān)鍵的圖像傳感器、位置傳感器、照明與通信器件，能夠滿足AMR設(shè)計(jì)的關(guān)鍵需求。安森美并提供全套的開發(fā)工具與技術(shù)支持，將能夠協(xié)助客戶加快AMR的開發(fā)速度，搶占市場商機(jī)。

審核編輯：湯梓紅