超聲波傳感器如何用于AGV物體測距?超聲波傳感器芯片解決方案介紹

以下內(nèi)容中，小編將對傳感器" target="_blank">超聲波傳感器的相關(guān)內(nèi)容進行著重介紹和闡述，希望本文能幫您增進對超聲波傳感器的了解，和小編一起來看看吧。

一、超聲波傳感器在AGV物體測距的應(yīng)用

相較于傳統(tǒng)人工搬運，在物流智能化需求迅速增長的推動下，叉車作為搬運的核心設(shè)備，也越來越向智能化的進程快速演進著，叉車式AGV作為一大熱門類型，已經(jīng)在工業(yè)制造、物流、倉儲等行業(yè)中發(fā)揮重要作用。AGV具有高效、靈活、獨立、安全等特性。AGV也逐步替代人工完成裝配、搬運、堆放、卸載等工作，為智能工廠、智能車間做出重要貢獻。

盡管AGV叉車已經(jīng)進入到一個快速發(fā)展期，但在實際使用上，依然面臨一大難題。如何實現(xiàn)精確定位，自動路徑規(guī)劃，目標托盤的搜索，檢測，對孔，搬運及裝卸工作，成為各大智能叉車廠商首要考慮的問題。因為一些倉庫貨物放置環(huán)境復(fù)雜，人工/貨車放置托盤的位置不夠精確，導(dǎo)致無人叉車依靠傳統(tǒng)的機械限位或者單目相機識別的方式無法準確識別托盤，常常出現(xiàn)無人叉車對接托盤位置偏移角度較大，進而導(dǎo)致進叉失敗，若托盤擺放位置與設(shè)定位置存在一定的距離或角度偏差時，叉車將叉取失敗并需要人工處理，大大降低整體運輸效率。

超聲波傳感器需要兩部分，發(fā)射器和接收器。在最標準的配置中，它們盡可能靠近并排放置。當接收器靠近發(fā)射器時，聲音以更直的方式從發(fā)射器傳播到被檢測物體并返回接收器，從而導(dǎo)致較小的測量誤差。還有超聲波收發(fā)器，其中發(fā)射器和接收器功能集成到一個單元中，以最大限度地減少物理錯誤。離開發(fā)射器的聲波在形狀上與離開手電筒的光比激光更相似，因此必須考慮傳播和光束角。隨著聲波離發(fā)射器越來越遠，檢測區(qū)域?qū)⒃谒胶痛怪狈较蛏显黾?。這個不斷變化的區(qū)域是超聲波傳感器根據(jù)波束寬度或波束角度而不是標準檢測區(qū)域給出其覆蓋規(guī)范的原因。廠家比較這個波束角時，建議驗證波束角是波束的全角還是與換能器直線的變化角。

光束角的次要影響是設(shè)備的范圍。一般來說，窄波束會產(chǎn)生更大的檢測范圍，因為超聲波脈沖的能量更集中，可以走得更遠，才能消散到無法使用的程度。相反，更寬的光束會將能量傳播到更寬的弧中，從而降低預(yù)期的檢測范圍。選擇理想的光束寬度在很大程度上取決于應(yīng)用。較寬的光束更適合覆蓋較大的區(qū)域和一般檢測，而較窄的光束則限制檢測區(qū)域，避免誤報。MaxBotix 料倉料位超聲波傳感器 - MB1210是一款可以遠距離測量(可到7.65米)的低成本的超聲波傳感器。它不僅具備實時校準功能，而且對于距離不同的目標還可以連續(xù)可變的增益以得到更精準的數(shù)據(jù)。較寬的供電電壓：3.3V ~5.5V，低功耗也使得它適用于電池供電系統(tǒng)。與MB1210相同性能的同系列產(chǎn)品中，還有可以測量10.68米的更遠距離的超聲波傳感器MB1260。對于室內(nèi)環(huán)境的料倉料位測量，這個系列的產(chǎn)品是一種優(yōu)秀的解決方案。

二、超聲波傳感器芯片解決方案

普通的MCU既然不能完全滿足需求，那該怎么辦呢?先看看TI的MSP430系列，MSP430系列專門針對超聲波應(yīng)用做了加強。MSP430系列MCU，特別是其中的MSP430FR604x和MSP430FR504x系列，給超聲波傳感提供了一種低成本的單芯片解決方案。這個系列具有集成的超聲波傳感模擬前端，易于使用且可靈活用于開發(fā)各種應(yīng)用。其獨特的波形捕獲技術(shù)與高速ADC可以實現(xiàn)低功耗的高精度測量。

以MSP430FR5043為例，該器件專為超聲波水表、熱量計和燃氣表而設(shè)計。在整個針對超聲波應(yīng)用的器件里，都集成了超聲波傳感解決方案(USS_A)模塊，可針對多種流速提供高精度測量。USS_A高度集成，需要的外部組件極少，因而有助于實現(xiàn)超低功耗計量并降低系統(tǒng)成本。

USS_A模塊囊括了可編程脈沖發(fā)生器(PPG)和具有低阻抗輸出驅(qū)動器的物理接口(PHY)，盡可能做到最佳的傳感器激勵和準確的阻抗匹配效果，從而在零流量漂移 (ZFD) 方面達到最佳。

為了實現(xiàn)精確的信號采集，USS_A模塊里還集成了可編程增益放大器(PGA)和高速12位 8Msps Σ-Δ ADC。在水為介質(zhì)的環(huán)境中，該器件的差分飛行時間精度為±12.5ps，在500：1的寬動態(tài)范圍內(nèi)精度為±1%。在氣體介質(zhì)中，差分飛行時間精度為±250ps，同時可在流速高達12000升/小時的條件下實現(xiàn)±1%的精度，具有200:1的寬動態(tài)范圍。

MSP430FR5043器件采用低功耗加速器(LEA)，實現(xiàn)了基于高速ADC的信號采集以及后續(xù)優(yōu)化數(shù)字信號處理，為電池供電型計量提供了一款超低功耗、高精度的計量解決方案應(yīng)用。這種整體功耗超低MSP系統(tǒng)架構(gòu)，能使整個超聲波傳感器系統(tǒng)降低能耗的同時提升性能。

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