掃地機(jī)器人的設(shè)計(jì)都將面臨著什么樣的挑戰(zhàn)

（文章來(lái)源：21IC電子網(wǎng)）

掃地機(jī)器人車輪的力量決定了它的越障能力。為了能夠通過(guò)厚地毯和越過(guò)門檻，其電機(jī)功率需要達(dá)到至少30W或更高。如果發(fā)生失速或過(guò)載事件，例如車輪被電線卡住，電機(jī)繞組電流將立即上升。延遲檢測(cè)到這種情況會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱并縮短其壽命。

在該應(yīng)用中用作運(yùn)算放大器（op amps）電機(jī)控制系統(tǒng)中的電流感測(cè)電路的關(guān)鍵參數(shù)是壓擺率。例如，當(dāng)發(fā)生失速事件時(shí)，繞組電流會(huì)從0．5A上升到3．5A，運(yùn)算放大器的相應(yīng)輸出為0．5V至3．5V（50mΩ分流電阻和20－V／V增益）。使用壓擺率為0．5V／μs的運(yùn)算放大器時(shí)，階躍變化的安定時(shí)間約為6μs，而使用TI的TLV905x等壓擺率為15V／μs的運(yùn)算放大器，相同階躍變化的安定時(shí)間僅為0．2μs。因此，使用瞬態(tài)響應(yīng)速度提高30倍的TLV905x將增加控制器執(zhí)行過(guò)流保護(hù)的余量。

擴(kuò)大電池容量是掃地機(jī)器人面臨的一大重要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。消費(fèi)者期望機(jī)器人在需要再次充電前，能夠完成一個(gè)完整的清潔周期。使用低質(zhì)量電流感測(cè)的高輸出電壓紋波將產(chǎn)生無(wú)法使用的電池容量。例如，如果4．2V時(shí)的電池精度為±3．5％，經(jīng)過(guò)250次充電循環(huán)后會(huì)將可用電池容量降低至40％，而如果4．2V時(shí)的電池精度為±0．5，則會(huì)使可用電池容量保持在85％。

電壓和電流感應(yīng)電路在控制回路中產(chǎn)生反饋電壓和電流信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)高精度和穩(wěn)定性，偏移電壓和溫度漂移是此處所用運(yùn)算放大器的兩大關(guān)鍵參數(shù)。監(jiān)控電池組的溫度是掃地機(jī)器人的一大主要安全問(wèn)題。與溫度傳感器的解決方案相比，監(jiān)控電池組溫度的具有成本效益的方法是使用NTC熱敏電阻感測(cè)電路。溫度感測(cè)不準(zhǔn)可能導(dǎo)致電池組過(guò)熱或燒壞。

測(cè)量溫度的一種方法是使用電阻和熱敏電阻來(lái)分配電源，并將分壓器輸出直接連接到系統(tǒng)控制器內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）引腳。分壓器的輸出阻抗很低，輸出電壓范圍對(duì)ADC來(lái)說(shuō)并不理想，因此這種方式效率不高，且測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。當(dāng)掃地機(jī)器人構(gòu)建環(huán)境地圖時(shí)，里程計(jì)應(yīng)提供用于繪圖的準(zhǔn)確行進(jìn)距離。里程計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)將導(dǎo)致機(jī)器人的定位和導(dǎo)航精度較低。

測(cè)量里程的常用方法是使用光電解碼器或霍爾效應(yīng)傳感器并對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得里程信息。通常來(lái)講，里程計(jì)安裝在車輪內(nèi)部，因此印刷電路板走線很長(zhǎng)，更容易受到開關(guān)噪聲的影響，從而導(dǎo)致輸出信號(hào)在MCU的輸入端口失真。

系統(tǒng)控制器通常位于控制板的中心，而電機(jī)安裝在電路板的邊緣。因此，直接連接到MCU端口的驅(qū)動(dòng)信號(hào)更容易產(chǎn)生噪聲或失真，導(dǎo)致電機(jī)意外運(yùn)行。

此處的解決方案是加裝一個(gè)用作增強(qiáng)器的運(yùn)算放大器，而不是將驅(qū)動(dòng)信號(hào)與MCU引腳連接的電路?？刂破魍ㄟ^(guò)圖騰柱場(chǎng)效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生PWM信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)H橋功率晶體管。PWM增強(qiáng)器電路有助于最大限度地減少延遲并增強(qiáng)PWM信號(hào)，同時(shí)降低噪聲和失真。

防跌落傳感器用于檢測(cè)樓梯的高度，而碰撞傳感器用于檢測(cè)掃地機(jī)器人周圍的障礙物。距離檢測(cè)出錯(cuò)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致傳感器性能不準(zhǔn)，從而發(fā)生碰撞或跌落事件，并導(dǎo)致機(jī)器人損壞。具有低輸入偏置電流的互阻抗運(yùn)算放大器電路在此處被廣泛使用。

TI的TLV906x、TLV905x和TLV900x通用放大器非常適用于上述的六種情況，設(shè)計(jì)人員可以利用其縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，并克服常見(jiàn)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。