3PEAK思瑞浦模拟芯片助力扫地机器人智能化

来源：昊海鑫 时间：2020-07-24 08:52

扫地机器人作为智能家居硬件中的一员，智能化程度已越来越高；持续的技术升级，主要体现在两个功能上：第一是定位导航功能，让机器准确知道自己的位置，以便准确规划清扫路线；第二是清扫功能，让清扫更高效、清洁。而不断的技术创新，就需要通过更高性能的模拟芯片来实现。

思瑞浦（3PEAK）专注于高性能模拟芯片研发，在扫地机器人行业耕耘多年，持续为扫地机器人行业提供一系列高性能芯片产品，如运算放大器、数据转换器（ADC）、线性稳压器（LDO）、模拟开关等。

下面将介绍思瑞浦（3PEAK）模拟器件如何助力扫地机器人实现定位导航功能与清扫功能。

定位导航功能:

最初的扫地机器人没有定位导航功能，采用“走到哪、撞到哪”的随机清扫方式，不够智能化；

之后出现了“惯性定位导航”方式，采用弓字型清扫的扫地机器人就是采用惯性定位导航。该方法是利用内部陀螺仪和加速度计获取的信息来计算出扫地机的位置。但惯性定位导航的定位精度会随行走时间与距离的增加产生累计误差，最后因为误差较大，扫地机无法完成精确清扫。

如今发展出了LDS激光测距、激光TOF测距还有利用摄像头的VSlam方式。此外还会在扫地机的侧面与底部安装多个近红外光传感器，俗称测视与下视传感器，可用于近距离障碍物的检测，保证扫地机能够绕开障碍物并防止意外跌落。

红外障碍感应

通常采用分立的方案实现：采用近红外发射接收对管，发射管发出的红外光经过障碍物的反射，被接收管接收，配合运算放大器将接收到的小信号进行放大，信号的强弱可以判断出障碍物的距离，如图1 的示意图。

由于近红外发射管发散角比较大，最后反射入接收管的光信号强度较小，故通常情况下只能测量比较近的距离。

思瑞浦 LMV358B是一款高性价比的运放，其失调电压Vos为正值，可以避免做I/V转换电路时，较小的输入信号因为Vos为负值被抵消而难以检测的问题。

Ⅱ

LDS激光测距

在扫地机器人上装一个可360°旋转的LDS激光测距模块，测量扫地机器人与环境的距离从而实现定位；通过与软件算法的结合，能够实时构建房间地图，然后根据地图优化清扫路线。通常可以在10m以内的距离精确测量，测量精度可达到几个厘米。

三角测距法

三角测距法因成本低、满足商用要求精度的特点，被应用于扫地机器人。其原理如图2所示：激光器Laser以一定的角度β射出一束激光，沿激光方向距离为d的物体反射激光；反射激光被一个长条的CMOS传感器接收。利用相似三角形的原理，只要测量到反射光斑中心在CMOS传感器上的位置就能折算出与被测物之间的距离d。此外若把激光器与CMOS传感器固定在一起并旋转就能360°扫描与周围环境的距离了。

CMOS传感器分为模拟输出与数字输出，模拟输出的CMOS传感器需要外部的模数转换器（ADC），扫地机中CMOS对于ADC需要总结如下：

CMOS传感器输出最低频率：1024个像素点*10kHz帧刷新率=10MHz,故ADC采样率需要10MHz以上

输出信号：随时钟移位输出的脉冲信号
CMOS传感器输出信号：0-2V
电压Buffer速度要求：>10MHz
ADC分辨率：10bit
ADC类型：并行，外接时钟同步采样

思瑞浦高速ADC--3PA1030，采用Pipeline流水线型架构，分辨率为10bit，采样速率可达50M，配合Buffer运放TPH2501使用，能够快速完成距离信息的采集。
Ⅲ

TOF飞行时间

在结构上设计会比LDS更为简单，能比LDS测量更远的距离。TOF的技术可以简单理解为探测发射光脉冲的时间点与碰到物体后反射至传感器的时间差来换算出距离。