军事机器人：勇敢和自主的战士-电子发烧友网

当今军事冲突中的空域充满了各种尺寸的无人机 - 从特种部队的手动发射车辆到飞行员在距离冲突地区数千英里的地方飞行的喷气动力捕食者无人机。地面上有自主和无线控制的机器人车辆，从高风险巡逻到爆炸性弹药引爆和解除武装，应有尽有。

这些机器人车辆支持各种军事任务，从秘密情报收集到直接支持地面部队和公开的军事打击。而这只是触及了战场上自主移动的表面。片上系统（SoC）可推进微调混合信号设计，从而降低功耗和费用。

机器人在战争中的使用可以追溯到第二次世界大战，德国歌利亚遥控爆炸车辆和苏联的无线控制无人驾驶的Teletanks。今天，军事机器人部队也拯救了生命。正如机器人系统和组件的设计师和工程师可能知道也可能不知道的那样，他们在实现这些系统和未来系统方面发挥了重要作用。然而，开发这些系统并非易事。机器人系统以其最基本的形式模拟或以其他方式人为地感知其环境，并通过编程逻辑响应并与周围环境进行交互。就复杂的嵌入式系统而言，它们是模拟传感、驱动和数字逻辑、处理和通信的终极组合。虽然混合信号设计并不是一个新概念，但构成这些设计的基本组件（包括片上系统（SoC））的最新进展提供了以更低的功率要求和更低的成本更轻松地实现机器人子系统的方法。

用于机器人技术的传感技术

与现实世界的相互作用本质上是模拟的。机器人系统不仅能够准确地感知周围环境，而且能够以高分辨率感测周围环境，从而为系统提供数据输入流，以更有效地做出正确的决策和做出响应。例如，为了使机器人哨兵能够有效地保护周边，系统必须能够监控和检测运动 - 无论是通过视觉，声音还是触摸。通过使用高精度热传感器、红外传感器、超声波传感器和/或光学模拟传感器的组合，机器人可以看到的原始输入可以流式传输到可编程的运动检测算法中，以测量快照和处理决策过程之间的变化 - 有效地进行模数转换。响应本身也是一个模拟过程（即，机器人与其环境交互需要运动，电机和电机控制），实际上是数模转换。

机器人系统的大脑位于数字领域。基于转换后的模拟信号，响应这些信号的预编程逻辑步骤由机器人大脑和/或外部传达给机器人的命令执行。例如，在机器人哨兵中，在检测算法向该大脑提供警报后，执行一系列预编程的逻辑函数以稳定地增加机器人的整体警觉性状态。这是通过执行恐吓行动来完成的，以阻止入侵者通过泛光灯，口头警告等撤退。

从历史上看，为机器人哨兵等系统而设计的设计需要传感器、昂贵的模拟分立式ADC、放大器、高精度基准电压源、DAC、PWM以及多个处理器和微控制器。这些是构成单个感知 - 检测 - 决定 - 响应 - 报告子系统的组件 - 只是机器人哨兵将负责的众多功能之一。仅实现这一项功能的挑战是选择合适的模拟分立元件（ADC、放大器、Vrefs、DAC等），这些元件是为所选高精度传感器设计或与之兼容的。选择数字组件、处理器，甚至潜在的自定义逻辑门来构建报警级状态机以实现适当的决策和响应也很困难。这不仅是一项复杂而具有挑战性的任务，而且如果其中任何部分需要重新定义 - 也许更换传感器，添加额外的传感器，添加额外的响应机制等等 - 同样复杂的任务必须再次重复。最后，大量的分立元件也迅速增加了子系统的总BOM成本，并增加了功率要求，由于元件的数量而加倍影响系统。

混合信号 SoC 是关键

考虑到构建机器人系统的上述挑战，好消息是混合信号可编程SoC架构和软件工具可以减轻机器人设计负担。通过将模拟、数字、逻辑和处理内核集成到单个混合信号器件中，设计人员可以实现系统成本节约，同时大大提高功率预算。这些类型的器件中模拟域和数字域中的系统级可编程性也简化了通常困难且耗时的模拟设计过程;这些设备还提供了快速原型设计、测试的能力，甚至无需中继设计，即可在此过程中更改和增量更新设计。例如，通过系统级可编程性，在这种设计水平上设计的工具为开发人员提供了一种在混合信号设备中定义信号链的方法，并且能够随着设计的进行修改同一信号流的任何部分。通过这种方式，可以使用所需分辨率、采样速率、基准电压源等参数，通过ADC本身在系统级定义信号路径和配置元件。所有这一切都可以在使用赛普拉斯的 PSoC 架构和软件工具 PSoC 创建器时无需查阅模拟组件数据手册（图 1）即可完成。

图 1：混合信号可编程SoC软件根据所需分辨率、采样速率和基准电压源等参数生成ADC。