自主移动机器人设计的注意事项

自主移动机器人的

关键解决方案

照明、传感器和通信技术是自主移动机器人（AMR）的关键支持技术，使它们能够看到、感知现实世界并与之互动。想要达到这个目标，便需要使用不同类型的传感器，包括温度传感器、图像传感器、LiDAR（用于3D测绘）、旋转位置和可见光通信（VLC）传感器等。本文将为您介绍AMR设计的注意事项，以及由安森美（onsemi）推出的相关解决方案。

协助AMR进行环境感知与交互

AMR需要能够感知与监控环境并与其交互，其中的图像传感器和图像信号处理器可为AMR提供视觉感知，以导航其环境并检测和识别物体。此外，位置传感器则用于测量AMR轮子和其他运动部件的旋转，使其能够准确跟踪其三维位置和方向。超声波和红外传感器则用于测量远程物体的距离，使AMR能够检测障碍物并避免碰撞。

发光二极管（LED）等照明技术则可使AMR能够在充满挑战的环境中导航、通信和操作，它们还可用于发出信号并指示机器人的状态或方向。选择AMR照明技术时要考虑的性能特征包括亮度、色温和功耗等参数。LED控制器和驱动器是监控LED中流动的电流，并使它们能够发出特定强度和波长的光的组件。LED驱动电路使用高侧和低侧功率MOSFET来打开和关闭LED电流，并提供过压和过流保护，同时确保LED驱动电路的稳定性。

通信技术使AMR能够向其他设备和系统传输数据并接收命令，选择AMR通信技术时要考虑的参数包括其工作范围、数据速率、功耗和安全性。通信的操作范围必须足够长，以便能够以可接受的速度与周围环境中的其他设备和系统进行通信。收发器的功耗必须尽可能低，以延长电池寿命，而安全性对于防止AMR数据和命令被损坏至关重要。

低功耗蓝牙（Bluetooth LE）无线通信技术专为低功耗而设计，非常适合电池供电的设备。该协议支持一系列数据传输速率，用于在AMR和其他设备之间传输传感器数据和控制信号。低功耗蓝牙还可用于室内定位系统，使AMR能够在动态环境中导航。另一方面，工业以太网通信协议则可提供实时控制和协调多个AMR所需的高速通信功能。

另一方面，运用VLC技术可允许AMR与其他设备和人员安全地通信。由于可见光谱为430 THz至790THz，VLC不会影响附近的无线技术，如低功耗蓝牙、Zigbee、超宽带（UWB）和Wi-Fi。此外，VLC相对更为安全，因为它本质上仅限于视线内进行传输。

创新的全局快门图像传感器

AMR的全部目的是与现实世界积极互动，安森美则可以支持设计人员选择最佳的照明、传感和连接解决方案来实现这一目标。

安森美可提供相当多样的图像传感器选择，包括全局快门和卷帘快门图像传感器。在AMR应用中，安森美的AR0234CS图像传感器采用了全新创新的全局快门像素设计，该设计经过优化，能够以每秒120帧的全分辨率准确、快速地捕捉移动场景。该传感器在低光和明亮场景中都能生成清晰、低噪声的图像。

AR0234CS是一款1/2.6英寸2Mp CMOS数字图像传感器，具有1920 (H) x 1200 (V)的有源像素阵列。它包括复杂的相机功能，例如自动曝光控制、窗口、行跳跃模式、列跳跃模式、像素合并以及视频和单帧模式。它可通过简单的两线串行接口进行编程。AR0234CS具有行业领先的全局快门效率，可生成极其清晰锐利的数字图片，并且其捕获连续视频和单帧的能力，使其成为各种应用的完美选择，包括扫描、自主移动、监控和工业质量控制。

AR0234CS具有一流的全局快门效率，拥有低暗电流／热像素的特性，支持高线性满井、低运行功率、小尺寸的优势，内置统计引擎，以及多种功能模式，包括行和列跳过模式、像素合并等功能。

集精度和速度于一身的位置传感器

安森美的NCS32100则是一款集精度和速度于一身的工业旋转位置传感器。它具有38mm传感器，并可在6,000 RPM时提供±50角秒的精度。对于精度较低的应用，它可以支持高达100,000 RPM的速度。这款新器件采用专利的感应式位置传感方法，非常适合工业和机器人应用。

NCS32100提供全功能控制器和传感器接口，与印刷电路板传感器配合使用时可实现高分辨率、高精度角度传感。NCS32100具有灵活的配置功能，允许连接到各种电感式传感器模式，并提供各种数字输出格式。与传统位置传感器解决方案相比，电感传感技术具有独特的优势，适用于包括但不限于对温度不敏感、机械简化和对污染物不敏感等场合。

NCS32100支持2.5MHz UART接口，可用于连接半双工RS-485驱动器，全精度最大速度可达6000 RPM，最大功能转子速度可高达45000 RPM，支持2.7V - 5.5V电源电压范围，并支持电池备份以进行多圈计数跟踪，传感器接口高度可配置（最多8个通道），通过可编程的过温阈值报告内部器件温度，以及通过可编程低电池阈值报告备用电池电压，外部主数据采集命令响应时间仅有3µs，满工作电流仅有80mA，支持自校准功能，拥有20位位置分辨率与24位多圈分辨率，支持延迟取消功能。

适合AMR照明应用的LED驱动器

安森美的NVC7685 LED线性电流驱动器和NCL31000是智能LED驱动器，非常适合AMR照明应用。

NVC7685支持12个具有公共基准的线性可编程恒流源，电流高达60 mA，并允许128个不同的脉宽调制（PWM）可调占空比级别，可通过PC对每个通道进行独立PWM占空比控制，以及通过I2C进行通用PWM占空比控制。NCV7685可通过I2C串行接口进行编程，PWM频率可以在四种不同的配置中进行选择，包括150、300、600和1200 Hz。

NVC7685可与使用I2C总线的微控制器应用一起使用，也可在独立应用中使用，在独立应用中可以在2种不同的静态配置设置之间进行选择。该器件还为负载高达1 mA的应用提供3.3 V参考电压，LED的亮度级别可使用外部电阻器轻松编程，每个通道都有一个内部电路，可通过可选的自动恢复模式来检测开路负载条件。如果一个驱动器处于开路负载状态，则可以根据可编程位设置关闭所有其他通道。该器件采用小尺寸的SSOP24−EP封装。

NCL31000则是一款针对灯具应用的智能LED驱动器，它使用可见光作为载体，支持VLC和室内定位功能，可传输高达10kb/s的单向数据，具有高效3A降压LED驱动器，支持高带宽模拟和PWM调光（低至零电流）、两个辅助DC-DC转换器，为微控制器和其他传感器供电，以及诊断功能可用于测量输入和输出电流和电压、LED温度以及DC-DC电压。

NCL31000还集成了高精度计量（±1%）与3.3V降压转换器，以及可调2.5至24V降压转换器，支持I2C或SPI串行接口。NCL31001则是一个精简功能版本，可实现多通道解决方案。

低功耗的蓝牙收发器

与工业以太网收发器

安森美的RSL15是一款经过蓝牙5.2认证的收发器，适用于易于实施的低功耗蓝牙无线应用，支持AOA（到达角）和AOD（出发角）关键功能，以实现精确的室内定位。高度集成的无线电片上系统（SoC），优化了系统尺寸和电池寿命。

RSL15是一款基于ARM Cortex-M33处理器的超低功耗安全Bluetooth LE 5.2无线微控制器（MCU）和自定义协议的2.4 GHz收发器，专为工业和医疗应用中的互联智能设备而设计。RSL15具有内置电源管理、宽电源电压范围、灵活的GPIO和时钟方案以及广泛的外设，为高性能和超低功耗应用提供了最大的设计灵活性。RSL15包括80 kB RAM，并提供284 kB或512 kB闪存选项。安森美并推出RSL15评估和开发板（EVB），设计用于与RSL15软件开发套件配合使用。它旨在评估RSL15的性能和功能，以及开发、演示和调试该器件的软件应用程序。

安森美的NCN26010是一款10BASE-T1S工业以太网收发器，可使用现有双绞线布线为工业应用实现多点以太网通信。该器件符合IEEE 802.3cg标准，包括媒体访问控制器（MAC）、PLCA协调子层（RS），和专为工业多点以太网设计的10BASE−T1S PHY。它提供所有物理层功能，通过单根非屏蔽双绞线传输和接收数据，并且可以使用开放联盟MACPHY SPI协议与主机MCU进行通信。

NCN26010具备增强抗噪模式，ENI将抗扰度扩展到远高于IEEE T1S标准的值，并允许NCN26010承受最坏情况下的DPI和BCI抗扰度测试，启用后可显着提高网络覆盖范围，几乎比竞争对手好2倍。NCN26010独有的最低线路引脚电容，一流的线路引脚电容允许每段最多数量的节点，在25米网段上支持多达40个节点，远高于IEEE最低标准，可降低布线、连接器和安装成本。

结语

随着传感与定位技术的成熟，AMR能够应对更复杂的环境，使其实用性大幅提升，应用与市场也越来越宽广。安森美能够提供关键的图像传感器、位置传感器、照明与通信器件，能够满足AMR设计的关键需求。安森美并提供全套的开发工具与技术支持，将能够协助客户加快AMR的开发速度，抢占市场商机。

审核编辑：汤梓红