自主移動機器人的

關鍵解決方案

照明、傳感器和通信技術是自主移動機器人（AMR）的關鍵支持技術，使它們能夠看到、感知現實世界并與之互動。想要達到這個目標，便需要使用不同類型的傳感器，包括溫度傳感器、圖像傳感器、LiDAR（用于3D測繪）、旋轉位置和可見光通信（VLC）傳感器等。本文將為您介紹AMR設計的注意事項，以及由安森美（onsemi）推出的相關解決方案。

協助AMR進行環境感知與交互

AMR需要能夠感知與監控環境并與其交互，其中的圖像傳感器和圖像信號處理器可為AMR提供視覺感知，以導航其環境并檢測和識別物體。此外，位置傳感器則用于測量AMR輪子和其他運動部件的旋轉，使其能夠準確跟蹤其三維位置和方向。超聲波和紅外傳感器則用于測量遠程物體的距離，使AMR能夠檢測障礙物并避免碰撞。

發光二極管（LED）等照明技術則可使AMR能夠在充滿挑戰的環境中導航、通信和操作，它們還可用于發出信號并指示機器人的狀態或方向。選擇AMR照明技術時要考慮的性能特征包括亮度、色溫和功耗等參數。LED控制器和驅動器是監控LED中流動的電流，并使它們能夠發出特定強度和波長的光的組件。LED驅動電路使用高側和低側功率MOSFET來打開和關閉LED電流，并提供過壓和過流保護，同時確保LED驅動電路的穩定性。

通信技術使AMR能夠向其他設備和系統傳輸數據并接收命令，選擇AMR通信技術時要考慮的參數包括其工作范圍、數據速率、功耗和安全性。通信的操作范圍必須足夠長，以便能夠以可接受的速度與周圍環境中的其他設備和系統進行通信。收發器的功耗必須盡可能低，以延長電池壽命，而安全性對于防止AMR數據和命令被損壞至關重要。

低功耗藍牙（Bluetooth LE）無線通信技術專為低功耗而設計，非常適合電池供電的設備。該協議支持一系列數據傳輸速率，用于在AMR和其他設備之間傳輸傳感器數據和控制信號。低功耗藍牙還可用于室內定位系統，使AMR能夠在動態環境中導航。另一方面，工業以太網通信協議則可提供實時控制和協調多個AMR所需的高速通信功能。

另一方面，運用VLC技術可允許AMR與其他設備和人員安全地通信。由于可見光譜為430 THz至790THz，VLC不會影響附近的無線技術，如低功耗藍牙、Zigbee、超寬帶（UWB）和Wi-Fi。此外，VLC相對更為安全，因為它本質上僅限于視線內進行傳輸。

創新的全局快門圖像傳感器

AMR的全部目的是與現實世界積極互動，安森美則可以支持設計人員選擇最佳的照明、傳感和連接解決方案來實現這一目標。

安森美可提供相當多樣的圖像傳感器選擇，包括全局快門和卷簾快門圖像傳感器。在AMR應用中，安森美的AR0234CS圖像傳感器采用了全新創新的全局快門像素設計，該設計經過優化，能夠以每秒120幀的全分辨率準確、快速地捕捉移動場景。該傳感器在低光和明亮場景中都能生成清晰、低噪聲的圖像。

AR0234CS是一款1/2.6英寸2Mp CMOS數字圖像傳感器，具有1920 (H) x 1200 (V)的有源像素陣列。它包括復雜的相機功能，例如自動曝光控制、窗口、行跳躍模式、列跳躍模式、像素合并以及視頻和單幀模式。它可通過簡單的兩線串行接口進行編程。AR0234CS具有行業領先的全局快門效率，可生成極其清晰銳利的數字圖片，并且其捕獲連續視頻和單幀的能力，使其成為各種應用的完美選擇，包括掃描、自主移動、監控和工業質量控制。

AR0234CS具有一流的全局快門效率，擁有低暗電流／熱像素的特性，支持高線性滿井、低運行功率、小尺寸的優勢，內置統計引擎，以及多種功能模式，包括行和列跳過模式、像素合并等功能。

集精度和速度于一身的位置傳感器

安森美的NCS32100則是一款集精度和速度于一身的工業旋轉位置傳感器。它具有38mm傳感器，并可在6,000 RPM時提供±50角秒的精度。對于精度較低的應用，它可以支持高達100,000 RPM的速度。這款新器件采用專利的感應式位置傳感方法，非常適合工業和機器人應用。

NCS32100提供全功能控制器和傳感器接口，與印刷電路板傳感器配合使用時可實現高分辨率、高精度角度傳感。NCS32100具有靈活的配置功能，允許連接到各種電感式傳感器模式，并提供各種數字輸出格式。與傳統位置傳感器解決方案相比，電感傳感技術具有獨特的優勢，適用于包括但不限于對溫度不敏感、機械簡化和對污染物不敏感等場合。

NCS32100支持2.5MHz UART接口，可用于連接半雙工RS-485驅動器，全精度最大速度可達6000 RPM，最大功能轉子速度可高達45000 RPM，支持2.7V - 5.5V電源電壓范圍，并支持電池備份以進行多圈計數跟蹤，傳感器接口高度可配置（最多8個通道），通過可編程的過溫閾值報告內部器件溫度，以及通過可編程低電池閾值報告備用電池電壓，外部主數據采集命令響應時間僅有3μs，滿工作電流僅有80mA，支持自校準功能，擁有20位位置分辨率與24位多圈分辨率，支持延遲取消功能。

適合AMR照明應用的LED驅動器

安森美的NVC7685 LED線性電流驅動器和NCL31000是智能LED驅動器，非常適合AMR照明應用。

NVC7685支持12個具有公共基準的線性可編程恒流源，電流高達60 mA，并允許128個不同的脈寬調制（PWM）可調占空比級別，可通過PC對每個通道進行獨立PWM占空比控制，以及通過I2C進行通用PWM占空比控制。NCV7685可通過I2C串行接口進行編程，PWM頻率可以在四種不同的配置中進行選擇，包括150、300、600和1200 Hz。

NVC7685可與使用I2C總線的微控制器應用一起使用，也可在獨立應用中使用，在獨立應用中可以在2種不同的靜態配置設置之間進行選擇。該器件還為負載高達1 mA的應用提供3.3 V參考電壓，LED的亮度級別可使用外部電阻器輕松編程，每個通道都有一個內部電路，可通過可選的自動恢復模式來檢測開路負載條件。如果一個驅動器處于開路負載狀態，則可以根據可編程位設置關閉所有其他通道。該器件采用小尺寸的SSOP24?EP封裝。

NCL31000則是一款針對燈具應用的智能LED驅動器，它使用可見光作為載體，支持VLC和室內定位功能，可傳輸高達10kb/s的單向數據，具有高效3A降壓LED驅動器，支持高帶寬模擬和PWM調光（低至零電流）、兩個輔助DC-DC轉換器，為微控制器和其他傳感器供電，以及診斷功能可用于測量輸入和輸出電流和電壓、LED溫度以及DC-DC電壓。

NCL31000還集成了高精度計量（±1%）與3.3V降壓轉換器，以及可調2.5至24V降壓轉換器，支持I2C或SPI串行接口。NCL31001則是一個精簡功能版本，可實現多通道解決方案。

低功耗的藍牙收發器

與工業以太網收發器

安森美的RSL15是一款經過藍牙5.2認證的收發器，適用于易于實施的低功耗藍牙無線應用，支持AOA（到達角）和AOD（出發角）關鍵功能，以實現精確的室內定位。高度集成的無線電片上系統（SoC），優化了系統尺寸和電池壽命。

RSL15是一款基于ARM Cortex-M33處理器的超低功耗安全Bluetooth LE 5.2無線微控制器（MCU）和自定義協議的2.4 GHz收發器，專為工業和醫療應用中的互聯智能設備而設計。RSL15具有內置電源管理、寬電源電壓范圍、靈活的GPIO和時鐘方案以及廣泛的外設，為高性能和超低功耗應用提供了最大的設計靈活性。RSL15包括80 kB RAM，并提供284 kB或512 kB閃存選項。安森美并推出RSL15評估和開發板（EVB），設計用于與RSL15軟件開發套件配合使用。它旨在評估RSL15的性能和功能，以及開發、演示和調試該器件的軟件應用程序。

安森美的NCN26010是一款10BASE-T1S工業以太網收發器，可使用現有雙絞線布線為工業應用實現多點以太網通信。該器件符合IEEE 802.3cg標準，包括媒體訪問控制器（MAC）、PLCA協調子層（RS），和專為工業多點以太網設計的10BASE?T1S PHY。它提供所有物理層功能，通過單根非屏蔽雙絞線傳輸和接收數據，并且可以使用開放聯盟MACPHY SPI協議與主機MCU進行通信。

NCN26010具備增強抗噪模式，ENI將抗擾度擴展到遠高于IEEE T1S標準的值，并允許NCN26010承受最壞情況下的DPI和BCI抗擾度測試，啟用后可顯著提高網絡覆蓋范圍，幾乎比競爭對手好2倍。NCN26010獨有的最低線路引腳電容，一流的線路引腳電容允許每段最多數量的節點，在25米網段上支持多達40個節點，遠高于IEEE最低標準，可降低布線、連接器和安裝成本。

結語

隨著傳感與定位技術的成熟，AMR能夠應對更復雜的環境，使其實用性大幅提升，應用與市場也越來越寬廣。安森美能夠提供關鍵的圖像傳感器、位置傳感器、照明與通信器件，能夠滿足AMR設計的關鍵需求。安森美并提供全套的開發工具與技術支持，將能夠協助客戶加快AMR的開發速度，搶占市場商機。

審核編輯：湯梓紅