超声波传感器如何用于AGV物体测距?超声波传感器芯片解决方案介绍

以下内容中，小编将对传感器" target="_blank">超声波传感器的相关内容进行着重介绍和阐述，希望本文能帮您增进对超声波传感器的了解，和小编一起来看看吧。

一、超声波传感器在AGV物体测距的应用

相较于传统人工搬运，在物流智能化需求迅速增长的推动下，叉车作为搬运的核心设备，也越来越向智能化的进程快速演进着，叉车式AGV作为一大热门类型，已经在工业制造、物流、仓储等行业中发挥重要作用。AGV具有高效、灵活、独立、安全等特性。AGV也逐步替代人工完成装配、搬运、堆放、卸载等工作，为智能工厂、智能车间做出重要贡献。

尽管AGV叉车已经进入到一个快速发展期，但在实际使用上，依然面临一大难题。如何实现精确定位，自动路径规划，目标托盘的搜索，检测，对孔，搬运及装卸工作，成为各大智能叉车厂商首要考虑的问题。因为一些仓库货物放置环境复杂，人工/货车放置托盘的位置不够精确，导致无人叉车依靠传统的机械限位或者单目相机识别的方式无法准确识别托盘，常常出现无人叉车对接托盘位置偏移角度较大，进而导致进叉失败，若托盘摆放位置与设定位置存在一定的距离或角度偏差时，叉车将叉取失败并需要人工处理，大大降低整体运输效率。

超声波传感器需要两部分，发射器和接收器。在最标准的配置中，它们尽可能靠近并排放置。当接收器靠近发射器时，声音以更直的方式从发射器传播到被检测物体并返回接收器，从而导致较小的测量误差。还有超声波收发器，其中发射器和接收器功能集成到一个单元中，以最大限度地减少物理错误。离开发射器的声波在形状上与离开手电筒的光比激光更相似，因此必须考虑传播和光束角。随着声波离发射器越来越远，检测区域将在水平和垂直方向上增加。这个不断变化的区域是超声波传感器根据波束宽度或波束角度而不是标准检测区域给出其覆盖规范的原因。厂家比较这个波束角时，建议验证波束角是波束的全角还是与换能器直线的变化角。

光束角的次要影响是设备的范围。一般来说，窄波束会产生更大的检测范围，因为超声波脉冲的能量更集中，可以走得更远，才能消散到无法使用的程度。相反，更宽的光束会将能量传播到更宽的弧中，从而降低预期的检测范围。选择理想的光束宽度在很大程度上取决于应用。较宽的光束更适合覆盖较大的区域和一般检测，而较窄的光束则限制检测区域，避免误报。MaxBotix 料仓料位超声波传感器 - MB1210是一款可以远距离测量(可到7.65米)的低成本的超声波传感器。它不仅具备实时校准功能，而且对于距离不同的目标还可以连续可变的增益以得到更精准的数据。较宽的供电电压：3.3V ~5.5V，低功耗也使得它适用于电池供电系统。与MB1210相同性能的同系列产品中，还有可以测量10.68米的更远距离的超声波传感器MB1260。对于室内环境的料仓料位测量，这个系列的产品是一种优秀的解决方案。

二、超声波传感器芯片解决方案

普通的MCU既然不能完全满足需求，那该怎么办呢?先看看TI的MSP430系列，MSP430系列专门针对超声波应用做了加强。MSP430系列MCU，特别是其中的MSP430FR604x和MSP430FR504x系列，给超声波传感提供了一种低成本的单芯片解决方案。这个系列具有集成的超声波传感模拟前端，易于使用且可灵活用于开发各种应用。其独特的波形捕获技术与高速ADC可以实现低功耗的高精度测量。

以MSP430FR5043为例，该器件专为超声波水表、热量计和燃气表而设计。在整个针对超声波应用的器件里，都集成了超声波传感解决方案(USS_A)模块，可针对多种流速提供高精度测量。USS_A高度集成，需要的外部组件极少，因而有助于实现超低功耗计量并降低系统成本。

USS_A模块囊括了可编程脉冲发生器(PPG)和具有低阻抗输出驱动器的物理接口(PHY)，尽可能做到最佳的传感器激励和准确的阻抗匹配效果，从而在零流量漂移 (ZFD) 方面达到最佳。

为了实现精确的信号采集，USS_A模块里还集成了可编程增益放大器(PGA)和高速12位 8Msps Σ-Δ ADC。在水为介质的环境中，该器件的差分飞行时间精度为±12.5ps，在500：1的宽动态范围内精度为±1%。在气体介质中，差分飞行时间精度为±250ps，同时可在流速高达12000升/小时的条件下实现±1%的精度，具有200:1的宽动态范围。

MSP430FR5043器件采用低功耗加速器(LEA)，实现了基于高速ADC的信号采集以及后续优化数字信号处理，为电池供电型计量提供了一款超低功耗、高精度的计量解决方案应用。这种整体功耗超低MSP系统架构，能使整个超声波传感器系统降低能耗的同时提升性能。

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