基于超聲波避障技術(shù)是建立在獲取機(jī)器人前方障礙物的距離和位置信息上,故超聲波避障技術(shù)主要運(yùn)用超聲波傳感器，根據(jù)超聲波測(cè)距原理，結(jié)合矩陣式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的數(shù)據(jù)融合對(duì)機(jī)器人前方障礙物的距離和位置進(jìn)行定位。

　　超聲波測(cè)距技術(shù)的方法有很多，如相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間檢測(cè)法等。本論文是采用超聲測(cè)距最常用的方法渡越時(shí)間探測(cè)法。即在聲速已知的情況下，通過(guò)測(cè)量超聲波回聲所經(jīng)歷的時(shí)間來(lái)獲得距離。其原理圖如圖所示。

　　圖1：超聲波測(cè)距原理圖

　　為了建立一個(gè)智能掃地機(jī)器人避障控制系統(tǒng)，重要的是要使智能掃地機(jī)器人能做到穩(wěn)定、連續(xù)避障，同時(shí)避障算法的制定應(yīng)根據(jù)智能掃地機(jī)器人行走系統(tǒng)的速度及反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)。

　　深圳世強(qiáng)代理的TDC-GP22芯片可以滿足上述設(shè)計(jì)應(yīng)用要求,它完全是一個(gè)單芯片代理超聲波發(fā)射與接收的全部電路。AMS公司利用純數(shù)字化CMOS 技術(shù)生產(chǎn)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能將時(shí)間間隔的測(cè)量量化到22ps的精度，可以說(shuō)天生就肩負(fù)了推動(dòng)超聲波避障技術(shù)變革的使命。

　　上圖為TDC-GP22的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC即為芯片TDC-GP22的技術(shù)核心，它利用信號(hào)通過(guò)邏輯門的絕對(duì)時(shí)間延遲來(lái)精確量化時(shí)間間隔。并且這個(gè)高精度的時(shí)間測(cè)量單元TDC，其分辨率達(dá)到22ps。

　　TDC-GP22的重要特性還包括：

　　● 溫度測(cè)量精度(2mk rms);

　　● TOF飛行時(shí)差的溫漂(<0.3ps/k);

　　● 提供針對(duì)超聲波避障技術(shù)所需要的完整的模擬前端：內(nèi)部集成斬波穩(wěn)定的內(nèi)部低噪聲比較器(比較器觸發(fā)offset范圍在±35 mV)和低串?dāng)_模擬開(kāi)關(guān)，這就解決了工程師模擬部分設(shè)計(jì)的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)測(cè)量質(zhì)量。

　　TDC-GP22的脈沖發(fā)生器在時(shí)間測(cè)量中可直接驅(qū)動(dòng)超聲波換能器，無(wú)需另外增加驅(qū)動(dòng)芯片，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)并降低了成本;高精度的時(shí)間測(cè)量，簡(jiǎn)潔的外部電路、集成的內(nèi)部信號(hào)處理算法，超低的整體功耗測(cè)量特性使得其非常適合于超聲波避障技術(shù)的應(yīng)用。

　　TDC-GP22三個(gè)重要功能

　　因TDC-GP22是在TDC-GP21的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，所以TDC-GP22的功能、管腳、寄存器與TDC-GP21可以100%兼容(可1:1進(jìn)行替換)。TDC-GP22除了具備TDC-GP21的所有特性外，還增加了三個(gè)重要的功能。之所以說(shuō)TDC-GP22是超聲波避障技術(shù)的革命，正是與這三個(gè)新增的重要功能緊密相關(guān)。

　　● 智能第一個(gè)回波檢測(cè)功能。TDC-GP22使得時(shí)間窗口設(shè)置不再受時(shí)差變化影響，從而實(shí)現(xiàn)精確的脈沖間隔測(cè)量。

　　● 第一波脈沖寬度測(cè)量功能(目前市面上僅TDC-GP22可以實(shí)現(xiàn))。GP22的脈沖寬度測(cè)量可以幫助判斷回波信號(hào)質(zhì)量.

　　● 簡(jiǎn)化的多脈沖結(jié)果計(jì)算功能。TDC-GP22芯片將會(huì)自動(dòng)處理計(jì)算3個(gè)脈沖結(jié)果，并給出平均值。通過(guò)這種方式，簡(jiǎn)化了整個(gè)測(cè)量的流程，測(cè)量的結(jié)果完全由TDC-GP22自動(dòng)完成，MCU僅需直接讀結(jié)果，節(jié)省單片機(jī)資源，并滿足低成本高精度測(cè)量要求。