作者：Hunter Freberg，安森美技術(shù)營(yíng)銷工程師

Bob Card，安森美 先進(jìn)方案部(ASG) 營(yíng)銷經(jīng)理

圖 1：基于安森美產(chǎn)品的自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 方案

在工廠中，AMR 可用于運(yùn)輸貨物，并協(xié)助實(shí)施質(zhì)量控制程序。在物流和倉(cāng)儲(chǔ)中，AMR 可以幫助裝卸貨物。對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，AMR 有助于更精確地監(jiān)測(cè)作物和分析土壤，從而提高生產(chǎn)力。對(duì)于零售和酒店業(yè)，AMR 可以配送訂單并引導(dǎo)客人，讓員工能夠騰出時(shí)間來(lái)與客戶互動(dòng)，從而提供更好的客戶服務(wù)。隨著基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，部署 AMR 的應(yīng)用和行業(yè)將越來(lái)越多。

研討會(huì)預(yù)告

圖像傳感器相當(dāng)于AMR的眼睛，圖像傳感器的成像質(zhì)量對(duì)AMR來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。安森美（onsemi）近期推出的適用于工業(yè)和商業(yè)相機(jī)的Hyperlux LP圖像傳感器系列基于1.4 μm 像素，提供業(yè)界領(lǐng)先的圖像質(zhì)量和低功耗，同時(shí)大幅提高圖像性能，即使在惡劣的照明條件下也能捕獲清晰、生動(dòng)的圖像，能夠幫助您更好地完成視覺(jué)產(chǎn)品的創(chuàng)新！

直播主題

安森美領(lǐng)先的成像技術(shù)助您推進(jìn)視覺(jué)產(chǎn)品創(chuàng)新

直播時(shí)間

11月8日（周三）上午1030

直播介紹

本次在線研討會(huì)將介紹安森美(onsemi)兩款全新的傳感器，能應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、智能家居/樓宇、機(jī)器人、安防/監(jiān)控等眾多應(yīng)用。

全新的20 MP高分辨率傳感器 AR2020 具有行業(yè)領(lǐng)先的能效和性能、75dB 擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍(eDR)以及>100dB，帶行交錯(cuò) HDR (LI-HDR)。其高量子效率 (QE)能在低光條件下提供卓越的性能。另一款低功耗 8 MP 4K卷簾動(dòng)快門(mén)RGBIR 圖像傳感器 AR0830 具有領(lǐng)先的低旋旋光性能 (SNR1 1.1 lux)， 良好的動(dòng)態(tài)范圍 (94dB) ，單次曝光片上 xDR，以及雙重曝光片外 LI-HDR，支持主流視頻格式（4K 60fps、1080P 120fps）。

研討會(huì)將同時(shí)介紹適用于門(mén)禁及會(huì)議應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)喚醒功能 (wake-on-motion)，包含了其原理及演示。安森美卓越的成像技術(shù)有助于您的產(chǎn)品創(chuàng)新。

專家介紹

Bing Yan

安森美智能感知事業(yè)部

高級(jí)應(yīng)用工程師

Bing Yan負(fù)責(zé)軟件開(kāi)發(fā)工作，涉及參考方案設(shè)計(jì)、演示原型生產(chǎn)調(diào)試以及推廣支持中的驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用軟件。他擁有豐富的工業(yè)、消費(fèi)類等領(lǐng)域的成像系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)及產(chǎn)品化經(jīng)驗(yàn)。

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AMR 中的執(zhí)行器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使機(jī)械臂、升降平臺(tái)和輪子可以運(yùn)動(dòng)，因此非常重要。選擇執(zhí)行器時(shí)，需要對(duì)無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)、電機(jī)控制器、MOSFET、通用控制器板 (UCB) 和柵極驅(qū)動(dòng)器等組件進(jìn)行評(píng)估。BLDC 電機(jī)效率高、噪音小、維護(hù)需求少（因此更加可靠）。由于這些原因，BLDC 電機(jī)在 AMR 中很受歡迎。電機(jī)控制器具有高扭矩重量比，因此能夠以精確的運(yùn)動(dòng)曲線來(lái)管理電機(jī)的速度和方向。這些功能可以完全集成（采用嵌入式控制算法），或使用專用微控制器單元 (MCU) 來(lái)實(shí)現(xiàn)控制算法。AMR 中常見(jiàn)的三相 BLDC 電機(jī)由電機(jī)繞組上連接的三個(gè)高邊和三個(gè)低邊功率晶體管驅(qū)動(dòng)，這樣它們就可以為這些線圈通電并產(chǎn)生磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 換向算法用于生成脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)，PWM 信號(hào)作用于這些開(kāi)關(guān)以使其接通和斷開(kāi)。換向方案的一些例子包括正弦、梯形和磁場(chǎng)定向控制。AMR 中使用的 BLDC 通常為 48V 或更低，因此 AMR 中使用的電機(jī)控制開(kāi)關(guān)通常是硅基開(kāi)關(guān)。為了快速開(kāi)發(fā) AMR，安森美提供了多種 BLDC 電機(jī)控制方案，包括 24V 至 600V 的 ECS640A ecoSpin ARM Cortex BLDC 電機(jī)控制器，它集成了三相柵極驅(qū)動(dòng)器、精密檢測(cè)放大器 (4x) 和自舉二極管。安森美還提供 NCD83591 5V 至 60V 三相 BLDC 柵極驅(qū)動(dòng)器，作為低成本方案。

此外，安森美提供基于 Xilinx Zynq-7000 SoC 的 BLDC 系統(tǒng)級(jí)模塊 (SoM)。該 UCB 非常適合需要精密控制的應(yīng)用，也可用于實(shí)現(xiàn)人工智能 (AI) 功能。針對(duì) AMR 中的高性能電機(jī)應(yīng)用，安森美提供了一系列中壓 (MV) MOSFET。安森美最新的 T10 硅 MOSFET 基于屏蔽柵極溝槽技術(shù)，具有更低的導(dǎo)通電阻 (R_DSon)、更低的柵極電荷和固有的類似緩沖器的功能，可減少過(guò)沖并最大限度地降低振鈴。安森美 40V 和 80V T10 MOSFET 具有出色的 R_DSon，分別為 0.42mΩ 和 1.5mΩ。 它們還提供更低的柵極電荷和出色的軟恢復(fù)功能，以降低電壓尖峰。有關(guān) NTMFS0D4N04XM、NTMFWS1D5N08 以及其他中壓 MOSFET 產(chǎn)品的更多信息，請(qǐng)聯(lián)系安森美。

AMR 需要監(jiān)測(cè)環(huán)境并與之交互，為此需要不同類型的傳感器來(lái)收集相關(guān)數(shù)據(jù)。AMR 中常用的傳感器包括溫度傳感器、圖像傳感器、LiDAR（用于 3D 測(cè)繪）、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳感器和可見(jiàn)光通信 (VLC) 傳感器。圖像傳感器和圖像信號(hào)處理器賦能視覺(jué)感知，使 AMR能 檢測(cè)和識(shí)別物體，從而在環(huán)境中導(dǎo)航，然后采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。安森美提供的全局快門(mén)和卷簾快門(mén)圖像傳感器非常適合這種應(yīng)用。例如，AR0234CS 圖像傳感器基于創(chuàng)新的全局快門(mén)像素設(shè)計(jì)，并經(jīng)過(guò)優(yōu)化，能以全分辨率精確捕捉快速移動(dòng)的場(chǎng)景（每秒 120 幀），為機(jī)器視覺(jué)或條形碼掃描生成清晰的圖像。位置傳感器會(huì)測(cè)量機(jī)器人的輪子或其他活動(dòng)部件的旋轉(zhuǎn)情況，使其能夠準(zhǔn)確跟蹤位置和方向。超聲波和紅外傳感器可以測(cè)量與遠(yuǎn)程物體的距離，使 AMR 能夠檢測(cè)障礙物并避免碰撞。安森美的NCS32100 是一款工業(yè)用旋轉(zhuǎn)位置傳感器，兼具高精度與高速度優(yōu)勢(shì)。它采用 38mm 傳感器，可在 6,000 RPM轉(zhuǎn)速 時(shí)提供 +/-50 角秒的精度。對(duì)于低精度應(yīng)用，它支持高達(dá) 100,000 RPM 的轉(zhuǎn)速。這款全新器件采用專利方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電感位置感知，非常適用于工業(yè)和機(jī)器人應(yīng)用。

電源和電源樹(shù)(Power Tree)技術(shù)是影響 AMR 電池壽命和運(yùn)行能力的關(guān)鍵因素。選擇 AMR 電源系統(tǒng)時(shí)，重要的性能特征和參數(shù)包括：能量密度、電壓和電流要求、效率及方案尺寸。鋰離子電池具有高能量密度和長(zhǎng)使用壽命，常用于 AMR 。電源管理單元會(huì)調(diào)節(jié)從電池到其他器件的功率流，而由開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器組成的電源樹(shù)則確保它們接收到適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏?。例如，F(xiàn)AN65008B 同步 PWM 降壓穩(wěn)壓器可將 48V 輸入降壓為 28V 輸出，同時(shí)為恒定的 10A 直流負(fù)載供電，峰值效率可達(dá) 98%。

在功率達(dá)1kW 的電源中，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，可采用NCP1632 功率因數(shù)控制器 (PFC)、NCP1399 LLC 控制器結(jié)合 NCP4307 同步整流器控制器 (SRC) ，以優(yōu)化能效從。

安森美 EliteSiC 碳化硅 MOSFET 非常適合高功率應(yīng)用（通常大于 3kW ）中的 AC-DC 和 DC-DC 電源轉(zhuǎn)換。 為了給 AMR 的電池充電，必須將住宅或工業(yè)交流電源轉(zhuǎn)換為可用的中壓直流輸出。 AC-DC 前端和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)均可利用 EliteSiC FET的優(yōu)勢(shì)。 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的次級(jí)側(cè)可以使用經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)優(yōu)化的安森美溝槽 MOSFET。

發(fā)光二極管 (LED) 等照明技術(shù)的重要性在于，它們使 AMR 能夠在各種環(huán)境中導(dǎo)航、通信和工作。照明還用于發(fā)出信號(hào)并指示 AMR 的狀態(tài)或方向。為 AMR 選擇照明技術(shù)時(shí)，需要考慮的性能特征和參數(shù)包括亮度、色溫和功耗。LED 控制器和驅(qū)動(dòng)器是關(guān)鍵組件，負(fù)責(zé)監(jiān)控 LED 內(nèi)的電流，并使其發(fā)出特定強(qiáng)度和波長(zhǎng)的光線。LED 驅(qū)動(dòng)電路使用高邊和低邊功率 MOSFET 來(lái)導(dǎo)通和關(guān)斷 LED 電流，防止受到過(guò)壓和過(guò)流條件的影響，并確保 LED 驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定性。安森美 NCV7685 LED 線性電流驅(qū)動(dòng)器和 NCL31000 智能 LED 驅(qū)動(dòng)器非常適合 AMR 照明應(yīng)用。NCV7685 具有 12 個(gè)線性可編程恒流源，使用相同的基準(zhǔn)電壓，支持 128 個(gè)不同的可調(diào) PWM 占空比級(jí)別。NCL31000 采用高效率降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器，支持高帶寬模擬和 PWM 調(diào)光（降至零電流），并有兩個(gè)輔助 DC-DC 轉(zhuǎn)換器和診斷功能，以監(jiān)測(cè)輸入和輸出電流和電壓、LED 溫度以及 DC-DC 電壓。

NCL31000 支持可見(jiàn)光通信 (VLC)，使用可見(jiàn)光作為載體單向傳輸數(shù)據(jù)，速率高達(dá) 10kb/s。VLC 支持 AMR 與其他設(shè)備和人類進(jìn)行安全通信。由于可見(jiàn)光光譜范圍為 430 THz 至 790 THz，因此 VLC 不會(huì)影響附近的無(wú)線技術(shù)，如藍(lán)牙 低功耗（藍(lán)牙 LE）、Zigbee、UWB 和 Wi-Fi。VLC 非常安全，因?yàn)楸举|(zhì)上只能在視線范圍內(nèi)發(fā)揮作用。得益于 UWB、藍(lán)牙 LE (AoA/AoD) 和 Wi-Fi 室內(nèi)定位系統(tǒng) (IPS) ，AMR 可用于倉(cāng)庫(kù)導(dǎo)航應(yīng)用。但是，有時(shí) RF 擁塞或干擾可能會(huì)影響 IPS。為了減輕這種影響，可以使用 VLC 來(lái)補(bǔ)充現(xiàn)有的 RF IPS，將 VLC 安裝到天花板燈具電源系統(tǒng)中，每個(gè)天花板燈具將發(fā)射唯一的 ID 號(hào)。如果 AMR 內(nèi)置布局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，包含每個(gè)燈具的位置和唯一 ID，則 AMR 可以借助朝向天花板的簡(jiǎn)單光電二極管進(jìn)行自我導(dǎo)航，如下圖 2 所示。

圖 2：AMR 借助 VLC 實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位系統(tǒng) (IPS)

無(wú)線通信技術(shù)使 AMR 能夠傳輸數(shù)據(jù)和接收命令，從而與其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行通信和交互，因此對(duì)于 AMR 至關(guān)重要。為 AMR 選擇通信技術(shù)時(shí)，需要考慮的性能特征和參數(shù)包括：工作范圍、數(shù)據(jù)速率、功耗和安全性。在工作范圍內(nèi)，AMR 必須能夠以適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)速率與環(huán)境中的其他設(shè)備和系統(tǒng)充分通信。功耗必須足夠低，以盡可能延長(zhǎng)電池壽命，而安全性對(duì)于保護(hù) AMR 數(shù)據(jù)和命令免遭非法訪問(wèn)或泄露至關(guān)重要。藍(lán)牙低功耗無(wú)線通信技術(shù)專為低功耗設(shè)計(jì)，因此非常適合電池供電設(shè)備。它支持一系列數(shù)據(jù)傳輸速率，用于在 AMR 和其他設(shè)備之間傳輸傳感器數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。藍(lán)牙 LE 也可以用于室內(nèi)定位系統(tǒng)，支持 AMR 在動(dòng)態(tài)環(huán)境中導(dǎo)航。安森美 RSL15 是通過(guò)藍(lán)牙 5.2 認(rèn)證的收發(fā)器，提供易于實(shí)施的藍(lán)牙 LE 無(wú)線應(yīng)用，支持到達(dá)角 (AOA) 和出發(fā)角 (AOD) 關(guān)鍵功能，以實(shí)現(xiàn)精確的室內(nèi)定位系統(tǒng) (IPS)。高度集成的無(wú)線系統(tǒng)單芯片 (SoC) 優(yōu)化了系統(tǒng)尺寸和電池壽命。它采用 ARM Cortex-M33 處理器和 2.4 GHz 收發(fā)器，支持藍(lán)牙 LE 5.2 和 2.4 GHz 自定義協(xié)議。

各個(gè) AMR 還需要內(nèi)置有線數(shù)字通信，以便在板載中央計(jì)算機(jī)與各個(gè)電機(jī)控制器、照明控制器、傳感器之間提供實(shí)時(shí)控制。CAN (2Mbps) 或 CAN-FD (5Mbps) 多年來(lái)一直是典型的首選協(xié)議。兩種協(xié)議均通過(guò) UTP（非屏蔽雙絞線）電纜進(jìn)行通信，各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以配置為菊花鏈、多分支拓?fù)洌钥s減電纜重量和成本。以太網(wǎng)聯(lián)盟最近推出了 10BASE-T1S (10Mbps)，這是一種基于以太網(wǎng) IP 的數(shù)字通信協(xié)議，也能夠在包含最少 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)的菊花鏈、多分支拓?fù)渖?，通過(guò)最少 25 米的 UTP 或單對(duì)以太網(wǎng) (SPE) 進(jìn)行通信。10BASE-T1S 相對(duì)于 CAN 和 CAN-FD 的主要優(yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)速率更快，而且從主體到邊緣節(jié)點(diǎn)是全 IP 以太網(wǎng)通信協(xié)議域，有利于人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí)。

安森美 NCN26010 10BASE-T1S 工業(yè)以太網(wǎng)收發(fā)器可利用現(xiàn)有的雙絞線布線實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的多分支以太網(wǎng)通信。該器件符合 IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)，包括媒體訪問(wèn)控制器 (MAC)、PLCA 協(xié)調(diào)子層 (RS) 和專為工業(yè)多分支以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的 10BASE-T1S PHY。它可提供通過(guò)單一的非屏蔽雙絞線傳輸和接收數(shù)據(jù)的所有物理層功能，并可通過(guò) Open Alliance 的 MACPHY SPI 協(xié)議與主機(jī) MCU 通信。

AMR 在眾多行業(yè)中的應(yīng)用持續(xù)增長(zhǎng)。然而，復(fù)雜的 AMR 系統(tǒng)需要集成多種不同的技術(shù)才能自主、可靠、安全地運(yùn)行。因此，AMR 應(yīng)用能否成功，取決于設(shè)計(jì)階段是否選擇了合適的技術(shù)。