光學(xué)ToF vs 超聲波ToF，誰是更好的“測距高手”？

自動導(dǎo)引車（AGV）和自主移動機(jī)器人（AMR）是現(xiàn)代物流和制造業(yè)中不可或缺的“搬運(yùn)工”。它們雖然看著相似，但在工作方式上卻有著微妙的差別。AGV更像是一個聽從指令的士兵，需要明確的指示才能行動；而AMR則更像一個“獨(dú)立思考”的機(jī)器人，能夠自主規(guī)劃路線，避開障礙物，甚至能根據(jù)環(huán)境的變化調(diào)整自己的行為。

不論是AGV還是AMR，它們都需要一雙“慧眼”來感知周圍環(huán)境，避免碰撞。

其中，飛行時間（ToF）傳感器以其精準(zhǔn)的測距能力，在AGV與AMR的實(shí)際工作中扮演著重要的角色。

光與聲的較量：誰更勝一籌？

ToF傳感器可以分為光學(xué)ToF和超聲波ToF兩種，ToF傳感器通過向物體發(fā)射一束光或超聲波，然后測量光或聲波返回的時間，從而計算出與物體的距離。

那么，光學(xué)ToF和超聲波ToF，誰才是真正的“測距高手”呢？

▌光學(xué)ToF傳感器：目前我們的手機(jī)攝像頭中常常使用光學(xué)ToF傳感器來實(shí)現(xiàn)自動對焦，光學(xué)ToF傳感器可以實(shí)現(xiàn)較小的體積擁有較高的精度。但缺點(diǎn)是由于它使用光來測距，因此會受到環(huán)境條件以及整體能見度的影響。這意味著它在雨天、霧天或視野范圍內(nèi)有強(qiáng)光源時可能無法正常工作。

▌超聲波ToF傳感器：顧名思義，超聲波ToF是發(fā)射超聲波來進(jìn)行測距。它就像蝙蝠的“聲吶”。超聲波ToF則不受光線影響，甚至不受各種環(huán)境中的大多數(shù)干擾，包括聲音、灰塵或煙霧?？梢栽诟鞣N環(huán)境下工作，而且功耗更低。超聲波ToF傳感器通常被認(rèn)為是適用于汽車、工業(yè)以及無人機(jī)和機(jī)器人應(yīng)用的最佳距離傳感器。但由于尺寸大的問題而無法適用于小型的消費(fèi)電子產(chǎn)品中。

下圖展示了超聲波ToF的工作原理，傳感器發(fā)射一個超聲波脈沖（圖中的綠色波形），超聲波以一定速度傳播。當(dāng)超聲波遇到物體時，會發(fā)生反射，形成反射波（圖中的灰色波形）。然后，傳感器接收到反射回來的超聲波。通過計算從發(fā)射脈沖到接收到反射波的時間差（稱為“飛行時間”），傳感器能夠確定超聲波從傳感器到物體的距離。

可以看出，光學(xué)ToF和超聲波ToF傳感器之間沒有絕對的優(yōu)劣，只有更適合的應(yīng)用場景。但總體而言，超聲波ToF會在更多的場景中發(fā)揮重要的作用。

不止于避障，解鎖超聲波ToF更多智能應(yīng)用

安富利的合作伙伴—TDK InvenSense—的SmartSonic平臺是超聲波ToF傳感器領(lǐng)域的佼佼者。它采用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)，將發(fā)射器和接收器集成在一個芯片上，不僅體積小巧，而且功耗極低。它們的功耗比紅外光學(xué)ToF傳感器低100倍。這使該技術(shù)牢牢地在尺寸、重量和功率至關(guān)重要的應(yīng)用中大顯身手。

下圖展示了該超聲波ToF傳感器的內(nèi)部原理。傳感器主要由兩個功能模塊組成：首先是壓電微機(jī)械超聲波換能器（PMUT），在單傳感器配置中，它既用于生成超聲波，又用于檢測超聲波波形。

系統(tǒng)芯片（SoC）負(fù)責(zé)提供智能功能，可以充分發(fā)揮傳感器的能力。它能生成驅(qū)動信號以發(fā)射超聲波，并檢測和解析接收到的超聲波信號（即視野內(nèi)物體的反射）。SoC集成了數(shù)字信號處理器（DSP）和微控制器（MCU），并運(yùn)行TDK InvenSense提供的固件，以實(shí)現(xiàn)所需的數(shù)據(jù)處理。

傳感器通過兩個I2C接口地址進(jìn)行通信。其中一個I2C地址用于上電時將固件加載到傳感器的DSP和MCU中，另一個I2C地址則用于在操作過程中通過集成的MCU控制和查詢傳感器。

SmartSonic超聲波ToF傳感器不僅僅是AGV和AMR的“專屬”。它就像一雙無所不能的“眼睛”，在生產(chǎn)線、自動售貨機(jī)、甚至我們的家居生活中都發(fā)揮著重要作用。無論是監(jiān)控生產(chǎn)線的移動物體，還是檢測自動售貨機(jī)的容器以及容器裝滿或清空時的液位，SmartSonic都能勝任。此外，它還能識別不同材質(zhì)的地面、檢測物體的邊緣，甚至幫助我們找到停車位?？梢哉f，SmartSonic超聲波ToF傳感器的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)超我們的想象，為我們的生活和工作帶來了更多的便利與智能。

展望未來，超聲波ToF傳感器將進(jìn)一步提高測距精度，尤其是在復(fù)雜環(huán)境下的性能，例如應(yīng)對多重反射和噪聲干擾。超聲波ToF傳感器將變得更小、更輕，便于集成到各種設(shè)備中，包括移動設(shè)備、機(jī)器人和智能家居設(shè)備。結(jié)合人工智能和先進(jìn)算法，超聲波ToF傳感器將具備更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力和智能分析功能，能夠?qū)崟r處理復(fù)雜數(shù)據(jù)并作出智能決策。總體來看，超聲波ToF技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景，并將在多個行業(yè)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

無論是光學(xué)ToF還是超聲波ToF，都大有可為。

安富利將與合作伙伴緊密合作，充分發(fā)揮光學(xué)ToF和超聲波ToF的優(yōu)勢，為用戶提供低功耗、高精度的測距解決方案，滿足智能家居、機(jī)器人等領(lǐng)域?qū)珳?zhǔn)感知的需求。