從定位和鄰近度測量，到確定液面位置和光照強度，傳感器解決方案為我們提供了一個感測、數(shù)字化表達和處理周圍世界的途徑。特定的應用問題已經(jīng)催生出大量不同的傳感器技術(shù)，使得系統(tǒng)能夠在各種各樣的條件下，以不同的精度等級來感測周圍情況。隨著近期智能基礎設施的興建，工廠內(nèi)的工業(yè)4.0 (Industry 4.0)、樓宇自動化產(chǎn)品，以及自動駕駛無人機等更新型應用的興起，開發(fā)人員正期待傳感器能夠?qū)⑾到y(tǒng)性能和效率提升到全新水平。
設備上配備的毫米波 (mmWave) 雷達技術(shù)專門用來在短距離 (5cm) 到長距離(150m以上)范圍內(nèi)實現(xiàn)探測功能，這項技術(shù)本身可以探測快速運動物體(速度高達300kph)的范圍、速率和運動角度，而它的精度不受周圍光照、下霧、降雨和灰塵的影響。圖1是范圍、速率和運動角度信息的可視化示例。
毫米波傳感器技術(shù)在汽車領域非常成功，不過設計人員目前正在解決這項技術(shù)擴展至其它市場時所面臨的挑戰(zhàn)，比如說樓宇和工廠自動化應用領域。所遇到的問題是，此前的雷達系統(tǒng)都是分立式設計，導致了復雜的硬件設計和軟件開發(fā)，提高了準入門檻。
圖1：一個停車場內(nèi)來自毫米波傳感器的范圍、速率和角度信息：藍色背景圖表是范圍/速率熱圖(在這幅圖中，你可以識別出移動/靜止的物體和它們的速率);綠色背景圖表是范圍/角度可視化圖;彩色方框標出了場景和圖表內(nèi)移動和靜止的車輛及行人
圖2顯示的是一個分立式毫米波雷達系統(tǒng)。一個雷達信號處理鏈需要多個集成電路 (IC) 組件，其中包括一個射頻 (RF) 前端和一個數(shù)字處理后端。設計分立式雷達系統(tǒng)需要給予特別的關注，并且要考慮多個注意事項，以解決在一塊印刷電路板 (PCB) 上發(fā)送高速雷達數(shù)據(jù)的問題，諸如微控制器單元 (MCU) 等的中央控制器必須將控制信號按照一定路線發(fā)送給這些獨立組件。這些系統(tǒng)對于外部電磁干擾 (EMI) 非常敏感，這使它們很難針對特定的“嘈雜”環(huán)境和挑戰(zhàn)性更高的室外環(huán)境進行設計 。
分立式雷達系統(tǒng)也對軟件設計人員提出了挑戰(zhàn)。主機MCU的配置和控制信號需要發(fā)送至每個RF和數(shù)字處理組件，以確保系統(tǒng)能夠針對不斷變化的環(huán)境條件和應用需求最優(yōu)地控制每個組件，而這需要大量的軟件設計和開發(fā)策略。
圖2：分立式毫米波雷達系統(tǒng)示例。每個彩色方框代表射頻前端或數(shù)字處理后端內(nèi)的一個獨立IC或一組IC
如圖3所示，TI的單芯片IWR1x 毫米波傳感器產(chǎn)品組合將毫米波雷達射頻技術(shù)與強大的ARM® MCU和TI數(shù)字信號處理 (DSP) 集成在一起，實現(xiàn)了簡單的單芯片解決方案，降低了毫米波感測的準入門檻。借助TI的單芯片10mmx10mm IWR1x傳感器，你不用再去處理分立式前端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和處理器件之間的復雜高速數(shù)據(jù)和通信走線，也不用處理額外尺寸、功率和支持它們的相關物料清單成本。這個集成度還簡化了軟件設計過程，從而極大簡化了器件配置、監(jiān)控和校準。
圖3：TI的IWR1x 毫米波傳感器將單芯片毫米波感測所必需的全部組件集成在一起，以簡化硬件和軟件設計。
毫米波對應用的影響
液位感測是工廠內(nèi)倉儲和測量不同化學品的一個重要部分。由于這些化學品具有腐蝕性或毒性，必須在非直接接觸的情況下測量剩余的液體體積。mmWave感測提供高精度測量值，并且在灰塵、煙霧或極端溫度等環(huán)境條件下具有穩(wěn)健耐用性。IWR1x 射頻前端是高度線性的，其超寬(連續(xù)4GHz，5GHz拼接)帶寬可以在深度1m至80m的液罐內(nèi)實現(xiàn)極精確的亞毫米測量值。針對77GHz級發(fā)射器參考設計的功率優(yōu)化設計給出了如何優(yōu)化在4-20mA功率受限系統(tǒng)內(nèi)運行的IWR1443。
交通監(jiān)控基礎設施的目的在于，通過掌握與車輛和行人有關的特定信息和遙感數(shù)據(jù)，對路口的情況做出及時應對，并且搜集交通統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以提高運輸效率。毫米波傳感器可以實現(xiàn)對車輛位置和速率的測量，并且能夠探測速率高達300kph、距離在150m和更遠范圍以外的物體。
無人機已被廣泛采用，從愛好者的飛行競技，到大量行業(yè)內(nèi)的商業(yè)用途，比如包裹投遞和林業(yè)領域應用。為了實現(xiàn)安全性、提高平臺的生產(chǎn)力，設計人員面臨諸多挑戰(zhàn)，包括使無人機能夠探測障礙，并且在最危險的飛行情況下為操作人員提供輔助。無人機要求高速物體探測功能，并且能夠在100m距離內(nèi)跟蹤大小為數(shù)厘米的物體，比如當無人機接近地面或在物體周圍運行時。由于無人機是由電池供電運行的，為了延長飛行時間和提高有效負載，解決方案應尺寸小巧、重量輕。
目前提供的IWR1443BOOST和IWR1642BOOST評估模塊可以輕松評估毫米波雷達技術(shù)，并且顯示如何在多種工業(yè)感測應用中使用范圍、速率和角度數(shù)據(jù)。通過使用具有TI提供的mmWave軟件開發(fā)套件 (SDK) 的評估模塊，你可以運行現(xiàn)成可用的演示程序，或者在幾分鐘內(nèi)為你的開發(fā)定制示例代碼。同時提供的還有示例源代碼，展示了TI高精度毫米波感測和處理的更多使用情況， 比如水體與地面之間的分類，以及心率和呼吸頻率的非接觸式測量。
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