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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(gè)感測、數字化表達和處理周?chē)澜绲耐緩�。特定的應用�?wèn)題已經(jīng)催生出大量不同的傳感器技術(shù)，使得系統能夠在各種各樣的條件下，以不同的精度等級來(lái)感測周?chē)闆r。隨著(zhù)近期智能基礎設施的興建，工廠(chǎng)內的工業(yè)4.0 (Industry 4.0)、樓宇自動(dòng)化產(chǎn)品，以及自動(dòng)駕駛無(wú)人機等更新型應用的興起，開(kāi)發(fā)人員正期待傳感器能夠將系統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(zhuān)門(mén)用來(lái)在短距離 (5cm) 到長(cháng)距離（150m以上）范圍內實(shí)現探測功能，這項技術(shù)本身可以探測快速運動(dòng)物體（速度高達300kph）的范圍、速率和運動(dòng)角度，而它的精度不受周?chē)庹�、下霧、降雨和灰塵的影響。圖1是范圍、速率和運動(dòng)角度信息的可視化示例。 毫米波傳感器技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域非常成功，不過(guò)設計人員目前正在解決這項技術(shù)擴展至其它市場(chǎng)時(shí)所面臨的挑戰，比如說(shuō)樓宇和工廠(chǎng)自動(dòng)化應用領(lǐng)域。所遇到的問(wèn)題是，此前的雷達系統都是分立式設計，導致了復雜的硬件設計和軟件開(kāi)發(fā)，提高了準入門(mén)檻。 
圖1：一個(gè)停車(chē)場(chǎng)內來(lái)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(dòng)/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(chǎng)景和圖表內移動(dòng)和靜止的車(chē)輛及行人 圖2顯示的是一個(gè)分立式毫米波雷達系統。一個(gè)雷達信號處理鏈需要多個(gè)集成電路 (IC) 組件，其中包括一個(gè)射頻 (RF) 前端和一個(gè)數字處理后端。設計分立式雷達系統需要給予特別的關(guān)注，并且要考慮多個(gè)注意事項，以解決在一塊印刷電路板 (PCB) 上發(fā)送高速雷達數據的問(wèn)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(xiàn)發(fā)送給這些獨立組件。這些系統對于外部電磁干擾 (EMI) 非常敏感，這使它們很難針對特定的“嘈雜”環(huán)境和挑戰性更高的室外環(huán)境進(jìn)行設計 。 分立式雷達系統也對軟件設計人員提出了挑戰。主機MCU的配置和控制信號需要發(fā)送至每個(gè)RF和數字處理組件，以確保系統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(gè)組件，而這需要大量的軟件設計和開(kāi)發(fā)策略。
圖2：分立式毫米波雷達系統示例。每個(gè)彩色方框代表射頻前端或數字處理后端內的一個(gè)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數字信號處理 (DSP) 集成在一起，實(shí)現了簡(jiǎn)單的單芯片解決方案，降低了毫米波感測的準入門(mén)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、模數轉換器和處理器件之間的復雜高速數據和通信走線(xiàn)，也不用處理額外尺寸、功率和支持它們的相關(guān)物料清單成本。這個(gè)集成度還簡(jiǎn)化了軟件設計過(guò)程，從而極大簡(jiǎn)化了器件配置、監控和校準。
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(jiǎn)化硬件和軟件設計。 毫米波對應用的影響 液位感測是工廠(chǎng)內倉儲和測量不同化學(xué)品的一個(gè)重要部分。由于這些化學(xué)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)境條件下具有穩健耐用性。IWR1x 射頻前端是高度線(xiàn)性的，其超寬（連續4GHz，5GHz拼接）帶寬可以在深度1m至80m的液罐內實(shí)現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功率受限系統內運行的IWR1443。 交通監控基礎設施的目的在于，通過(guò)掌握與車(chē)輛和行人有關(guān)的特定信息和遙感數據，對路口的情況做出及時(shí)應對，并且搜集交通統計數據，以提高運輸效率。毫米波傳感器可以實(shí)現對車(chē)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(wú)人機已被廣泛采用，從愛(ài)好者的飛行競技，到大量行業(yè)內的商業(yè)用途，比如包裹投遞和林業(yè)領(lǐng)域應用。為了實(shí)現安全性、提高平臺的生產(chǎn)力，設計人員面臨諸多挑戰，包括使無(wú)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(wú)人機要求高速物體探測功能，并且能夠在100m距離內跟蹤大小為數厘米的物體，比如當無(wú)人機接近地面或在物體周?chē)\行時(shí)。由于無(wú)人機是由電池供電運行的，為了延長(cháng)飛行時(shí)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、速率和角度數據。通過(guò)使用具有TI提供的mmWave軟件開(kāi)發(fā)套件 (SDK) 的評估模塊，你可以運行現成可用的演示程序，或者在幾分鐘內為你的開(kāi)發(fā)定制示例代碼。同時(shí)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(lèi)，以及心率和呼吸頻率的非接觸式測量。 其它資源 · 了解毫米波傳感器技術(shù)的工作方式。 · 在“使用毫米波雷達進(jìn)行穩健耐用的交通和十字路口監控”白皮書(shū)中進(jìn)一步了解毫米波雷達。 · 在白皮書(shū)“由毫米波傳感器實(shí)現的無(wú)人機安全和生產(chǎn)力”中進(jìn)一步了解無(wú)人機應用中的毫米波雷達。 · 在“使用77GHz毫米波進(jìn)行液位感測”白皮書(shū)中進(jìn)一步了解毫米波雷達。 |
