毫米波传感器将全新智能化引入工业应用中（毫米波传感器将全新智能化引入工业应用）

从定位和接近测量到确定液体表面位置和光强度，传感器解决方案为我们提供了一种感知、数字化表示和处理周围世界的方法。特定的应用问题催生了许多不同的传感器技术，使系统能够在各种条件下以不同的精度水平感知周围环境。随着近期智能基础设施的建设、工业4.0（工业4.0）在工厂、楼宇自动化产品以及自主无人机等较新应用的兴起，开发人员正在寻求传感器将系统性能和效率提升到新的水平。等级。

设备上配备的毫米波（mmWave）雷达技术专门设计用于实现从短距离（5cm）到长距离（150m以上）的检测功能。该技术本身可以检测快速移动物体的范围（速度高达300kph）、运动速度和角度，并且其精度不受环境光线、雾、雨和灰尘的影响。图1 是范围、速率和运动角度信息的可视化示例。

毫米波传感器技术在汽车领域非常成功，但设计人员现在正在解决将该技术扩展到其他市场的挑战，例如楼宇和工厂自动化应用。遇到的问题是，以往的雷达系统都是分立式设计，导致硬件设计和软件开发复杂，进入门槛增加。

图1：停车场中毫米波传感器的距离、速度和角度信息：蓝色背景图是距离/速率热图（在此图像中，您可以识别移动/静止物体及其速度）；绿色背景图是范围/角度可视化；彩色框标记了图表中的场景以及移动和静止的车辆和行人

图2 显示了分立毫米波雷达系统。雷达信号处理链需要多个集成电路(IC) 组件，包括射频(RF) 前端和数字处理后端。设计分立式雷达系统需要特别注意和几个考虑因素，以解决在印刷电路板(PCB) 上发送高速雷达数据的问题，中央控制如微控制器单元(MCU) 控制器必须将控制信号路由到这些独立组件。这些系统对外部电磁干扰(EMI) 非常敏感，这使得它们很难针对特定的“嘈杂”环境和更具挑战性的室外环境进行设计。

离散雷达系统也给软件设计人员带来了挑战。来自主机MCU 的配置和控制信号需要发送到每个射频和数字处理组件，以确保系统能够针对不断变化的环境条件和应用需求对每个组件进行最佳控制，而这需要广泛的软件设计和开发策略。

图2：离散毫米波雷达系统示例。每个彩色框代表RF 前端或数字处理后端中的单个IC 或IC 组

如图3 所示，TI 的单芯片IWR1x 毫米波传感器产品组合将毫米波雷达RF 技术与强大的ARM MCU 和TI 数字信号处理(DSP) 集成，以实现可降低成本的简单单芯片解决方案。毫米波传感的进入门槛已经提高。借助TI 的单芯片10mmx10mm IWR1x 传感器，您不再需要处理分立前端、模数转换器和处理设备之间复杂的高速数据和通信迹线，以及额外的尺寸、功耗和相关支持他们的材料。列出成本。这种集成度还简化了软件设计流程，极大地简化了设备配置、监控和校准。

图3：TI 的IWR1x 毫米波传感器在单个芯片上集成了毫米波传感所需的所有组件，以简化硬件和软件设计。

毫米波对应用的影响

液位传感是工厂内仓储和测量不同化学品的重要组成部分。由于这些化学品具有腐蚀性或毒性，因此必须在不直接接触的情况下测量剩余液体体积。毫米波传感可提供高精度测量，并且能够耐受灰尘、烟雾或极端温度等环境条件。 IWR1x RF 前端具有高线性度，其超宽（连续4GHz、5GHz 拼接）带宽可在深度为1m 至80m 的液罐中实现极其精确的亚毫米级测量。 77GHz 级发射机功率优化设计参考设计展示了如何优化IWR1443 以在4-20mA 功率受限系统中运行。

交通监控基础设施的目的是通过掌握与车辆、行人相关的特定信息和遥感数据，及时响应路口情况，收集交通统计数据，提高交通效率。毫米波传感器可以测量车辆位置和速度，并且可以以高达300kph 的速度和150m 及更远的距离检测物体。

无人机已被广泛采用，从爱好者的竞技飞行到各个行业的商业用途，例如包裹递送和林业应用。为了实现安全性并提高平台的生产力，设计人员面临着许多挑战，包括使无人机能够检测障碍物并在最危险的飞行情况下协助操作员。无人机需要具备高速物体检测能力，并且能够在100m距离内跟踪几厘米大小的物体，例如当无人机靠近地面或在物体周围操作时。由于无人机依靠电池供电，因此解决方案应该紧凑且轻便，以延长飞行时间并增加有效载荷。

目前可用的IWR1443BOOST 和IWR1642BOOST 评估模块可以轻松评估毫米波雷达技术，并展示如何在各种工业传感应用中使用距离、速率和角度数据。通过将评估模块与TI 毫米波软件开发套件(SDK) 结合使用，您可以在几分钟内运行开箱即用的演示程序或为您的开发定制示例代码。还提供示例源代码，演示TI 高精度毫米波传感和处理的其他用途，例如水和地面之间的分类以及心率和呼吸频率的非接触式测量。

审稿编辑：郭婷