從定位和鄰近度測量，到確定液面位置和光照強(qiáng)度，傳感器解決方案為我們提供了一個(gè)感測、數(shù)字化表達(dá)和處理周圍世界的途徑。特定的應(yīng)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(jí)來感測周圍情況。隨著近期智能基礎(chǔ)設(shè)施的興建，工廠內(nèi)的工業(yè)4.0 (Industry 4.0)、樓宇自動(dòng)化產(chǎn)品，以及自動(dòng)駕駛無人機(jī)等更新型應(yīng)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(shè)備上配備的毫米波 (mmWave) 雷達(dá)技術(shù)專門用來在短距離 (5cm) 到長距離(150m以上)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)探測功能，這項(xiàng)技術(shù)本身可以探測快速運(yùn)動(dòng)物體(速度高達(dá)300kph)的范圍、速率和運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)角度信息的可視化示例。

毫米波傳感器技術(shù)在汽車領(lǐng)域非常成功，不過設(shè)計(jì)人員目前正在解決這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展至其它市場時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)，比如說樓宇和工廠自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域。所遇到的問題是，此前的雷達(dá)系統(tǒng)都是分立式設(shè)計(jì)，導(dǎo)致了復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)，提高了準(zhǔn)入門檻。

圖1：一個(gè)停車場內(nèi)來自毫米波傳感器的范圍、速率和角度信息：藍(lán)色背景圖表是范圍/速率熱圖(在這幅圖中，你可以識(shí)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(biāo)出了場景和圖表內(nèi)移動(dòng)和靜止的車輛及行人

圖2顯示的是一個(gè)分立式毫米波雷達(dá)系統(tǒng)。一個(gè)雷達(dá)信號(hào)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(shù)字處理后端。設(shè)計(jì)分立式雷達(dá)系統(tǒng)需要給予特別的關(guān)注，并且要考慮多個(gè)注意事項(xiàng)，以解決在一塊印刷電路板 (PCB) 上發(fā)送高速雷達(dá)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(hào)按照一定路線發(fā)送給這些獨(dú)立組件。這些系統(tǒng)對(duì)于外部電磁干擾 (EMI) 非常敏感，這使它們很難針對(duì)特定的“嘈雜”環(huán)境和挑戰(zhàn)性更高的室外環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì) 。

分立式雷達(dá)系統(tǒng)也對(duì)軟件設(shè)計(jì)人員提出了挑戰(zhàn)。主機(jī)MCU的配置和控制信號(hào)需要發(fā)送至每個(gè)RF和數(shù)字處理組件，以確保系統(tǒng)能夠針對(duì)不斷變化的環(huán)境條件和應(yīng)用需求最優(yōu)地控制每個(gè)組件，而這需要大量的軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)策略。

圖2：分立式毫米波雷達(dá)系統(tǒng)示例。每個(gè)彩色方框代表射頻前端或數(shù)字處理后端內(nèi)的一個(gè)獨(dú)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(dá)射頻技術(shù)與強(qiáng)大的ARM® MCU和TI數(shù)字信號(hào)處理 (DSP) 集成在一起，實(shí)現(xiàn)了簡單的單芯片解決方案，降低了毫米波感測的準(zhǔn)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(fù)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(guān)物料清單成本。這個(gè)集成度還簡化了軟件設(shè)計(jì)過程，從而極大簡化了器件配置、監(jiān)控和校準(zhǔn)。

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(shè)計(jì)。

毫米波對(duì)應(yīng)用的影響

液位感測是工廠內(nèi)倉儲(chǔ)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(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(shí)現(xiàn)極精確的亞毫米測量值。針對(duì)77GHz級(jí)發(fā)射器參考設(shè)計(jì)的功率優(yōu)化設(shè)計(jì)給出了如何優(yōu)化在4-20mA功率受限系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行的IWR1443。

交通監(jiān)控基礎(chǔ)設(shè)施的目的在于，通過掌握與車輛和行人有關(guān)的特定信息和遙感數(shù)據(jù)，對(duì)路口的情況做出及時(shí)應(yīng)對(duì)，并且搜集交通統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以提高運(yùn)輸效率。毫米波傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛位置和速率的測量，并且能夠探測速率高達(dá)300kph、距離在150m和更遠(yuǎn)范圍以外的物體。

無人機(jī)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(lǐng)域應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)安全性、提高平臺(tái)的生產(chǎn)力，設(shè)計(jì)人員面臨諸多挑戰(zhàn)，包括使無人機(jī)能夠探測障礙，并且在最危險(xiǎn)的飛行情況下為操作人員提供輔助。無人機(jī)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(dāng)無人機(jī)接近地面或在物體周圍運(yùn)行時(shí)。由于無人機(jī)是由電池供電運(yùn)行的，為了延長飛行時(shí)間和提高有效負(fù)載，解決方案應(yīng)尺寸小巧、重量輕。

目前提供的IWR1443BOOST和IWR1642BOOST評(píng)估模塊可以輕松評(píng)估毫米波雷達(dá)技術(shù)，并且顯示如何在多種工業(yè)感測應(yīng)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(píng)估模塊，你可以運(yùn)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(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，以及心率和呼吸頻率的非接觸式測量。