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毫米波传感器将全新智能化引入工业应用

点击次数:更新时间:2017-05-23 11:05:25【打印】

从定位和邻近度测量,到确定液面位置和光照强度,传感器解决方案为我们提供了一个感测、数字化表达和处理周围世界的途径。特定的应用问题已经催生出大量不同的传感器技术,使得系统能够在各种各样的条件下,以不同的精度等级来感测周围情况。随着近期智能基础设施的兴建,工厂内的工业4.0 (Industry 4.0)、楼宇自动化产品,以及自动驾驶无人机等更新型应用的兴起,开发人员正期待传感器能够将系统性能和效率提升到全新水平。
 
设备上配备的毫米波 (mmWave) 雷达技术专门用来在短距离 (5cm) 到长距离(150m以上)范围内实现探测功能,这项技术本身可以探测快速运动物体(速度高达300kph)的范围、速率和运动角度,而它的精度不受周围光照、下雾、降雨和灰尘的影响。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,不过设计人员目前正在解决这项技术扩展至其它市场时所面临的挑战,比如说楼宇和工厂自动化应用领域。所遇到的问题是,此前的雷达系统都是分立式设计,导致了复杂的硬件设计和软件开发,提高了准入门槛。
 
 
图1:一个停车场内来自毫米波传感器的范围、速率和角度信息:蓝色背景图表是范围/速率热图(在这幅图中,你可以识别出移动/静止的物体和它们的速率);绿色背景图表是范围/角度可视化图;彩色方框标出了场景和图表内移动和静止的车辆及行人
 
图2显示的是一个分立式毫米波雷达系统。一个雷达信号处理链需要多个集成电路 (IC) 组件,其中包括一个射频 (RF) 前端和一个数字处理后端。设计分立式雷达系统需要给予特别的关注,并且要考虑多个注意事项,以解决在一块印刷电路板 (PCB) 上发送高速雷达数据的问题,诸如微控制器单元 (MCU) 等的中央控制器必须将控制信号按照一定路线发送给这些独立组件。这些系统对于外部电磁干扰 (EMI) 非常敏感,这使它们很难针对特定的“嘈杂”环境和挑战性更高的室外环境进行设计 。
 
分立式雷达系统也对软件设计人员提出了挑战。主机MCU的配置和控制信号需要发送至每个RF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最优地控制每个组件,而这需要大量的软件设计和开发策略。
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