【導(dǎo)讀】接近傳感器在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常普遍，因此不太經(jīng)常遇到“是否需要接近傳感器”這一問題，而更常見的是“哪種類型能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)”。在開發(fā)新技術(shù)時(shí)，合適的解決方案并不總是很直觀。其中，考慮規(guī)格十分重要，尤其是終端設(shè)備特性，以此來確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該采用哪種傳感技術(shù)。
在音頻波束成形和外科手術(shù)機(jī)器人等新興市場(chǎng)中，接近傳感器實(shí)現(xiàn)了自主性和自動(dòng)化、安全操作以及高能效。
接近傳感器在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常普遍，因此不太經(jīng)常遇到“是否需要接近傳感器”這一問題，而更常見的是“哪種類型能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)”。在開發(fā)新技術(shù)時(shí)，合適的解決方案并不總是很直觀。其中，考慮規(guī)格十分重要，尤其是終端設(shè)備特性，以此來確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該采用哪種傳感技術(shù)。
自主性和自動(dòng)化
人數(shù)統(tǒng)計(jì)、跌倒檢測(cè)和避障是接近傳感器的主要用例。人數(shù)統(tǒng)計(jì)顛覆了零售分析，無需攝像頭即可測(cè)量店鋪的客流量并減輕客戶的隱私顧慮。掃地機(jī)器人可以檢測(cè)自身環(huán)境以避免從樓梯上摔下來，而具有避障功能的無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)可以在樹木周圍穿梭，并在 50 米的范圍內(nèi)避開電線和其他障礙物。
對(duì)于需要自主性和自動(dòng)化的應(yīng)用，兩個(gè)重要的因素是距離和視場(chǎng)，但這兩者之間需要權(quán)衡。更寬的視場(chǎng)通常意味著更短的傳感距離，這對(duì)于檢測(cè)有人接近可視門鈴等行為非常有用。反之亦然；更窄的視場(chǎng)通常意味著更長(zhǎng)的傳感距離，這對(duì)于需要及時(shí)減速以便安全著陸的無人機(jī)等應(yīng)用大有裨益。不同的接近傳感模式將決定距離和視場(chǎng)。射頻 (RF) 波（雷達(dá)）的檢測(cè)距離為 0.04 米至 100 米以上，視場(chǎng)為 160 度，而近紅外波長(zhǎng)（光學(xué)飛行時(shí)間 (ToF)）的檢測(cè)距離為 0.01 米至 20 米，視場(chǎng)為 0.15 度至 120 度。
鑒于新興的自主性和自動(dòng)化應(yīng)用在檢測(cè)距離和視場(chǎng)要求方面的差異，德州儀器 (TI) 接近傳感器解決方案可提供一系列選項(xiàng)。使用IWR6843毫米波 (mmWave) 傳感器時(shí)，傳感距離可超過 100 米；使用OPT3101模擬前端時(shí)，視場(chǎng)可高達(dá) 120 度。
安全運(yùn)行
接近傳感器集自主性和自動(dòng)化于一身，可實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行。在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)和工業(yè)機(jī)器人等應(yīng)用中，接近傳感器可為非接觸式操作提供自適應(yīng)和預(yù)測(cè)性安全措施。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì) 61496-5 標(biāo)準(zhǔn)，此類傳感器可以監(jiān)控工廠的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域和盲點(diǎn)，或者在車輛撞到行人之前發(fā)出信號(hào)，讓車輛停下來。TI 的 77GHz AWR2544 雷達(dá)傳感器可實(shí)現(xiàn) 200 米或更遠(yuǎn)的探測(cè)距離，具有更高的距離分辨率，可改善角雷達(dá)應(yīng)用的性能，從而幫助提高車輛安全性。
測(cè)量速度和傳感分辨率在快速移動(dòng)的裝配線或外科手術(shù)等場(chǎng)景中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。表 1 重點(diǎn)介紹了接近傳感解決方案之間的一些差異，以及它們?cè)诟鞣N環(huán)境條件下的性能。
表 1：接近傳感解決方案的性能
能效
音頻波束成形是接近傳感器推動(dòng)的一種趨勢(shì)，可讓電視、條形音箱、智能揚(yáng)聲器和類似應(yīng)用將音頻引導(dǎo)至 6 米至 8 米距離內(nèi)的人，通過出色音效改善用戶體驗(yàn)。同樣，在采暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中實(shí)施我們的IWRL6432毫米波雷達(dá)傳感器有助于將空氣引向人，從而降低能耗。這些智能轉(zhuǎn)向方法是通過監(jiān)控多個(gè)區(qū)域以定位存在以及跟蹤每個(gè)區(qū)域的移動(dòng)等功能實(shí)現(xiàn)的。具體而言，60GHz 雷達(dá)傳感器具有更短的波長(zhǎng)和更多的發(fā)射和接收天線，可以準(zhǔn)確檢測(cè)房間內(nèi)四人或更多人的存在、運(yùn)動(dòng)和位置。
接近傳感器通過利用人體存在檢測(cè)來節(jié)省能源，有助于推動(dòng)可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)的進(jìn)步。可視門鈴、信息亭和自動(dòng)門等應(yīng)用可以處于低功耗模式并等待檢測(cè)到后采取行動(dòng)。系統(tǒng)可處于低功耗模式是提高能效的有效方法，這對(duì)于電池供電型系統(tǒng)尤為重要。
結(jié)語
每種特定的傳感解決方案都有其獨(dú)特之處。例如，德州儀器的IWR6843和IWRL6432雷達(dá)解決方案可在 100 米距離內(nèi)實(shí)現(xiàn) 4D（3D 和速度）檢測(cè)，分辨率為 4 厘米，并且能夠在單個(gè)傳感器中集成新型架構(gòu)射頻和微控制器，從而根據(jù)檢測(cè)做出決策。TI 的雷達(dá)器件還能穿透石膏板和塑料等非金屬材料，因此出于美觀考慮可以隱藏傳感器。TI 的OPT3101模擬前端高度可定制，包括多目標(biāo)和多通道功能，不僅可以確定目標(biāo)的距離，還可以確定目標(biāo)的方向。
一個(gè)擁有接近傳感器的世界，不僅更加智能和高效，對(duì)用戶也更加友好。當(dāng)您每天早上走進(jìn)廚房時(shí)，咖啡機(jī)可以啟動(dòng)沖泡流程，或者當(dāng)您離開時(shí)，您的筆記本電腦屏幕可以進(jìn)入隱私模式。通過低成本、電池供電的應(yīng)用，手勢(shì)檢測(cè)在每個(gè)家庭都能得以實(shí)現(xiàn)。選擇合適的接近傳感器對(duì)于推動(dòng)新市場(chǎng)的發(fā)展至關(guān)重要，同時(shí)有助于我們構(gòu)想持續(xù)創(chuàng)新的世界。
其他資源
查看工業(yè)毫米波傳感器產(chǎn)品系列。
如需了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問 Radar Academy。
查看 TI 開發(fā)人員專區(qū)。
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