Durch ihre Fähigkeit zum hochpräzisen Detektieren eignen sich Millimeterwellen-Sensoren für unterschiedliche Automatisierungsanwendungen.

Bild: Texas Instruments

Millimeterwellensensoren Intelligentes Radarsystem erobert neue Anwendungen

18.07.2017

Für den Einsatz in Automobilen, Drohnen, in der Industrie sowie der Gebäudeautomation hat die Millimeterwellen-Radartechnik einen Intelligenzboost bekommen.

Die Millimeterwellen-Radartechnik eignet sich zum Erfassen geringer bis großer Distanzen (von 5 cm bis über 150 m) und kann die Entfernung, die Geschwindigkeit und den Winkel schnell beweglicher Projekte (bis zu 300 km/h) mit hoher Genauigkeit bestimmen – unabhängig von der Beleuchtung sowie Nebel, Regen oder Staub.

Eine harte Nuss für Entwickler

In der Automobilindustrie ist die Millimeterwellen-Technologie bereits etabliert. Für den Einstieg in andere Branchen gab es bisher eine Hürde: Radarsysteme sind traditionell diskrete Designs, was die Entwicklung erschwert. Die Konfiguration und Steuerung einer Host-MCU benötigt deshalb eine Verbindung zu jeder der HF- und Digital-Komponenten. Dafür ist ein sehr komplexes Softwaredesign notwendig, um sicher zu stellen, dass das System die einzelnen Komponenten bei wechselnden Bedingungen und Applikationsanforderungen korrekt steuert.

Einsteigerfreundliche Millimeterwellensensorik

Die Single-Chip-Millimeterwellensensoren IWR1x von Texas Instruments (TI) vereinen HF-Millimeterwellen-Radartechnologie mit leistungsfähigen ARM-MCUs und digitaler Signalverarbeitung (DSP). Sie ermöglichen dadurch einfache Single-Chip-Lösungen, die die Hürden für den Einstieg in die Millimeterwellensensorik senken.

Mit den 10 mm x 10 mm großen IWR1x-Sensoren von TI entfällt die Notwendigkeit, sich mit komplizierten Highspeed-Daten und Kommunikationsrouten zwischen dem diskreten Front-End, dem A/D-Wandler und den Verarbeitungsbausteinen auseinanderzusetzen. Auch die Kosten und der Platzbedarf wachsen nicht. Dieser hohe Integrationsgrad vereinfacht TI zufolge auch die Softwareentwicklung, sodass sich das Konfigurieren, Überwachen und Kalibrieren der Lösung deutlich vereinfacht.

Einfache Integration in exotische Anwendungen

Die Evaluation Module IWR1443BOOST und IWR1642BOOST von TI sollen eine einfache Evaluierung der Millimeterwellen-Radartechnologie ermöglichen und zeigen, wie sich die Entfernungs-, Geschwindigkeits- und Winkeldaten für eine Vielzahl industrieller Sensorik-Anwendungen nutzen lassen. Werden die Evaluation Module gemeinsam mit dem mmWave Software Development Kit (SDK) von TI eingesetzt, lässt sich entweder die mitgelieferte Demo nutzen, oder der Beispielcode kann binnen Minuten individuell an die jeweilige Entwicklung angepasst werden.

Verfügbar ist außerdem exemplarischer Quellcode für etwas ungewöhnlichere Anwendungen der hochpräzisen Millimeterwellen-Sensing- und Verarbeitungstechnik von TI, zum Beispiel für die Unterscheidung zwischen Wasser und festem Boden sowie die berührungslose Messung der Herz- und Atemfrequenz.

Präzise Füllstandsmessung

Die Füllstandsmessung ist eine wichtige Funktion für Fabriken, in denen unterschiedliche Chemikalien gelagert und gemessen werden müssen. Da es sich um ätzende oder toxische Stoffe handeln kann, muss die Volumenmessung ohne direkten Kontakt erfolgen.

Millimeterwellen-Sensoren zeichnen sich durch hohe Messgenauigkeit und eine große Beständigkeit gegen Umgebungsbedingungen wie Staub, Dämpfe oder extreme Temperaturen aus. Das HF-Front-End der Reihe IWR1x ist laut TI äußerst linear, und seine Bandbreite (4 GHz im Dauerbetrieb und 5 GHz im Stitched-Modus) erlaubt präzise Sub-Millimeter-Messungen in Flüssigkeitsbehältern von 1 bis 80 Metern Höhe.

Genauer als jeder Blitzer

In der Verkehrsüberwachung werden bestimmte Informationen und Telemetriedaten über Fahrzeuge und Fußgänger ausgewertet, um die Effizienz des Vekehrs zu verbessern. Dafür eignen sich Millimeterwellensensoren, denn sie können sowohl die Position als auch die Geschwindigkeit von Fahrzeugen messen und sind in der Lage, bis zu 300 km/h schnelle Objekte in Entfernungen bis zu 150 m zu erfassen.

Damit Drohnen sich sicherer bewegen

Die Herausforderungen für die Entwickler von Drohnen bestehen unter anderem in der Fähigkeit, Hindernisse zu erkennen und den Bediener in den gefährlichsten Flugphasen zu unterstützen. Dazu müssen Drohnen Objekte über Distanzen zwischen 1 cm und 100 m erkennen und verfolgen können - zum Beispiel, wenn sich eine Drohne dem Erdboden nähert oder sich in der Nähe von Objekten bewegt. Um die Flugzeiten von batteriebetriebenen Drohnen zu verlängern und die Nutzlasten zu erhöhen, sollten die verwendeten Lösungen möglichst kompakt und leicht sein.

Bildergalerie

  • Das Bild mit dem blauen Hintergrund ist eine Entfernungs/Geschwindigkeits-Heatmap, in der sich bewegliche und stationäre Objekte mit ihren Geschwindigkeiten erkennen lassen. Bei dem Diagramm mit dem grünen Hintergrund handelt es sich um eine Entfernungs/Winkel-Visualisierung. Farbige Kästen markieren bewegliche und stationäre Objekte sowie Fußgänger sowohl in der Szene als auch in den Grafiken.

    Bild: Texas Instruments

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