半导体

尖端智能自主技术:自主决策的传感器可以让生活变得更加智能

作者:TI来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2018-12-25 15:32我要评论

Robert 每天早上开车上班,虽然路程很短,但通勤时间就在其等红灯的过程中被毫无知觉地延长了。

他说:“现在是红灯,但其他方向没有人通过。在上车之前我必须冷静下来,因为我知道这种事无法避免。”

我们都遇到过这样的情况,但对于TI工业雷达组的负责人来说,这是一种令人特别痛苦的经历。Robert知道,通过安装一个简单的雷达芯片,信号灯就可以为其改变颜色。我们的TI毫米波(mmWave)传感器能够让任何地方的交通信号灯根据现场情况做出合理决定,而Robert已经等不及这一天的到来了。

事实上,这一天也并不遥远。毫米波技术目前已实现批量生产,为我们的工业和汽车客户提供先进的雷达传感器。TI是全球首家提供世界上最精确的单芯片CMOS雷达传感器的公司。凭借微控制器、射频(RF)前端、硬件加速器和可编程数字信号处理器(DSP),TI毫米波传感器可以计算物体的范围、速度和角度(其分辨率比市面上的其他雷达传感器高出三倍)。然后,它决定采取何种行动。

更简单的单芯片设计

前几代雷达传感器尺寸较大,设计太过复杂。它们在单个印刷电路板上集成了多个分立元件,通过高速接口连接至第二块板上的处理器,而TI毫米波传感器可将模拟和数字电路集成到一个芯片上。

与仅模拟的雷达传感器不同,这些传感器不会将数据发送到处理器、服务器或云端以等待指令。

Robert说:“所有智能功能都集成在该传感器中,这就是边缘的智能自主技术。”

精确且高度可编程的TI毫米波传感器除了可以缩短Robert的通勤时间,还有可能带来更大的裨益。从使房屋更加舒适、提高工作场所效率,到强化智慧城市,对其影响范围的预测囊括了生活工作的方方面面。

汽车和工业客户已经开始在设计他们的产品时指定使用TI的毫米波传感器,农业、无人机开发、医疗保健、人机协作、安全等方面的工程师也是如此。

TI汽车雷达组的负责人Kishore表示,“我们的高度可编程传感器集成了模拟和数字功能,方便客户使用。”

普遍存在,而非稀有罕见

要明确的是,“边缘智能自主技术”并非超级人工智能的代名词。无论是在现场还是在网上做出决定,Robert表示:“它仍然是一个使用硬件、软件和逻辑将决定传达给更大的网络的处理引擎。我们在工业领域的目标是通过增加传感功能来改善某些应用。在某些情况下,我们希望扩大其他我们相信会为其带来价值定位从而改善某些事物的传感技术,比如光学解决方案或激光雷达”。

为了实现汽车自主驾驶,Kishore表示TI毫米波传感器必须与多种传感模式协同工作,包括相机、激光雷达和超声波传感器。他说:“一种传感技术可能有所不足,而其他传感技术可以弥补这种不足。”

无论采用哪种方式(单独采用一种传感器或增加其他传感器),实时决策、功耗低和尺寸小所带来的好处可能使TI毫米波传感器得到广泛使用,即使不是无处不在。

TI于5月宣布批量生产超宽带汽车和工业级TI毫米波传感器,并将继续增强我们的产品组合。

毫米波传感器如何改变一切

为什么TI毫米波传感器能够比摄像头或简单的运动传感器更好地缩短Robert早上的通勤时间?首先,雷达功能更加强大。摄像头和其他技术可能受到环境条件的制约。但即使在漆黑的环境、下雨天以及极端的温度下,雷达也可以感知到汽车的距离,而且集成的数字处理功能可让毫米波传感器做出决定。

Robert说:“雷达可以表达,‘我在这条路上距离50米远的地方以及在那个方向距离75米远的地方检测到车辆,所以我需要把这里的信号灯变成绿色,并将其他的变成红色’。如果没有这种处理能力,则必须将其观察结果发送到一个控制中心,该中心将转发该指令以改变光信号灯。”

凭借这种决策能力,TI毫米波传感器可在现场就作出决定,然后将其选择输送到网络用于跟踪记录。

毫米波传感器的其他几种潜在的变革性运动探测应用场景包括:

l消除可视门铃的误报。Robert说:“拥有这些系统的人,其手机上通常都会收到大约30秒的无用视频,比如当摄像头检测到树木摇晃或阳光照射时就会将其远距离输送出去”,而TI毫米波传感器却可以使门铃在决定是否录制视频之前区分人类、动物和任何其他移动物体。

l帮助急救人员。在办公室或公寓建筑事故中,TI毫米波传感器可以穿过墙壁检测到微小运动,从而帮助紧急救援人员更快地解救人员。即使是无意识的人也会被雷达注意到,这种雷达可以感测到微米级的运动,例如人的胸部在呼吸时的伸展和收缩运动。

l优化室内环境。TI毫米波传感器可以使智能建筑系统根据房间内的人数和流动情况自主调节制冷、采暖和照明。当然,摄像头可以看清房间里有多少人,但是无论环境是否黑暗以及是否隔着门和墙壁,TI毫米波传感器均可在不侵犯隐私的情况下评估人数及其移动情况。

l无接触地监测患者和新生儿。TI毫米波传感器无论安装在天花板上、床垫下或墙壁后面,都可以在不接触患者的情况下监测他们的心率、呼吸和其他生命体征。当集成到医疗系统中时,可以监测高度敏感的群体,例如婴儿和烧伤患者,避免因身体接触造成额外痛苦或连接探针和电极的不切实际做法。

体现在多个方面的汽车自主技术

在汽车内部和外部,TI毫米波传感器的应用场景也是多种多样的。虽然汽车雷达已存在一段时间,但Kishore表示,现在不同的是TI毫米波传感器可以形成级联雷达。

他说:“我们可以以级联形式连接多个雷达收发器,使汽车能够检测到远达350米或更远的物体。我们还能够达到误差低于1度的精度水平,从而提供类似激光雷达的性能。”

Kishore预测,到2025年,毫米波将成为自主驾驶汽车前方雷达系统的关键技术。它也可以放置在汽车内外的多个位置。其中的好处包括:

l可以检测到在汽车后座的儿童和宠物,并提醒驾驶员车上有其他乘客。

l如果驾驶员打瞌睡,则可以通过振动的座椅或方向盘轻轻将其唤醒。即使在驾驶员戴着太阳镜或阳光太亮使摄像头无法有效工作的情况下,毫米波传感器也能获得瞌睡信号。

l响应呼吸和心率变化的传感器可以通过帮助汽车导航并提醒系统呼叫紧急服务来帮助拯救突然发病的驾驶员。

l车门操作系统可以防止夹手,避免撞到经过的骑车人以及损坏其他停放的汽车。

l由于变化的温度压力或同频噪声可能导致超声波停车辅助传感器发生故障,而TI毫米波传感器可以介入以帮助自动停车。Kishore说:“雷达传感器的附加功能将改变停车应用的实现方式。这种应对恶劣环境条件的可靠性正是ADAS应用需要雷达的原因。”

我们依靠雷达辅助的未来

无人机、叉车和机器人吸尘器都只是数百种将从边缘智能中直接获益的设备中的一小部分,这得益于TI毫米波传感器能够检测到急速降落物、电源线和其他障碍物。Kishore表示,还有许多可以集成毫米波传感器的应用需要探索。在汽车行业,他设想可以借助毫米波传感器实现车辆间通信和道路危险警告。

至于未来的工业应用,Robert设想会有更多自动化仓库,以及之后依靠雷达传感器实现的产品运送。他对将毫米波传感器的独特功能混合在一起以实现人机协作的潜力感到特别兴奋。

他说:“请记住,雷达为您提供了三个其他技术无法提供的关于物体的数据:范围、速度和角度。因此,它可以同时检测动作并识别手势。”

在自动化的工厂中,当有人进入危险机器的几米范围内时,警报会响起;而如果有人以更高的速度接近,毫米波传感器可能会更快地发出警报声。Robert说:“它使我们能够形成安全防护系统,以减少事故的发生。”即使是自动门也会变得更智能,它可以根据人的身体角度识别他想要出去还是只是路过,从而为其开门或保持关闭状态。

最终,TI毫米波传感器让世界变得更加智能的方式仅取决于开发人员的想象力。

Robert说:“我们制造客户使用的组件,而他们提出了我们将在现实世界中看到的超乎寻常的创意。目前我们只是看到这种技术广阔应用的冰山一角,我们期待看到客户接下来的行动。”


责任编辑:顾鸿儒
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