毫米波雷達具有敏銳的洞察力、探測范圍廣、測量數(shù)據(jù)精確、不受環(huán)境因素影響、穿透力強等高實用性的特點，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用極為廣泛?；诤撩撞ɡ走_傳感器的設(shè)備不僅為我們的生活帶來了很多便利，還保證了設(shè)備運行的安全和高效性，如商場自動感應(yīng)門、電梯門等設(shè)備中均有應(yīng)用。

早前，TI發(fā)布了多款工業(yè)級毫米波雷達傳感器，主要涵蓋了樓宇自動化、智能安防、液位監(jiān)控、交通流量監(jiān)控、工業(yè)機器人、自動感應(yīng)門等領(lǐng)域。本期文章主要講述毫米波雷達在自動感應(yīng)門上的應(yīng)用。

自動感應(yīng)門工作原理

自動感應(yīng)門主要由主控器、傳感器、驅(qū)動電機三部分組成。傳感器對進門或出門區(qū)域進行實時探測，當感應(yīng)到有人員移動時，及時地將脈沖信號傳輸至主控器中由主控器分析處理，通過主控器激活電機完成開門操作。

基于IWR6843的自動感應(yīng)門應(yīng)用的參考設(shè)計

IWR6843是一款由TI發(fā)布的60-GHZ毫米波雷達傳感器，由于毫米波不受雨、霧、煙霧、光照強度等環(huán)境所約束，該傳感器主要在自動感應(yīng)門領(lǐng)域的自動推拉門、車庫門、電梯門等實現(xiàn)多場景應(yīng)用，推進大門朝節(jié)能化、智能化發(fā)展。TI還在IWR6843基礎(chǔ)上進行了升級，推出了IWR6843 ISK 、IWR6843 ODS 、IWR6843AOP ，每塊套件的性能略有不同。IWR6843 ISK 擁有水平方向120°、垂直方向30°的廣角感應(yīng)區(qū)域。IWR6843 ODS 擁有水平方向120°、垂直方向120°的廣角感應(yīng)區(qū)域。IWR6843AOP 擁有水平方向130°、垂直方向130°的廣角感應(yīng)區(qū)域。并且TI就IWR6843 ISK給出了自動感應(yīng)門參考設(shè)計TIDEP-01018。
IWR6843 ISK是一款60GHz~64GHz的毫米波傳感器套件，該套件可通過USB可實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問和供電，內(nèi)部集成了4根接收天線、3根發(fā)射天線和DSP數(shù)據(jù)信號處理器。接口支持與MMWAVEICBOOST 和 DCA1000 匹配，方便進行數(shù)據(jù)訪問和開發(fā)。

TIDEP-01018參考設(shè)計是在IWR6843 ISK基礎(chǔ)上加入了ICB（工業(yè)載板），并且在IWR6843傳感器中集成了完整的雷達信號處理鏈。該設(shè)計可對水平方向120°，距離為5m內(nèi)的人進行跟蹤、和速度采集，判斷人行走的方向進行開關(guān)門操作。
前端部分主要進行數(shù)模轉(zhuǎn)化，信號處理部分主要還是在DSP處理器中進行處理，經(jīng)DSP處理后的數(shù)據(jù)得出距離、角度等信息，再進入ARM Cortex R4F處理器進行目標跟蹤。通過1D windowing 和 1D FFT進行探測范圍數(shù)據(jù)處理，在Capon波束形成器中去除靜態(tài)雜波，生成協(xié)方差矩陣和逆角普存儲在內(nèi)存中，并將二者結(jié)合，構(gòu)建距離矩陣熱圖。在距離矩陣熱圖內(nèi)通過兩次CFAR算法進行目標檢測。主要是對檢測范圍內(nèi)的每個水平方向角度檢測，將第一次的結(jié)果再通過CFAR檢測一次然后存在L2儲存中，完成目標檢測，該過程是為了精確鎖定目標。再通過多普勒效應(yīng)對目標的距離和速度進行檢測，最后進入ARM Cortex R4F處理器對目標進行追蹤、判斷、輸出開門信號。

任務(wù)處理模式

在任務(wù)處理方式上該設(shè)計有自己獨有的處理方式。如上圖所示，Mailbox為高優(yōu)先級任務(wù)，Application為低優(yōu)先級任務(wù)。在系統(tǒng)配置中，處于優(yōu)先級的Mailbox任務(wù)會收到一個來自DSP準備就緒的信號，Mailbox任務(wù)會將相關(guān)數(shù)據(jù)復(fù)制于TCM中，并且與應(yīng)用Application完成通信，給Application發(fā)布任務(wù)，創(chuàng)建傳輸幀頭，并且為框架內(nèi)的每一部分啟動一個DMA進程。每當DMA與UART進行數(shù)據(jù)傳輸時，Mailbox任務(wù)就會產(chǎn)生一個低優(yōu)先級的任務(wù)。當DMA進程結(jié)束時可以新增DMA，實現(xiàn)任務(wù)處理和DMA之間的并行性。

群跟蹤算法
群跟蹤算法是TI在該設(shè)計中加入的智能算法，這個智能算法的加入，將開關(guān)門操作更合理化。通過程序任務(wù)先創(chuàng)建一個用來描述傳感器場景、行為、目標，具有配置參數(shù)算法的實例。然后該算法可對先前配置好的參數(shù)進行調(diào)用，每幀可調(diào)用一次。可建立多組數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫。該算法可以通過測量輸入的極坐標數(shù)據(jù)，對目標進行追蹤。還可通過算法預(yù)測移動目標的距離、移動方向和速度來判斷是否需要進行開關(guān)門操作。
該設(shè)計有什么優(yōu)勢

降低出錯率，該設(shè)計加入了多次檢測功能和群跟蹤算法，能有效判斷移動的目標是否有開門需求。如傳感器檢測到入口有移動目標，僅僅只是路過不入門，則無需開門降低電力損耗和不必要的能源浪費。

靜態(tài)對象檢測功能，該設(shè)計可對靜態(tài)物體進行檢測，防止危險事故發(fā)生。例如，自動感應(yīng)門門軌上有異物放置或人員停留，通過傳感器芯片的算法檢測后作出判斷，保證門處于打開狀態(tài)，避免事故發(fā)生。

低成本，該設(shè)計集成度高、檢測結(jié)果精準、檢測范圍廣，一個傳感器可覆蓋同一范圍內(nèi)的多個門，能夠有效地降低電路設(shè)計的難度和成本。例如，現(xiàn)在市面上很多傳感只能1對1的使用，無形中提高了成本。

智能，該設(shè)計采用了毫米波雷達傳感器和多種檢測方法，能夠快速檢測移動目標的距離和速度，及時調(diào)整開門的時間和開門的速度，避免移動目標速度太快，到達門前時未及時開門，降低交互體驗。

總結(jié)

總的來說該設(shè)計將自動感應(yīng)門變得智能化、高效化，靜態(tài)檢測功能提高了設(shè)備運行的安全性。還加入了群跟蹤算法使開關(guān)門操作更合理，減少電機的使用次數(shù)，降低了電能損耗。