ويعمل الذكاء الاصطناعي، والجيل الخامس، وتقنيات البيانات الضخمة على تسريع وتيرة الترقيات الصناعية في جميع القطاعات. مع ظهور عصر الصناعة 4.0، تتطور التقنيات الصناعية نحو قدر أكبر من الذكاء والأتمتة. تقف تكنولوجيا الأتمتة الصناعية كمحور رئيسي في التنمية الصناعية الحالية في الصين. أجهزة استشعار الرادار ذات الموجات المليمترية-، والتي تتميز بقدراتها القوية على الاختراق، تُستخدم على نطاق واسع في مشاريع الأتمتة الصناعية. ترتبط العمليات الآلية الموحدة والفعالة للمعدات الذكية مثل الروبوتات الصناعية والأذرع الآلية ارتباطًا وثيقًا بقدرات الكشف-عالية الدقة لرادار الموجات المليمترية-.
ما المزايا التي يتميز بها رادار الموجات المليمترية-عن الرادارات الأخرى في التطبيقات الصناعية؟
في الوقت الحالي، يتم تصنيف أجهزة استشعار الرادار بشكل أساسي إلى ثلاثة أنواع: رادار الليدار، ورادار الموجات فوق الصوتية، ورادار الموجات المليمترية. يعمل كل نوع وفقًا لمبادئ مميزة ويمتلك قدرات كشف مختلفة. فيما يلي، نقوم بتحليل مزايا رادار الموجات المليمترية-في التطبيقات الصناعية.
قدرة اختراق فائقة: استنادًا إلى مبادئ التشغيل المتميزة، تظهر الرادارات المختلفة قدرات اختراق مختلفة. يعتمد جهاز Lidar على أشعة الليزر لمراقبة الأشياء ولا يمكنه اختراق العوائق. يكتشف الرادار بالموجات فوق الصوتية الأجسام عن طريق إصدار موجات فوق صوتية، والتي تفشل في اختراق الأهداف الأكثر كثافة أو صلابة. يكتشف رادار الموجات المليمترية- الأجسام عن طريق إصدار موجات كهرومغناطيسية يمكنها اختراق العديد من المواد غير المعدنية- مثل الماء والزجاج والنباتات. ومن بين أنواع الرادار الثلاثة هذه، يُظهر رادار الموجات المليمترية - قدرة اختراق فائقة.
نطاق الكشف الطويل
يقوم LiDAR بمراقبة الأجسام عبر أشعة الليزر، مما يحقق مسافات كشف تصل إلى 50 مترًا عند عدم وجود عائق. يحقق الرادار بالموجات فوق الصوتية أعلى دقة كشف تتراوح بين 0.1 و3 أمتار، مع نطاقات كشف جانبية نموذجية تصل إلى 8 أمتار. ويستخدم عادة في أنظمة رادار السيارات. يعمل رادار الموجة المليمترية- على ترددات بين الموجات السنتيمترية وموجات الميكروويف، ويجمع بين مزايا كل من الرادار البصري ورادار الميكروويف لتحقيق اختراق فائق. ويمتد نطاق الكشف النموذجي الخاص به من 0 إلى 200 متر، مما يجعله خيار النطاق الأطول-.
يُظهر مقاومة قوية للتدخل في بيئات التشغيل. وفي المقابل، يتدهور أداء LiDAR تحت أشعة الشمس الشديدة بسبب تداخل الوهج، مما يؤثر على نتائج الكشف. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لدرجات الحرارة المرتفعة أو الظروف الدخانية أن تؤثر على دقة القياس. يعتمد الرادار بالموجات فوق الصوتية على الموجات فوق الصوتية التي تنتشر عبر وسط ما. وبما أن سرعة الإرسال بالموجات فوق الصوتية تختلف باختلاف الوسائط، فإن الظروف الجوية السيئة مثل المطر أو الثلج أو العواصف الرملية يمكن أن تؤثر على دقة القياس. ومع ذلك، يظل رادار الموجة المليمترية- غير متأثر بالنوع المتوسط أو شدة الضوء أو درجة الحرارة، مما يوفر مقاومة قوية للتدخل البيئي الخارجي.
يتفوق رادار الموجات المليمترية- على LiDAR ورادار الموجات فوق الصوتية من خلال مزايا مثل نطاق الكشف الممتد، وقدرة الاختراق الفائقة، والمرونة البيئية. يتم الآن اعتماده على نطاق واسع في الأتمتة الصناعية. ولدعم ذلك، قدمت شركة Texas Instruments شرائح رادارية ذات موجات ملليمترية متخصصة -لتطبيقات الأتمتة الصناعية المختلفة.
TI IWR1443 76–81 جيجا هرتز للأمان الصناعي ملليمتر-مستشعر رادار الموجة
ومع تقدم القدرات التكنولوجية، تنتقل المصانع التقليدية نحو التصنيع الذكي من خلال دمج معدات التشغيل الآلي مثل الأذرع الآلية والروبوتات الذكية. تظل السلامة ذات أهمية قصوى في المرافق المؤتمتة بالكامل. ولمعالجة هذه المشكلة، قامت TI بتطوير أجهزة استشعار صناعية للموجات المليمترية- للكشف عن الأفراد والأشياء. عندما يكتشف المستشعر اقتراب الأشخاص أو الأشياء، فإنه يقوم بتشغيل أنظمة السلامة لتقليل حوادث الاصطدام. تحافظ مستشعرات الموجات المليمترية- على دقة الكشف دون أن تتأثر بمستويات الغبار العالية أو اختلاف شدة الضوء داخل بيئات المصنع.
IWR1443 عبارة عن شريحة مستشعر موجة ملليمترية - متكاملة للغاية تعتمد على تقنية FMCW. يعمل عبر النطاق الموجي 76-81 جيجا هرتز-مليمتر، ويتميز بأطوال موجية أقصر مقارنة بالنطاقات التقليدية 24 جيجا هرتز. مع عرض النطاق الترددي المستمر 4 جيجا هرتز، فإنه يعزز دقة المسافة، ويسهل اكتشاف الأشياء القريبة.
تدمج الشريحة -حلقة PLL فائقة الدقة-محرك نبضي لتعديل التردد الخطي داخليًا. وهو يدعم ثلاث قنوات لنقل الإشارة وقناتين لاستقبال الإشارة، مع تشغيل قناتين في وقت واحد أثناء إرسال إشارة الموجة الملليمترية. يشتمل IWR1443 على نظامي تحكم راديو ARM Cortex-R4F: أحدهما لمعايرة التردد اللاسلكي ومراقبة السلامة، والآخر للتحكم الرئيسي في الشريحة، مما يتيح التبديل السلس بين الوضعين المزدوج الرئيسي والتابع.
للتواصل، فهو يتميز بواجهتين SPI مما يتيح الاتصال بالمعالجات الطرفية للتحكم. تستخدم إدارة الطاقة شبكة طاقة منخفضة-منقطعة الطاقة، مما يؤدي إلى تحسين نسبة رفض مصدر الطاقة. يعمل IWR1443 ضمن نطاق درجة حرارة واسع يتراوح من -40 درجة إلى 105 درجة، ويستخدم حزمة BGA مدمجة مقاس 10.4 مم × 10.4 مم مكونة من 161 سنًا. وهذا يسهل تصميم التخطيط للمهندسين مع تقليل متطلبات المساحة. تتميز هذه الشريحة بحجمها الصغير، واستهلاكها المنخفض للطاقة، ودقتها العالية، وتحملها لدرجة الحرارة الواسعة، وهي مثالية للتطبيقات الصناعية بما في ذلك أتمتة المصانع، وأجهزة استشعار المسافة الصناعية، وأجهزة استشعار السرعة الصناعية، وأجهزة حماية السلامة.
TI IWR6843 60–64 جيجا هرتز روبوت صناعي ذكي ملليمتر - مستشعر رادار الموجة
عندما تعمل الروبوتات الصناعية جنبًا إلى جنب مع البشر، فإنها تتحرك ببطء. يجب على الشركات المصنعة للأذرع الآلية والروبوتات الصناعية الآلية تعزيز قدرات الاستشعار البيئي في تصميمات الروبوتات لاكتشاف الاصطدامات المحتملة ومنعها بسرعة. ولمعالجة هذه المشكلة، قامت TI بتطوير مستشعر رادار الموجة IWR6843 ملليمتر - للروبوتات.
تعمل شريحة الاستشعار الذكية هذه، المستندة إلى تقنية FMCW، على إجراء-معالجة البيانات واتخاذ القرار-في الوقت الفعلي أثناء التشغيل في نطاق التردد 60–64 جيجا هرتز. وهو يدعم استقبال 4-قنوات، و3-نقل إشارات الموجات المليمترية، والتحكم في الحلقة المغلقة PLL، وتسريع الأجهزة. تتوافق مواصفاته إلى حد كبير مع IWR1443، وتختلف بشكل أساسي عن طريق دمج معالج إشارة C674x DSP لتعزيز القوة الحسابية. تكتشف شريحة مستشعر الرادار هذه الأشياء على مسافة 10 أمتار، دون أي قيود على نوع الهدف المكتشف.
فيما يتعلق بزاوية الاكتشاف، فهو يدعم اكتشاف زاوية عريضة تبلغ 120 درجة كحد أقصى-لاستشعار البيئة المحيطة بدقة، مما يمنع الاصطدامات الخطيرة بين الروبوتات الصناعية والأشياء أو الأشخاص الآخرين. يعمل IWR6843 بفعالية في البيئات التي تحتوي على دخان أو غبار أو ظروف إضاءة سيئة ويمكنه اكتشاف الأجسام الشفافة، وتلبية احتياجات الإنتاج الصناعي ومواجهة تحديات التفاعل-بين الإنسان والآلة.
ملخص
يرتبط التقدم السريع في الأتمتة الصناعية ارتباطًا وثيقًا بتكنولوجيا الاستشعار. يتميز رادار الموجة المليمترية- بقدرته على الاختراق، ونطاق الكشف، ومقاومته للتداخل البيئي. بالمقارنة مع الليدار، فهو يوفر ميزة تكلفة أقل نسبيًا ويتم اعتماده الآن على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي. تعمل هذه التقنية على دفع الأتمتة الصناعية إلى الأمام، مما يجعلها قادرة على احتضان عصر الصناعة 4.0 بقدرات معززة.