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毫米波雷达传感器机器人避障及导航技术工业农业医学航天领域

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毫米波雷达传感器机器人避障及导航技术工业农业医学航天领域,伴随着智能移动机器人科学的发展,人们已经认识到未来机器人在工业、农业、医学、航天、人类生活等领域的广泛应用,因此,移动机器人技术也成为学术界和产业界的研究热点。移动机器人实现各种任务的前提条件是导航和避障。该机器人利用外部传感器对环境进行感知,获取包括几何空间在内的多维信息。通过获取的几何空间信息,结合避障算法,可使机器人在移动过程中绕过障碍物,自主规划路径。所以正确测量各种障碍物的距离、角度和相对速度是移动机器人的一项关键技术。


传感器的选择对于正确测量目标的距离、速度、方向等,尤为重要。毫米波雷达传感器是一种利用雷达原理获得多目标距离、速度、角度信息的高精度传感技术。该系统可以以较低的硬件成本(相对于激光传感器)实现高精度、高分辨率和高适应性的探测。毫米波传感器是一种主动非接触式技术,它所发射出的电磁波频率为毫米波(30GHz-300GHz)。这种技术是利用短波波长的电磁波来检测,其测距可达亚毫米级,能穿透塑料、干墙、衣服等材料。此外,毫米波探测基本不受小雨、雪、雾、雾气、烟尘等气象条件的影响,也能在强光和黑暗条件下正常工作。在智能型移动机器人中实现毫米波传感器的关键在于其结构紧凑,其尺寸主要取决于收发天线,其频率越高,其频率越低。所以,随着频率的提高,毫米波传感器在小型化、高集成度方面有着明显的优势。本文研究的毫米波雷达传感器工作频率为24GHz。对于特定的天线波束宽度,24GHz毫米波传感器能够使用较小的接收天线,获得较高的角度分辨率,而采用24GHz的雷达传感器。24GHz频段的另一项优势是带宽可达4GHz,因此能够获得极高的距离分辨率。而且允许远距离操作和高距离可分离。


24GHz频率下的毫米波雷达传感器。从FMCW雷达系统的特点出发,分析了FMCW雷达系统的系统实现方法及测量精度的方法。着重论述FM连续波雷达的信号处理和精度提高问题,并提出解决方法。开发出可以正确测量各种障碍物的距离、角度和相对速度的毫米波雷达传感器,并将其与移动机器人相结合,以更好地实现避障和导航功能,进一步规划路线。


FMCW(FrequencyModulationContinuouswave)即FMCW。七十年代,FM连续波雷达主要用于测距、速度测量,如连续波测高仪、测距雷达、多普勒雷达、汽车防撞雷达等。FMCW雷达是一种利用连续波调频实现速度测量和距离测量的雷达系统。这两种方法早用于无线电高度计的是前苏联科学家H.Barakosi和H.Manzerechtam,后来在实际中得到了广泛的应用。FMCW雷达高度计用于对飞机飞行高度进行测量,其后随着硬件技术的发展、算法的优化和测距精度的提高,FMCW雷达高度表在低空导航、投弹控制、自动着落、自动滑翔等领域得到了广泛的应用。


一种毫米波雷达的发展开始于20世纪40年代,它在50年代开始出现,用于机场交通控制和舰船导航的毫波雷达传感器(工作波长约8毫米),显示出其高精度、高分辨率、小口径等优点。然而,在过去,由于硬件和算法上的困难,毫米波雷达的开发受到了限制。工艺难点主要有:随着工频的增加,功率源输出功率的效率下降,接收混频器和传输线损耗增加。70年代中期,毫米波技术取得了长足的进步,开发出了一些更好的功率源:固体器件,如雪崩管、耿氏振荡器;热离子器件,如磁控管、行波管、速调管,扩展作用振荡器,返波管振荡器和回旋管等。从70年代中后期到现在,毫米波雷达在很多重要民用和军事系统中得到了应用,例如近程高分辨防空系统、导弹制导系统、靶标测量系统等。这一阶段的特点是:随着微波技术的飞速发展和集成电路的迅速发展,防撞雷达逐步实现了低成本、高性能、小型化。80年代以来,FMCW雷达系统各个方面的研究受到了越来越多的关注,再加上数字信号处理、硬件水平和算法的全面进步,FMCW雷达的理论与实现技术也得到了快速发展。FMCW雷达的应用范围包括舰船水上导航、成像、导弹制导、军事战场侦察、近炸引信、气象监测等领域。随着FMCW体制雷达的优点日益突出,毫米波雷达传感器在反辐射导弹、隐身飞机、低空超低空突防、电子干扰等方面的优势日益明显。目前世界上许多国家对该领域关键技术进行了研究和开发,有些国家也开发了FMCW雷达整机。FMCW体制雷达发展至今,已经形成了成熟的理论和完整的技术体系,并在研究方面取得了不少成果。


长久以来,雷达系统在接收端采用多个天线,以改善性能,但是,对于同时使用多个发射天线发射一组独立波形的想法是比较新颖的,该系统利用多种输入和观测多种输出量的探测环境,这类雷达叫做MIMO雷达(MIMO雷达)。受到MIMO技术在提高无线通讯能力方面的成功启发,研究者们从本世纪开始就致力于MIMO雷达的潜力研究。MIMO雷达从某种意义上来说,是相控阵天线的自然扩展,也是相控阵雷达的扩展,因为每个单元之间无需相互关联。


近年来,随着硬件技术的快速发展,市场上出现了大量通用或专用的高速信号处理芯片,使大容量的高精度频谱在工程中得以实现。许多新型FMCW雷达测距测速系统采用高速处理芯片完成对中频回波信号做大点数的快速傅里叶变换,从而在频域内获取目标位置和速度信息。当前用于避障导航的毫米波雷达传感器的工作频率主要为24GHz和77GHz,在这两个频段间的选择上存在着不断的竞争。在测量方面,77GHz毫米波雷达更适用于中长距离测量,24GHz毫米波雷达更适于中短距测量;从系统实现的角度来看,77GHz频段的毫米波雷达为更小的、高性能的传感器提供了更多的可能性。


持续发射电磁波的雷达叫做连续波雷达。按照发送信号的形式,可以分为非调制单频或多频连续波雷达和FM连续波雷达。常规连续波雷达采用频移键控(FSK),连续性(continuouswave,CW)FMCW(frequencymodulatedcontinuouswave,FMCW),这一部分对FSK调制、三角波和锯齿波三种调制模式进行了简要分析。


移频键控(FSK)是指上下移动正弦载波频表示单个二进制值或特定比特模式。频移键控简单形式是二进制频移键控,其中二进制逻辑值1和0是由一个高于或低于中心频率的载波频率来表示。常规BFSK系统中,高频率代表的是一种逻辑高(1),即标记频率。低频代表了低逻辑(0),即空间频率。这些频率都等于中心频率的距离。一种典型的BFSK波形,收发器通过对两个回波信号频率的相位比较来实现fA和fB的传输频率的转换,能够对近地点的目标进行高精度测距,但是不能从不同目标分离回波信号,因此,FSK雷达无法用于多目标的探测。


LFMCW(LFMCW)是一种频谱具有周期线性变化的连续波。LFMCW雷达发射信号的频率在系统带宽范围内呈线性变化,被目标物体反射的回波与发射信号存在频差,利用差频信号可求出目标与雷达的距离。线性FM连续波的调制一般包括对称三角波调制、不对称三角波调制、锯齿波调制等。在这些调制中,对称三角波和锯齿波调制是两种常用的调制方法。


三角形调制是一种广泛应用的调制方法,波形可分为上线性调频和下线调频两大类。基于毫米波雷达传感器的机器人避障导航仿真实验。


本文将Gazebo用于机器人避障和导航仿真。Gazebo是一种能有效模拟复杂室内户外机器人运动环境的三维动态仿真器。该系统可以提供接近真实的物理仿真,有多种物理引擎,丰富的机器人模型和环境库,支持多传感器,友好的图形编程等。Gazebo的典型应用包括机器人算法测试、移动机器人设计、机器人仿真工作等等。这一部分以Gazebo环境为基础,模拟了毫米波雷达传感器的移动机器人及其工作场景。本文采用Ubuntu16.04LTS操作系统作为Gazebo的运行环境,通过这个系统建立机器人操作系统(RobotOperatingSystem,在安装了相关的配套软件包后,就可以对移动机器人进行模拟仿真了。


所用的模拟移动机器人模型。在仿真过程中,通过积分速度指令和角度指令来计算运动里程与坐标系间的比例。载入了一个完整的三维物理引擎场景,它模拟了6个小房间,每个房间都有不同的物品。自定义房间里的物体,真实地模拟移动机器人工作时所面临的复杂环境。


以ROS为基础的3D可视化工具RViz能够提供包括传感器数据、机器人模型、环境图在内的模拟结果可视化结果。采用RViz的一个好处是与ROS紧密集成。举例来说,RViz可以在ROS中显示几种不同的标准数据类型。另外,它还能对多个传感器和多个设备的数据进行汇总。


移动机器人环境下,带有毫米波雷达传感器的障碍物检测仿真结果。因为毫米波雷达传感器可以检测到±60°角,因此在模拟中增加了全向转台,使毫米波雷达传感器可以实现全向检测。被检测到的障碍物从左到右依次是:水泥墩,易拉罐,书架和下面的垃圾桶。毫米波雷达传感器检测到的障碍物轮廓能为机器人的避障和导航提供支持。


对装有毫米波雷达传感器的移动机器人进行地图导航模拟。该图为六边形,在地图中间均匀分布三行、三列障碍,先确定移动机器人开始位置和预期到达终点位置,然后用毫米波雷达传感器得到环境点云图,根据AStar算法来规划路径,从而实现避障和导航功能。AStar算法是一种启发式路径规划算法,它利用启发函数把Dijkstra算法与广度优先搜索算法(BFS)的结果相结合,可以快速地求解路径规划问题,因而在路径规划中得到了广泛应用。


毫米波雷达传感器指标性能分析将直接影响毫米波雷达传感器性能的好坏,能否准确地检测出目标的距离、速度、角度等信息,还需要对雷达硬件信号处理能力作进一步的测试,并验证其检测效果。从雷达方程来看,远距测量模式下,目标RCS可检测到10m2的远距离为150m,该距离分辨率为0.37m,受中频带宽的限制;可以探测目标的大速度是25m/s,可测得的速度分辨率为0.13m/s,可检测到的到达角范围为±60°,分辨率为15°。近距离测量模式下,由于受中频带宽的限制,雷达可以检测出RCS为10平方千米的远距离,该距离分辨率是0.04m;可以检测到目标的大速度是10m/s,可测得的速度分辨率为0.13m/s,可检测到的到达角范围为±60°,分辨率为15°。


在完成了系统的硬件设计、算法设计、功能调试之后,本文对所研制的毫米波雷达传感器在户外环境下的检测效果进行了试验。这一部分将介绍雷达的实验过程,验证雷达的测距、速度和角度的测量能力,将实验数据与实际数据进行比较,分析实验结果,进一步优化传感器的性能。用于试验的毫米波雷达传感器。使用毫米波雷达将在接下来的三个实验场景中进行外场试验。


雷达测距较远的车辆时,其距离信息由上位机软件显示,由于被测物体的运动目标仅有香槟色汽车,与其它车辆一样处于静止状态,并且上位机软件上的信息实时显示,这样就与上位机上的速度信息相结合,从测车的红色记号不难看出,距离雷达约30米。测试车辆左边的聚类目标是道路左转停停的车辆,而右车聚类目标是停车,由于远距模式的距离分辨能力较低,因此在进行聚类时,会把相隔较近的自行车集中在一起。雷达测距较远的车辆时,其速度信息由上位机软件显示,可到图中红色标记处为被测车辆,接近速度约2m/s,因汽车朝雷达的方向靠近,因此速度为正。停在那里的车和自行车的速度是0。


在此基础上,对智能移动机器人及其工作场景进行了三维仿真,通过添加或去除障碍物以达到复杂多变的工作场景需求,然后利用基于ROS的三维可视化工具,实现了机器人避障导航的探测模拟。其次,对毫米波雷达传感系统进行了定标,分别对近程和远距离测量两种方式的传感器进行了标定,使得雷达在有限的硬件条件下,通过优化算法,达到了测量要求。并将所测景物二的测量结果与测量结果对比,将所测的距离、速度、角度等信息由上位计算机软件实时显示出来。


该文以毫米波雷达传感器为基础,针对其防撞、避障、导航等功能需求,初步验证了该传感器的可行性和可靠性。在对雷达系统特性分析的基础上,重点论述了FM连续波雷达的中频回波信号处理和系统实现。本文所做的主要研究内容包括:


(1)介绍了毫米波雷达传感器以及移动机器人的发展与研究现状,主要介绍了雷达的研究背景及其意义,了解了国内外毫米波雷达的新进展,FMCW体制雷达的技术体系。研究和掌握了FMCW体制雷达传感器发射波形的原理。本文第二章对三种典型调制波形的雷达系统进行了建模和对比,通过理论联系实际,给出了FastChirp方法的锯齿波调制方法,并详细阐述了利用这种调制波形建立雷达数据立方的过程。


(2)雷达信号处理算法研究,主要包括中频信号处理中的关键算法研究。对各种信号处理算法进行了分析和研究,包括窗函数、FFT、恒虚警、DBSCAN聚类等。根据实验场景采用不同的窗口函数,在不同测距方式下,采用不同点数的FFT算法,进一步改进了恒虚警算法,使该算法在不占用存储空间的情况下,有效地避免了多目标掩蔽。


(3)研究了MIMO体制雷达的工作原理、数据传输、建立和处理流程。针对中频信号处理过程中,采用Ping-Pong数据缓存技术提高数据传输效率,并根据时序对回波信号的处理与存储进行了分析和描述。


(4)在基于毫米波雷达传感器的机器人模拟环境情景,以Gazebo环境为基础,对移动机器人及其工作场景进行了模拟,利用ROS软件实现模拟探测演示,分析总结了毫米波传感器在避障导航过程中的作用及效果;针对机器人避障导航的场景需求,本文介绍了所研制的毫米波雷达传感器在三种场景下的外场环境测试,并对测距结果进行了对比分析。

uA级别智能门锁低功耗雷达模块让门锁更加智能省电节约功耗,指纹门锁并不是什么新鲜事,我相信每个人都很熟悉。随着近年来智能家居的逐步普及,指纹门锁也进入了成千上万的家庭。今天的功耗雷达模块指纹门锁不仅消除了繁琐的钥匙,而且还提供了各种智能功能,uA级别智能门锁低功耗雷达模块用在智能门锁上,可以实现门锁的智能感应屏幕,使电池寿命延长3-5倍,如与其他智能家居连接,成为智能场景的开关。所以今天的指纹门锁更被称为智能门锁。 今天,让我们来谈谈功耗雷达模块智能门锁的安全性。希望能让更多想知道智能门锁的朋友认识下。 指纹识别是智能门锁的核心 指纹识别技术在我们的智能手机上随处可见。从以前的实体指纹识别到屏幕下的指纹识别,可以说指纹识别技术已经相当成熟。指纹识别可以说是整个uA级低功耗雷达模块智能门锁的核心。 目前主要有三种常见的指纹识别方法,即光学指纹识别、半导体指纹识别和超声指纹识别。 光学指纹识别 让我们先谈谈光学指纹识别的原理实际上是光的反射。我们都知道指纹本身是不均匀的。当光照射到我们的指纹上时,它会反射,光接收器可以通过接收反射的光来绘制我们的指纹。就像激光雷达测绘一样。 光学指纹识别通常出现在打卡机上,手机上的屏幕指纹识别技术也使用光学指纹识别。今天的光学指纹识别已经达到了非常快的识别速度。 然而,光学指纹识别有一个缺点,即硬件上的活体识别无法实现,容易被指模破解。通常,活体识别是通过软件算法进行的。如果算法处理不当,很容易翻车。 此外,光学指纹识别也容易受到液体的影响,湿手解锁的成功率也会下降。 超声指纹识别 超声指纹识别也被称为射频指纹识别,其原理与光学类型相似,但超声波使用声波反射,实际上是声纳的缩小版本。因为使用声波,不要担心水折射会降低识别率,所以超声指纹识别可以湿手解锁。然而,超声指纹识别在防破解方面与光学类型一样,不能实现硬件,可以被指模破解,活体识别仍然依赖于算法。 半导体指纹识别 半导体指纹识别主要采用电容、电场(即我们所说的电感)、温度和压力原理来实现指纹图像的收集。当用户将手指放在前面时,皮肤形成电容阵列的极板,电容阵列的背面是绝缘极板。由于不同区域指纹的脊柱与谷物之间的距离也不同,因此每个单元的电容量随之变化,从而获得指纹图像。半导体指纹识别具有价格低、体积小、识别率高的优点,因此大多数uA级低功耗雷达模块智能门锁都采用了这种方案。半导体指纹识别的另一个功能是活体识别。传统的硅胶指模无法破解。 当然,这并不意味着半导体可以百分识别活体。所谓的半导体指纹识别活体检测不使用指纹活体体征。本质上,它取决于皮肤的材料特性,这意味着虽然传统的硅胶指模无法破解。 一般来说,无论哪种指纹识别,都有可能被破解,只是说破解的水平。然而,今天的指纹识别,无论是硬件生活识别还是算法生活识别,都相对成熟,很难破解。毕竟,都可以通过支付级别的认证,大大保证安全。 目前,市场上大多数智能门锁仍将保留钥匙孔。除了指纹解锁外,用户还可以用传统钥匙开门。留下钥匙孔的主要目的是在指纹识别故障或智能门锁耗尽时仍有开门的方法。但由于有钥匙孔,它表明它可以通过技术手段解锁。 目前市场上的锁等级可分为A、B、C三个等级,这三个等级主要是通过防暴开锁和防技术开锁的程度来区分的。A级锁要求技术解锁时间不少于1分钟,B级锁要求不少于5分钟。即使是高级别的C级锁也只要求技术解锁时间不少于10分钟。 也就是说,现在市场上大多数门锁,无论是什么级别,在专业的解锁大师面前都糊,只不过是时间长短。 安全是重要的,是否安全增加了人们对uA级别低功耗雷达模块智能门锁安全的担忧。事实上,现在到处都是摄像头,强大的人脸识别,以及移动支付的出现,使家庭现金减少,所有这些都使得入室盗窃的成本急剧上升,近年来各省市的入室盗窃几乎呈悬崖状下降。 换句话说,无论锁有多安全,无论锁有多难打开,都可能比在门口安装摄像头更具威慑力。 因此,担心uA级别低功耗雷达模块智能门锁是否不安全可能意义不大。毕竟,家里的防盗锁可能不安全。我们应该更加关注门锁能给我们带来多少便利。 我们要考虑的是智能门锁的兼容性和通用性。毕竟,智能门锁近年来才流行起来。大多数人在后期将普通机械门锁升级为智能门锁。因此,智能门锁能否与原门兼容是非常重要的。如果不兼容,发现无法安装是一件非常麻烦的事情。 uA级别低功耗雷达模块智能门锁主要是为了避免带钥匙的麻烦。因此,智能门锁的便利性尤为重要。便利性主要体现在指纹的识别率上。手指受伤导致指纹磨损或老年人指纹较浅。智能门锁能否识别是非常重要的。 当然,如果指纹真的失效,是否有其他解锁方案,如密码解锁或NFC解锁。还需要注意密码解锁是否有虚假密码等防窥镜措施。 当然,智能门锁的耐久性也是一个需要特别注意的地方。uA级别低功耗雷达模块智能门锁主要依靠内部电池供电,这就要求智能门锁的耐久性尽可能好,否则经常充电或更换电池会非常麻烦。
微波雷达传感器雷达感应浴室镜上的应用,如今,家用电器的智能化已成为一种常态,越来越多的人开始在自己的浴室里安装智能浴室镜。但是还有很多人对智能浴镜的理解还不够深入,今天就来说说这个话题。 什么是智能浴室镜?智慧型浴室镜,顾名思义,就是卫浴镜子智能化升级,入门级产品基本具备了彩灯和镜面触摸功能,更高档次的产品安装有微波雷达传感器智能感应,当感应到有人接近到一定距离即可开启亮灯或者亮屏操作,也可三色无极调,智能除雾,语音交互,日程安排备忘,甚至在镜子上看电视,听音乐,气象预报,问题查询,智能控制,健康管理等。 智能化雷达感应浴室镜与普通镜的区别,为什么要选TA?,就功能而言,普通浴镜价格用它没有什么压力!而且雷达感应智能浴镜会让人犹豫不决是否“值得一看”。就功能和应用而言,普通浴镜功能单一,而微波雷达传感器智能浴室镜功能创新:镜子灯光色温和亮度可以自由调节,镜面还可以湿手触控,智能除雾,既环保又健康! 尽管智能浴镜比较新颖,但功能丰富,体验感更好,特别是入门级的智能浴镜,具有基础智能化功能,真的适合想体验下智能化的小伙伴们。 给卫生间安装微波雷达传感器浴室镜安装注意什么? ①确定智能浴室镜的安装位置,因为是安装时在墙壁上打孔,一旦安装后一般无法移动位置。 ②在选购雷达感应智能浴室镜时,根据安装位置确定镜子的形状和尺寸。 ③确定智能浴镜的安装位置后,在布线时为镜子预留好电源线。 ④确定微波雷达传感器智能浴镜的安装高度,一般智能浴镜的标准安装高度约85cm(从地砖到镜子底),具体安装高度要根据家庭成员的身高及使用习惯来决定。 ⑤镜面遇到污渍,可用酒精或30%清洁稀释液擦洗,平时可用干毛巾养护,注意多通风。
冰箱屏幕唤醒微波雷达传感器屏幕唤醒性能强悍智能感应,随着年轻一代消费观念的转变,冰箱作为厨房和客厅的核心家用电器之一,也升级为健康、智能、高端的形象。在新产品发布会上,推出了大屏幕的冰箱,不仅屏幕优秀,而且微波雷达传感器屏幕唤醒性能强大。 大屏智能互联,听歌看剧购物新体验 冰箱植入冰箱屏幕唤醒微波雷达传感器触摸屏,重新定义了冰箱的核心价值。除了冰箱的保鲜功能外,该显示屏还集控制中心、娱乐中心和购物中心于一体,让您在无聊的烹饪过程中不会落后于听歌、看剧和购物。新的烹饪体验是前所未有的。 不仅如此,21.5英寸的屏幕也是整个房子智能互联的互动入口。未来的家将是一个充满屏幕的家。冰箱可以通过微波雷达传感器屏幕与家庭智能产品连接。烹饪时,你可以通过冰箱观看洗衣机的工作,当你不能腾出手来照顾孩子时,你可以通过冰箱屏幕连接家庭摄像头,看到孩子的情况。冰箱的推出标志着屏幕上的未来之家正在迅速到来。 管理RFID食材,建立健康的家庭生活 据报道,5G冰箱配备了RFID食品材料管理模块,用户将自动记录和储存食品,无需操作。此外,冰箱还可以追溯食品来源,监控食品材料从诞生到用户的整个过程,以确保食品安全;当食品即将过期时,冰箱会自动提醒用户提供健康的饮食和生活。 风冷无霜,清新无痕 冰箱的出现是人类延长食品保存期的一项伟大发明。一个好的冰箱必须有很强的保存能力。5g冰箱采用双360度循环供气系统。智能补水功能使食品原料享受全方位保鲜,紧紧锁住水分和营养,防止食品原料越来越干燥。此外,该送风系统可将其送到冰箱的每个角落,消除每个储藏空间的温差,减少手工除霜的麻烦,使食品不再粘连。 进口电诱导保鲜技术,创新黑科技加持 针对传统冰箱保存日期不够长的痛点,5g互联网冰箱采用日本进口电诱导保存技术,不仅可以实现水果储存冰箱2周以上不腐烂发霉,还可以使蔬菜储存25天不发黄、不起皱。在-1℃~-5℃下,配料不易冻结,储存时间较长。冷冻食品解冻后无血,营养大化。此外,微波雷达传感器5g冰箱还支持-7℃~-24℃的温度调节,以满足不同配料的储存要求。 180°矢量变频,省电时更安静 一台好的压缩机对冰箱至关重要。冰箱配备了变频压缩机。180°矢量变频技术可根据冷藏室和冷冻室的需要有效提供冷却,达到食品原料的保鲜效果。180°矢量变频技术不仅大大降低了功耗,而且以非常低的分贝操作机器。保鲜效果和节能安静的技术冰箱可以在许多智能冰箱中占有一席之地,仅仅通过这种搭配就吸引了许多消费者的青睐。 配备天然草本滤芯,不再担心串味 各种成分一起储存在冰箱中,难以避免串味。此外,冰箱内容易滋生细菌,冰箱总是有异味。针对这一问题,冰箱创新配置了天然草本杀菌除臭滤芯。该滤芯提取了多种天然草本活性因子,可有效杀菌99.9%,抑制冰箱异味,保持食材新鲜。不仅如此,这个草本滤芯可以更快、更方便、更无忧地拆卸。家里有冰箱,开始健康保鲜的生活。 目前,冰箱屏幕唤醒微波雷达传感器正在继续推动家庭物联网的快速普及,相信在不久的将来,智能家电将成为互动终端。
无线通信芯片上海乐鑫官网代理商ESP32-C3照朋硬件设计,本文介绍智能照明产品的主要组成及各种应用场景,并以LED智能灯为例说明智能照产品的主要硬件模块框架;然后介绍如何基于无线通信芯片上海乐鑫官网代理商ESP32-C3 芯片及模组设计一个智能照明产品实现调光、调色的控制以及无线通信功能,相关的设计方案也可以扩展应用于灯带、吸顶灯射灯等多种 LED智能照明产品中。 智能照明产品一般采用 LED 作为发光源,LED 是一种固态电光源,是一种半导体照明器件具有功耗低、寿命长,便于调节控制及无污染等特征,相比传统的照明产品,具有更高的光能转换效率。同时智能照明产品都具有无线连接功能,无线通信芯片上海乐鑫官网代理商支持通过 Wi-Fi Bluetooth LE 或 ZigBe连接到无线路由器或智能网关,然后连接互联网和云端服务器。用户不仅可以使用智能手机平板电脑、具有语音控制功能的智能音箱、智能控制面板等来调节 LED 智能灯的发光亮度和颜色;也可以设置多个定时开灯和关灯的时间;还可以把多个 LED 智能灯编组,同时控制-组 LED 智能灯的亮度和颜色。在 LED 智能灯中,可以预先设置多个灯光场景模式,用户自由切换多个灯光场景模式,满足家庭日常生活的需求,如打开影院模式,可以使整个环培灯光调暗;打开阅读模式,可以自动将灯光调节到不会伤害眼睛的柔和亮度;打开音乐模式不仅可以改变灯光的颜色,还可以实现灯光跟随音乐节奏的闪烁功能;在晚餐时,暖色灯光可以营造出温馨的用餐氛围;在入睡时,只需要打开睡眠模式即可关闭除夜灯外的所有灯光非常方便。 从以上说明中,我们了解到智能照明产品的主要特点是可以通过多种无线连接方式进行开关调光、调色等操作。下面以彩色 LED 智能灯为例,介绍智能照明产品的主要组成部分,以及控制功能的实现。 彩色 LED 智能灯的结构,主要包括连接灯座的 E27 标准灯头、塑胶包裹铝灯体电源及LED 驱动板、无线通信芯片上海乐鑫官网代理商Wi-Fi 模块、LED 灯珠及铝基板,以及高透光灯罩。与传统的 LED 球泡灯相比,彩色LED智能灯增加了一个 Wi-Fi/Bluetooth LE 模块,这个模块是如何实现彩色LED智能灯的无线控制的呢?下面将从功能实现方面进一步展开介绍。 彩色LED智能灯的功能单元框图,主要包括220VAC-DC 电源模块、LED驱动恒流源、3.3V输出辅助电源、PWM 控制及无线通信,以及多种颜色的 LED灯珠等。 LEDPWM的河光、诚色展,能明产品 (如彩色 LED 智能灯》发光亮度和颜色的化是通过对LED力湖皇原牌,“调色来实现的,其中调光方法主要分为横拟调光和数光,模拟调光是通过改进行图)打珠回路中电流大小来实现的:数字调光又称为PWM调是通过不同然宽的PWN信开启和关闭LED灯珠来改变正向电流的导通时间,从现调光的。这里先简单介绍使用 PWM 信号进行 PWM调光的方法。 使用可控制恒流源分别驱动LED灯珠时,可通过2路 PWM 信号的不同占空比来互补调节暖自(ww)和冷自CW)LED灯珠的动电流比例,实现色温的调节;可以通过3路PW信号的不同占空比控制对应不同颜色的亮度,彩色 LED 智能灯可以发出不同颜色 LED灯。 (1)220VAC-DC 电源模块。彩色 LED 智能灯的输入电源通常是高压交流电源,我国家用混合后的颜色,实现颜色的调节。准交流电源的电压为220V。220 VAC-DC 电源模块首先通过整流桥将交流电转换为直流并将电压降低到 18~40V,然后供给LED 驱动恒流源。因为PWM 控制及无线通信的工作压通常是 3.3 V,所以还有另一路直流降压的辅助电源,会把电压降低到 3.3 V。 (2)LED 驱动恒流源。为了确保多个 LED 灯珠发光的一致性,通常要把多个 LED 灯珠串在一起,并使用可控制恒流源来驱动。LED 灯珠的亮度可通过 PWM 信号控制恒流源来进行调节,LED 驱动恒流源1用于驱动冷白 (CW) 和暖白(WW)的 LED 灯珠,电源输出会比较大一些:LED驱动恒流源2用于驱动红色 (R)/绿色(G)(B)的LED灯珠主要用来调节颜色,电源输出功率相对小一些。 (3)LED 灯珠。在彩色 LED 智能灯中,通常都会包含暖白、冷白、红色、绿色、蓝色五种颜色的 LED 灯珠,其中暖白和冷白的 LED 灯珠数量会多一些,用于照明;红色、绿色和蓝的 LED 灯珠数量少一些,用于实现不同颜色的混色。 (4)PWM 控制及无线通信。在智能照明产品中,无线通信芯片上海乐鑫官网代理商为了实现PWM控制和无线通信功能,通常会选用具有无线通信功能的高集成度的系统级芯片(SoC)。系统级芯片支持多路 PWM信号输出,支持 Wi-Fi、Bluetooth LE 或 ZigBee 等一种或多种主流的无线通信功能,能够运行嵌入式RTOS,支持软件应用开发。如果使用支持 Wi-Fi功能的芯片,就可以通过 Wi-Fi 路由器接到互联网和云端服务器;如果使用支持 Buetooth LE 或 ZigBee 功能的芯片,则通常还需罗配置一个支持 Bluetooth LE或 ZigBee 的网关设备,通过网关设备转接到以太网或 Wi-Fi路器后,才能连接到互联网和云端服务器。 以上简要介绍了彩色 LED 智能灯的主要组成单元,以及调光、调色功能的实现,从中可以出,PWM控制及无线通信的使用是智能照明产品与普通照明产品的大区别。本文后续内将重点介绍如何基于无线通信芯片上海乐鑫官网代理商ESP32-C3芯片进行小便件系统设计,实现 PWM 调光、调色,以及线通信功能。这部分的功能实现也适用于射灯、吸项灯、灯具、灯带等多种智能照明产品。
无线通讯芯片wifimesh组网方案乐鑫代理商Mac系统安装ESP-IDF开发环境,在 Mac 系统下安装 ESPIDP 开发环境的流程和 Linux 系统一致,库代码下载和工具链安命令也完全相同,只是安装依赖软件包的命令略不相同。 1.安装依赖软件包 pip 作为Python 包管理工具,将用于后续 Python 软件包的安装。打开终端,输入以下命令安装pip: % sudo easy_install pip 安装包管理工具 HomeBrew 用于安装其他依赖软件,输入下面的命令可安装 HomeBrew: %    /bin/bash    -c    "$(curl-fsSI https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/installlHEAD/install.sh) ” 输入以下命令可安装依赖软件包: % brew python3 install cmake ninja ccache dfu-util 2.下载ESP-IDF 仓库代码 与 Linux 系统中下载 ESP-IDF 仓库代码的方法相同 3.安装ESP-IDF开发工具链 与Linux 系统中安装 ESP-IDF 开发工具链的方法相同 VS Code代码编辑工具的安装 ESP-IDF SDK 默认不附带代码编辑工具(新的Windows 版安装工具可选择安装 ESP-IDFEclipse),读者可使用任何文本编辑工具进行代码的编辑,代码编辑完成后可在终端控制台使用命令进行代码的编译。 VS Code (VisualStudio Code) 是一个免费的代码编辑工具,具有丰富且易用的插件功能,支持代码跳转和高亮显示,支持 Git 版本管理和终端集成等。另外乐鑫科技也为 VS Code 开发了专用插件 EspressifIDF,方便工程配置和调试。 读者可以使用命令 code 在 VSCode 中快速打开当前文件夹,也可以使用命令 ctrl+~ 在 VSCode 中打开系统默认的终端控制台。 第三方开发环境简介 除了支持以C语言为主的官方开发环境 ESP-IDF,ESP32-C3 还支持其他主流开发语言和大量第三方开发环境,主要包括: (1)Arduino。是一个开源硬件和开源软件平台,支持包括 ESP32-C3 在内的大量微控制器Arduino 基于 C++ 语言的 API,由于使用简单和标准,在开发者社区广泛流行,也被称为Arduino 语言,被广泛应用在原型开发和教学领域。同时 Arduino 还提供一个可扩展软件包的IDE,可以一键完成代码编译和烧录工作。 (2)MicroPython。是可在嵌入式微控制器平台上运行的 Python3 语言解析器,通过简单的脚本语言即可直接调用ESP32-C3 的外设资源(如UART、SPI、I2C等)和通信功能(如 Wi-FiBluetooth LE),能够大大简化与硬件的交互过程。结合 Python 的大量数学运算库,用户可以在ESP32-C3 上轻松实现复杂的算法,加速人工智能相关应用的开发。借助脚本语言的特性用户不需要重复代码的编译和烧录过程,只需要修改运行脚本即可。 (3)NodeMCU。是一个针对 ESP 系列芯片开发的LUA 语言解析器,几乎支持 ESP 芯片的所有外设功能,相比MicroPython 也更加轻量。同样,NodeMCU 也有脚本语言,具有无须重复编译的优点。 除此以外,ESP32-C3 还支持 NuttX和Zephyr 操作系统。NuttX 是支持 POSIX 兼接口的实时操作系统,提高了应用软件的可移植性。Zephyr 是专为物联网场景开发的小型实时操作系统,包含了大量的物联网开发过程中需要的软件库,正逐渐发展为完整的软件生态系统。
ESP32-C3无线路由芯片乐鑫信息代理商ESP-IDF开发环境搭建,本文首先介绍 ESP32-C3 的官方软件开发框架 ESP-IDF(包含开发环境),以及在不同计算机操作系统上搭建开发环境的方法:然后以一个典型工程为例,介绍 ESP-IDF 代码工程结构、编译系统,以及相关开发工具的使用方法;后演示示例代码的实际编译和运行过程,详细解读不同环节的输出信息。 ESP-IDF概述 ESP-IDF(EspressifIoT Development Framework) 是ESP32-C3无线路由芯片乐鑫信息代理商提供的一站式物联网开发框架它以C/C++为主要的开发语言,支持 Linux、Mac、Windows 等主流操作系统下的交叉编译提供的示例程序均是基于 ESP-IDF 搭建的,具有以下特性: (1)包含 ESP32、ESP32-S2、ESP32-C3 等系列的SoC 系统级驱动,主要包括外设底层 LL(LowLevel)库、HAL (Hardware Abstraction Layer)库、RTOS 支持和上层驱动软件等。(2)包含物联网开发必要的基础组件,主要包括 HTTP、MQTT 等多种网络协议栈,可支持动态调频的电源管理框架,以及 Flash 加密方案和 Secure Boot 方案等。(3)提供了开发和量产过程中常用的构建、烧录和调试工具 (见图4-1),例如基于 CMake 的构建系统、基于 GCC 的交叉编译工具链、基于 OpenOCD 的JTAG 调试工具等。值得注意的是,ESP32-C3无线路由芯片乐鑫信息代理商ESP-IDF 代码主要遵守 Apache 2.0开源协议,在遵守开源协议的前提下,用户可以不受限制地进行个人或商业软件开发,并且免费拥有永久的专利许可,无须开源修改后的源代码。 ESP-IDF 版本介绍 ESP-IDF代码在GitHub 上开源,目前有v3、v4和v5三个主要版本,每个主要版本通常包含多个不同的子版本,如v4.2、v4.3 等。ESP32-C3无线路由芯片乐鑫信息代理商还为每个已发布的子版本提供30个月的 bug修复、安全修复支持,因此一般还会发布子版本的修订版本,如v4.3.1、4.2.2等。不同版本的ESP-IDF对乐鑫芯片的支持状态如表4-1所示,其中 preview 表示提供预览版本的支持,预览版本可能缺少关键的功能或文档,supported 表示提供正式版本的支持。 主要版本的迭代往往伴随着框架结构的调整和编译系统的更新,如 v3.* 到 v4.* 的主要变化是构建系统从Make 逐渐迁移到 CMake; 子版本的选代一般意味着新增功能或新增芯片支持还需要注意稳定版本和 GitHub 分支的区别和联系,如上所述的带有 v** 或**.* 标签的版本均为稳定版本,稳定版本已通过乐鑫科技的完整内部测试,同一版本下的代码、工具链、发布文档在固定后不再变更。而 GitHub 分支(如 release/v4.3 分支)则几乎每天都会有新的代码提交,因此,同在该分支下的两份代码可能是不同的,需要开发者及时更新。 乐鑫科技 ESP-IDF Git 的工作流程如下 新的改动总是在 master 分支(主开发分支) 上进行的,master 分支上的 ESP-IDF 版本带有-dev标签,表示正在开发中,如v4.3-dev。master 分支上的改动将首先在乐鑫科装的内部仓库中进行代码审阅与测试,然后在自动化测试完成后推至 GitHub。新版本一且完成特性开发(在 master 分支上进行)并达到进入 Beta 测试的标准,则会将个新版本切换至一个新分支(如 release/v4.3)。此外,这个新分支还会加上预发布标签(如v4.3-beta1)。开发者可以在 GitHub 平台上查看ESP32-C3无线路由芯片乐鑫信息代理商ESP-IDF 的完整分支列表和标签列表Beta 版本(预发布版本)可能仍存在大量已知问题,随着对 Beta 版本的不断测试,bug 修复将同时增加至该版本分支和 master 分支,而 master 分支可能也已经开始为下个版本开发新特性了。当测试快结束时,该发布分支上将增加一个 rc 标签,表示候选发布 (ReleaseCandidate),如 v4.3-rc1,此时该分支仍属于预发布版本。 如果一直未发现或未报告重大 bug,则该预发布版本将终增加主要版本 (如 5.0)或次要版本标记(如v4.3),成为正式发布版本,并体现在发布说明页面中。后续,该版本中发现的bug 都将在该发布分支上进行修复。在人工测试完成后,该分支将增加一个 Bugfix 版本标签(如 v4.3.2),并体现在发布说明页面中。 选择一个合适的版本 由于ESP-IDF从v4.3版本正式开始对 ESP32-C3 提供支持,在撰写时还未正式发布 v4.4版本,因此使用的是 v4.3.2 修订版本。当阅读本文时,可能已经发布了 v4.4 版本或更新的版本,对于版本的选择,我们建议: (1)对于入门开发者,推荐选择稳定的 v4.3 版本及其修订版本,与示例版本保持一致。 (2)如果有量产需求,则推荐使用新的稳定版本,以便获得及时的技术支持。 (3)如果需要尝试ESP32-C3无线路由芯片乐鑫信息代理商新芯片或者预研产品新功能,请使用 master 分支,新版本包含所有的新特性,但存在已知或未知的 bug。 (4)如果使用的稳定版本没有新特性,又想降低使用 master 分支的风险,请使用对应的发布分支,如 release/v4.4 分支(ESP-IDF GitHub 会先创建 release/v4.4 分支,等完成全部功能的开发和测试后,再基于该分支的某一历史节点发布稳定的 v4.4 版本)。 ESP-IDF SDK目录总览 ESP32-C3无线路由芯片乐鑫信息代理商ESP-IDF SDK 包含esp-idf 和.espressif 两个主要目录,前者主要包含 ESP-IDF 仓库源代码文件和编译脚本,后者主要保存编译工具链等软件。熟悉这两个目录,有助于开发者更好地利用已有的资源,加快开发过程。 (1)ESP-IDF 仓库代码目录 (~/esp/esp-idf)  1)组件目录 components。该目录是 ESP-IDF 的核心目录,集成了大量的核心软件组件,任何一个工程代码都无法完全脱离该目录的组件进行编译。该目录包括对多款乐鑫芯片的驱动支持,从外设底层 LL 库、HAL 库接口,到上层 Driver、VFS 层支持,都能找到对应的组件,以供开发者进行不同层级的开发;ESP32-C3无线路由芯片乐鑫信息代理商ESP-IDF 还适配了多种标准网络协议栈,如 TCP/IP、HTTP、MQTT、WebSocket 等,开发者可以使用 Socket 等自己熟悉的接口完成网络应用的开发。组件作为一个功能完整的模块,可以方便地集成在应用程序中。
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