智能家居 采用雷达传感器的高能效物联网

06/06/2024 Asia Knowledge Rutronik

雷达技术与物联网传感器相互结合,使智能家居变得更安全、更舒适并且更节能

智能家居应用和联网设备使得人们的日常生活更加便利,它们的数量正在迅猛增长并不意外。Statista估计全球范围已有大约 3.5 亿个智能家居设备,而且还在不断增加。许多智能家居设备长期处于激活或待机模式以便随时使用,因此能耗很高。

 

深度睡眠模式替代待机模式

然而,有些设备其实没有必要处于待机模式。例如,当住户不在家时,恒温器、智能扬声器和数字助理可以进入深度睡眠模式,以减少能源消耗,潜在的节能效果从几瓦到 100 多瓦不等。根据设备的数量及其深度睡眠的时长,节省的电量很快便会积少成多。举例计算如下:如果每个家庭拥有五台智能设备,平均每天可节省 0.5 千瓦时;换句话说,3亿个家庭每年合共可节省55太瓦时电能。

然而,许多设备并不具备睡眠模式等省电功能,或者用户因使用不便而将省电功能关闭。这是因为深度睡眠模式与高应用功能相结合,“睡醒”时通常需要漫长的启动和等待时间。

 

采用雷达技术和物联网传感器提高能效

那么,如何将易用性与智能和高能效结合起来呢?雷达技术与物联网传感器的结合带来了新的可能性。例如,在智能家居设备中集成雷达传感器,可以用来探测家中是否有人。如果探测到没有人,智能设备就会自动切换到深度睡眠模式。根据传感器和设计的不同,雷达模块的功耗仅为几毫瓦,最大功耗水平仅为 0.1 瓦,远远低于许多电子设备开启或进入标准待机模式的能耗需求。 

 

与其他传感器(如红外线)相比,雷达技术的优势可以体现在通风系统的例子中。当雷达与温度传感器和二氧化碳传感器结合使用时,其工作效率最高,而且只有在需要时,即有人在、二氧化碳含量过高或温度超过预设限值时,系统才会启动。与其他传感器不同的是,雷达传感器不仅能检测到是否有人,还能检测到人数和位置(与传感器的距离),从而能够以最佳方式调节空调系统的气流。

 

24 GHz和 60 GHz 雷达实现广泛应用 

英飞凌提供各种雷达组件,适合众多应用。这些产品能够为智能照明系统提供精确的运动和存在检测,比如为智能家居设备中直观的人机界面提供手势识别功能,为健康监测系统提供非接触式重要数据采集,以及为优化工业流程提供先进的物品分类和跟踪功能。

 

24 GHz 雷达系列为系统设计提供了高度灵活性,并可用于广泛的使用案例:比如可用于确定运动和方向,以及单个和多个目标的速度、到达角度和位置。

 

对于要求宽宽带和高精度的应用,英飞凌的产品组合包括低成本紧凑型 60 GHz 低功耗雷达(图 2)。

 

除了为监控、照明和智能家居设备提供短距离定位等应用外,60 GHz 雷达传感器还可用于消费类电子产品、医疗保健方案、驾驶辅助系统和工业应用中的重要数据采集。所有 60 GHz 物联网雷达传感器都经过尺寸优化,并在封装中附带天线。

 

例如,BGT60TR13C型号带有一个发射天线和三个接收天线,L 形的天线布置可进行水平和垂直角度测量,极高的精度可实现亚毫米范围内的运动检测。例如,这些雷达传感器可用于消费电子产品中的重要数据采集。

 

BGT60LTR11AIP是一款集成了发射和接收天线以及运动和方向检测器的60 GHz 多普勒雷达传感器,支持多种工作模式,包括无需软件或硬件设计的全自主模式。在自主模式下,这款雷达可在七米以内的距离探测到人,功耗则小于 5 毫瓦,是运动检测应用的理想选择,如智能照明或气候控制、自动开门或无接触开关,以及包括 IP 摄像头在内的智能安防和报警系统。

 

BGT60UTR11AIP 是 BGT60 系列的最新成员,尺寸仅为 4.05 mm × 4.05 mm,它是市场上最小型、最紧凑的雷达传感器产品。BGT60UTR11AIP专为要求严苛的应用而设计,具有频率调制连续波雷达技术的灵敏度和可靠性。

 

英飞凌提供开发套件以支持嵌入式和 PC评估的开发和评测,包括用于算法开发、原型设计和嵌入式实施的综合软件开发套件 (SDK) 和示例。

 

雷达传感器的优势

  • 结构紧凑,可实现开发体积相对较小的物联网系统
  • 坚固耐用,可在各种环境和气候条件下工作。即使在温度波动或不同光照条件下,运作也不会受到明显影响。
  • 它们以高频(24或60 GHz)传输射频信号,可穿透大多数材料(如塑料、玻璃和木材)。因此,即使侦测对象处于墙壁或障碍物后面,以及隐藏在产品盖子或包装下面,它们也能提供准确的读数。
  • 它们具有很高的测量灵敏度,可以检测到非常微小的移动。这意味着它们可以用来记录重要数据。
  • 它们的耗电量相对较低,可实现高能效的物联网应用。电池供电设备只需一颗电池即可长时间工作

     

作者:儒卓力模拟与传感器公司产品经理 Vidya Sriram和英飞凌传感器系统与物联网 现场应用工程师Okan Kamil Sen

图 1:智能家居中的传感器数量不断增多,也增加了功耗。

图 2:60 GHz 雷达传感器产品组合概览

图 3:雷达配套开发套件:24 GHz 演示板 Distance2goL(左)、演示板 BGT60TR13C MMIC(中)和 60 GHz 连接传感器套件(右)。


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