使用 TI 毫米波占位傳感器設(shè)計(jì)高能效的智能空調(diào)

文章中討論的其他器件：IWR6843

與以往相比，發(fā)達(dá)國(guó)家/地區(qū)和發(fā)展中國(guó)家/地區(qū)的人們?nèi)缃窀右蕾嚳照{(diào) (AC) 來(lái)獲得舒適的生活空間，因此，能源消耗也隨之快速增加。

根據(jù)國(guó)際能源協(xié)會(huì)的“制冷的未來(lái)”報(bào)告，空調(diào)占當(dāng)今總能源消耗的 10%。預(yù)計(jì)到 2050 年，這一使用量將增加兩倍，相當(dāng)于美國(guó)、歐盟和日本目前的總發(fā)電量。到 2050 年，全球住宅和商業(yè)建筑中空調(diào)的數(shù)量將從今天的 16 億臺(tái)增加到 56 億臺(tái)。這相當(dāng)于在接下來(lái)的 30 年中每秒鐘即有 10 臺(tái)新空調(diào)售出。

圖1 展示從占位感應(yīng)獲得的反饋如何確定空調(diào)使用情況的場(chǎng)景

占位感應(yīng)在空調(diào)中的作用

通過(guò)適應(yīng)室內(nèi)活動(dòng)水平并將氣流引導(dǎo)到更需要的地方，人體占位感應(yīng)可以使空調(diào)更智能、更節(jié)能。圖 1 展示了一些場(chǎng)景，在這些場(chǎng)景中，占位感應(yīng)（如在場(chǎng)/不在場(chǎng)、活動(dòng)和人員位置檢測(cè)）提供反饋，通過(guò)調(diào)節(jié)室溫并將氣流導(dǎo)向室內(nèi)居用人員，可有助于節(jié)約能源并使環(huán)境更加舒適。

無(wú)源紅外傳感器和攝像頭解決方案是空調(diào)占位感應(yīng)中使用的兩種技術(shù)。無(wú)源紅外傳感器成本低、功耗低，但在明亮日光下的誤檢測(cè)率較高，對(duì)精細(xì)運(yùn)動(dòng)缺乏敏感性。相比之下，攝像頭可提供出色的分辨率，但有可能出現(xiàn)更高的錯(cuò)誤檢測(cè)率，尤其是檢測(cè)陰影和人像圖片。無(wú)源紅外傳感器和攝像頭解決方案都是光學(xué)傳感器，在設(shè)計(jì)中將需要光學(xué)設(shè)計(jì)，需要額外開(kāi)孔，將可能影響外觀設(shè)計(jì)。

整個(gè)行業(yè)采用占位感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，同時(shí)也致力于通過(guò)邊緣處理使空調(diào)更加智能。除了通過(guò)存在檢測(cè)來(lái)控制空調(diào)操作以提高用戶舒適度之外，還不斷致力于采用單一傳感技術(shù)。未來(lái)，空調(diào)將集成用于用戶安全監(jiān)測(cè)的附加功能，例如跌倒事件檢測(cè)和生命體征監(jiān)測(cè)，包括心率和呼吸率。

毫米波傳感器在占位感應(yīng)中的優(yōu)勢(shì)

TI 毫米波 (mmWave) 傳感器提供豐富的數(shù)據(jù)集，其中包含相關(guān)區(qū)域中每個(gè)對(duì)象的精確范圍、速度和到達(dá)方向信息。通過(guò)執(zhí)行對(duì)象檢測(cè)、分類(lèi)和跟蹤的數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)，可以獲取人員占位信息，例如人員在場(chǎng)、不在場(chǎng)、人數(shù)以及人員相對(duì)于空調(diào)設(shè)備的精確位置。空調(diào)設(shè)備可以使用這些信息來(lái)做出明智的決策；例如，當(dāng)有人進(jìn)入房間時(shí)，傳感器會(huì)在開(kāi)啟氣流之前在最短預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)跟蹤此人的在場(chǎng)狀態(tài)。如果此人留在房間里，空調(diào)通過(guò)使用跟蹤/定位信息將氣流向此人引導(dǎo)，以便為其提供舒適感。空調(diào)還會(huì)根據(jù)房間內(nèi)的人數(shù)調(diào)整溫度，以實(shí)現(xiàn)更大的舒適度和更好的節(jié)能效果。

除了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度之外，TI 的毫米波傳感器在創(chuàng)建高能效的智能空調(diào)解決方案時(shí)還提供了諸多優(yōu)勢(shì)，其中包括：

●   減少了誤檢測(cè)

●    可在惡劣環(huán)境下正常運(yùn)行

●    產(chǎn)品設(shè)計(jì)美觀，外型小巧

●    使用傳感技術(shù)而非攝像頭，可減少隱私顧慮。在保護(hù)隱私的前提下，實(shí)現(xiàn)人數(shù)統(tǒng)計(jì)及目標(biāo)追蹤

實(shí)現(xiàn)邊緣智能化

TI 毫米波 60GHz 傳感器在單個(gè)芯片上集成了調(diào)頻連續(xù)波收發(fā)器、片上監(jiān)控和校準(zhǔn)機(jī)制、Arm? Cortex?-R4F 微控制器和 C674x DSP。此集成特性可支持在高度集成的傳感器上實(shí)現(xiàn)智能化，并在器件本身進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。

一個(gè)示例應(yīng)用使用 TI 的 IWR6843 60GHz 毫米波單芯片傳感器為商業(yè)和住宅空調(diào)實(shí)現(xiàn)占位感應(yīng)。處理數(shù)據(jù)的傳感器使用 Capon 波束成形進(jìn)行人員檢測(cè)，并且可以智能地對(duì)對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)以更大程度地減少錯(cuò)誤檢測(cè)。此示例應(yīng)用展示了 +/-10 厘米的人員（包括移動(dòng)和靜止）檢測(cè)精度，室內(nèi)檢測(cè)距離可長(zhǎng)達(dá) 8 米。計(jì)數(shù)密度為每?jī)擅?3 人，人數(shù)少于 5 人時(shí)，準(zhǔn)確率為 100%；房間內(nèi)最多 9 人時(shí)，準(zhǔn)確率為 85%。

在不久的將來(lái)，空調(diào)將成為基于數(shù)據(jù)的完全獨(dú)立系統(tǒng)，無(wú)需遙控器或通過(guò)空調(diào)控制單元進(jìn)行人機(jī)交互?？照{(diào)中的傳感技術(shù)不斷收集數(shù)據(jù)，以便提供更佳的舒適度。例如，在辦公室環(huán)境中，傳感器可隨著時(shí)間的推移確定從上午 9 點(diǎn)到下午 5 點(diǎn)在辦公室的人數(shù)最多?；谶@些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將學(xué)習(xí)在忙碌時(shí)段引導(dǎo)更多氣流，并在非高峰時(shí)段限制或關(guān)閉氣流，以便減少能源消耗，進(jìn)而節(jié)省企業(yè)費(fèi)用。

住宅和商用空調(diào)的需求持續(xù)增長(zhǎng)，到 2050 年將增加兩倍。使用毫米波技術(shù)的占位感應(yīng)可以將整體空調(diào)能耗降低多達(dá) 35%。展望未來(lái)，毫米波技術(shù)不僅會(huì)繼續(xù)對(duì) HVAC 系統(tǒng)的運(yùn)行方式產(chǎn)生更大的影響，還能夠減少環(huán)境中的污染物總體排放量。