magyar elektronika

Hírlevél

Tájékozódjon legfrissebb cikkeinkről, híreinkről!

Valós email cím megadása kötelező

Invalid Input

Invalid Input

Digi lidA jelenlét érzékelése kulcsszerepet játszik az épületautomatizálásban, az egészségügyben, a biztonságban és az épületek védelmében. Bár a fejlesztők a rendelkezésre álló összetevőkből összerakhatják a megfelelő személyszámláló megoldásokat, és kifejleszthetik a megfelelő algoritmusokat, ez időigényes és költséges lehet. A fejlettebb és korszerűbb képességekkel és funkciókkal rendelkező megoldások gyorsabb elérhetővé tételére vonatkozó megnövekedett elvárások közepette – beleértve a közösségi távolságtartásra vonatkozó követelmények támogatását is – egyszerűbb és gyorsabb megközelítésre van szükség.

 

Ez a cikk a jelenlét érzékelését járja körül, és azt, hogy miért vált ez ilyen lényeges funkcióvá. Ezután bemutatja az Analog Devices átfogó, teljes körű személyszámláló csomagját, és ismerteti, hogyan lehet megkezdeni annak használatát. A készlet használatával a tervezők megfelelhetnek a jelenlét-érzékelő funkciókon alapuló kifinomult alkalmazások egyre bővülő listájával szemben támasztott szerteágazó követelményeknek.

 

Miért fontos a jelenlét érzékelése?

Az egyének számának, helyének és az épületen belüli mozgásának nyomon követése számos területen kap egyre nagyobb szerepet. Az automatizált épületfelügyeleti rendszereken (BMS) belül a helyiségek kihasználtságának és az ott tartózkodók mozgásának nyomon követése továbbra is alapvető fontosságú az irodák, tárgyalótermek és egyéb közös helyiségek teljes körű kihasználásához. A világjárványok idején ez a képesség segít biztosítani azt is, hogy az ott tartózkodók biztonságos távolságot tudjanak tartani egymástól a belső terekben. Amikor a dolgozók visszatérnek majd az irodaházakba, a helyiségek foglaltságának figyelésére való képesség segít a vállalatoknak csökkenteni a jellemzően nagyszámú kihasználatlan helyiség által felmerülő energiapazarlást. Az irodák kihasználtsága, amely 2019-ben [a] már mintegy 68%-ra csökkent, a világjárvány idején meredeken zuhant, és 2021 [b] közepére már mindössze körülbelül 32%-ra esett vissza.
Az épületekben lévő terek kihasználtságának optimalizálásán és a közösségi távolságtartás elősegítésén túl azonban a kihasználtság aktív mérése is alapvető fontosságúvá vált az egyre növekvő energiafogyasztás megfékezéséhez. A World Green Building Council [1] (A Zöld Épületek Világtanácsa) szerint az épületek és az építőipar felelősek a globális szén-dioxid-kibocsátás 39%-áért. Még pontosabban az épületek világítására, fűtésére és hűtésére felhasznált energia a világ szén-dioxid-kibocsátásának 28%-át teszi ki. (A fennmaradó 11% az épületek életciklusa során felhasznált anyagok és az építés szén-dioxid-kibocsátási mennyiségéhez kapcsolódik.)
Miután az elmúlt évtized nagy részében stagnált az épületekhez kapcsolódó szén-dioxid-kibocsátás, 2019-ben minden eddiginél magasabb szintre nőtt a szélsőséges időjárás okozta megnövekedett energiaigény miatt. 2019 a nyilvántartások szerint valójában a legmelegebb évnek bizonyult 2016 után, amikor a globális időjárási minták és az emelkedő globális hőmérsékleti értékek a szokatlanul meleg időjárás „tökéletes viharában” egyesültek. Az egyre melegedő időjárás tendenciája folytatódott, és 2020-ban még melegebb volt, mint 2019-ben. Ennek eredményeként az amerikai Nemzeti Óceán- és Légkörkutató Hivatal (NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration) szerint a nyilvántartásokban szereplő eddigi három legmelegebb évnek 2016 (az 1. legmelegebb), 2020 (a 2. legmelegebb) és 2019 (a 3. legmelegebb) számít [2]. A tendencia folytatódik: 2021 júliusa a valaha mért legmelegebb hónap volt világszerte [3]. Mivel a júliust megelőző négy hónap mindegyike a valaha mért 10 legmelegebb hónap közé tartozik [4], a NOAA arra számít, hogy 2021 globálisan valószínűleg a valaha mért 10 legmelegebb év egyike lesz.
Az éghajlatot befolyásoló szén-dioxid-kibocsátás csökkentésére irányuló nemzeti stratégiák világszerte az épületek hatékonyabb energiafelhasználását tekintik a tervezés központi elemének. Az egyes vállalatok számára a kisebb energiafogyasztás közvetlen előnyökkel jár az eredményesség és az alkalmazottak jóléte szempontjából.
Annak ellenére, hogy az alapvető kihasználtsági adatok egyre fontosabbak az energiafelhasználás minimálisra csökkentésében, a legtöbb vállalat a belépőkártya-leolvasási adatokra vagy képi megfigyelésre hagyatkozik – holott ezek egyike sem képes pontos és értékelhető adatokat szolgáltatni a helyiségek kihasználtságáról, amire szükség lenne az épületek hatékony energiagazdálkodásához. A kihasználtság mérésére hatékonyabb eszközre van szükség.

 

Egy jelenlét-érzékelő megoldás megvalósítása

Az automatizált jelenlét-érzékelő megoldások tervezése és megvalósítása több területre kiterjedő szakértelmet igényel, hogy az érzékelőket, a kis fogyasztású processzorokat és az összekapcsolt rendszereket pontos személyszámláló algoritmusokkal teljes körű alkalmazásokká lehessen kombinálni, amelyek képesek azonnal reagálni, amikor emberek lépnek be a belső terekbe vagy hagyják el azokat. Ennek kifejlesztése és támogatása időt és erőforrásokat igényel. Az Analog Devices egyszerűbb utat kínál: az ADSW4000 EagleEye-t, egy 2D képi érzékelésen alapuló, kis fogyasztású, kis sávszélességű, teljes beágyazható platformot, amelyet kifejezetten arra terveztek, hogy a helykihasználás optimalizálása és az energiafogyasztás minimálisra csökkentése érdekében mindig tényleges és pontos adatokat szolgáltasson.
A készlet az Analog Devices saját fejlesztésű People Count algoritmusára épül, amely az Analog Devices ADSP-BF707 sorozatú Blackfin digitális jelfeldolgozó processzorainak (DSP) egyik tagján fut. Az ADSW4000 EagleEye adatokat szolgáltat az egymástól elválasztott belső terek kihasználtságáról, lehetővé téve a vállalatok számára, hogy a legnagyobb haszon érdekében megteremtsék az egyensúlyt az irodai terek kihasználtsága és az energiafogyasztás között.
Mivel a képelemző és személyszámláló feladatokat kizárólag a Blackfin processzorral végzi, az EagleEye algoritmus biztosítja, hogy minden kép az ADSW4000 platformon marad annak érdekében, hogy semmilyen személyazonosításra alkalmas adat ne hagyja el a platformot. Ez megfelel a világszerte egyre növekvő számú adatvédelmi szabályozásoknak. A Blackfin processzor által előállított eredmények egy olyan adatcsomagra korlátozódnak, amely tartalmazza a megfigyelt érdekeltségi területen (ROI) tartózkodó emberek számát, x,y koordináták szerinti helyzetüket az adott területen, és azt, hogy mozgásban vannak-e vagy sem.
A magas szintű jelenlét-érzékelő alkalmazások fejlesztésének felgyorsítása érdekében az Analog Devices integrálja ADSW4000 EagleEye People Count platformját az EVAL-ADSW4000KTZ EagleEye próbakészletbe. Az EagleEye algoritmusának az érzékelőtől a számítási felhőig mindent tartalmazó, teljesen kulcsrakész megvalósításaként szolgáló próbakészlet lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy a felhőalapú internetes irányítópult segítségével azonnal használatba vegyék a jelenlét-érzékelést. Alternatív megoldásként a készlet szolgálhat egyéni rendszerek alapjául is, lehetővé téve a fejlesztők számára, hogy saját személyszámláló módszereik kivitelezésének részletei helyett a magasabb szintű alkalmazásaikra összpontosítsanak.

 

Az önálló alrendszerek felgyorsítják a kivitelezést

Az EagleEye próbakészlet két alrendszerből áll, amelyek közül az egyik a Blackfin digitális jelfeldolgozó processzoron (DSP) alapuló, a személyszámlálási adatok előállítására szolgáló alrendszer, a másik pedig az Analog Devices cég ADuCM4050 jelű mikro­vezérlő egységén (MCU) alapuló külön alrendszer, amelynek feladata az összekapcsolt rendszereknek és az alkalmazások magasabb szintű funkcióinak a kezelése (1. ábra).

 

Digi 1 nagy

1. ábra Az Analog Devices EagleEye próbakészletében egy DSP alrendszer képeket készít és dolgoz fel az Analog Devices ADSP-BF707 Blackfin DSP sorozat egyik tagján futó ADSW4000 EagleEye PeopleCount algoritmus segítségével (kép: Analog Devices)

 


Az alrendszer az érdeklődésre számot tartó területről történő képfelvételhez az ON Semiconductor cég ASX340AT3C00XPED0-DPBR jelű egylapkás CMOS digitális képérzékelő rendszerére (SoC) épülő 2D képérzékelő modult használja, infravörös (IR) szűrővel kombinálva. Az EagleEye PeopleCount ADSW4000 algoritmus az Analog Devices EagleEye keretrendszer szolgáltatásaival együttműködve az ADSP-BF707 Blackfin digitális jelfeldolgozó processzoron (DSP) fut az ISSI cég IS25LP512M jelű 512 MB-os soros flashmemóriáját és a Micron Technology cég MT46H64M16LF jelű 1 GB-os, kis fogyasztású DDR SDRAM-ját (dupla adatsebességű szinkron dinamikus véletlen hozzáférésű memória) használva.
Ebben az alrendszerben az ADSP-BF707 Blackfin DSP kiválóan alkalmas a személyszámláláshoz szükséges összetett képgyűjtési és -feldolgozási feladatok kezelésére. A jelfeldolgozó futószalag több hardveres szorzó-tároló (MAC) egységet tartalmaz, valamint SIMD (egyutasításos, többadatos) képességekkel is rendelkezik.
Az ADSP-BF707 Blackfin processzoron futó ADSW4000 ADI EagleEye PeopleCount algoritmus a célterületen belül akár 90%-os számolási pontosság elérésére is képes. Ugyanilyen fontos, hogy az alrendszer gyorsan adja vissza az eredményeket. Például az alrendszernek attól a pillanattól számítva, amikor egy személy belép az érdekeltségi területre, mindössze 300 ezredmásodperc­­re (ms) van szüksége annak felismerésére, hogy a terület üres ál­lapotúból foglalt állapotúvá vált. Az érdekeltségi terület foglaltról üres állapotúra válásának felismeréséhez szükséges időt a felhasználó állíthatja be, alapértelmezés szerint ez öt perc.
Hasonlóan alacsony a késleltetés a személyek előállított száma és helyzetadatai esetében is. Az algoritmus 1,5 másodpercen belül frissített létszám- és helyzetadatokat szolgáltat, amint egy személy a felhasználó által az üzembe helyezés során meghatározott zónába lép. A személy észlelése után az algoritmusnak mindössze 113 ms-ra van szüksége ahhoz, hogy frissített létszám- és helyzetadatokat szolgáltasson.
Amint fentebb említettük, az Analog Devices EagleEye platformja nem továbbítja a rögzített képeket. Ehelyett a DSP az UART (univerzális aszinkron adó-vevő) portot használja leküldéses (push) üzemmódban a foglaltsági metaadatok továbbítására. A JSON formátumban továbbított metaadatcsomag tartalmazza a foglaltsági állapotot (foglalt vagy üres), a személyek számát, a személyek x,y koordinátával megadott helyét és egyéb adatokat (1. táblázat).

 

Digi T1 nagy

1. táblázat Az Analog Devices EagleEye algoritmusa azzal gondoskodik a felhasználók adatvédelméről, hogy nem továbbít személyazonosításra alkalmas
adatokat, hanem egy olyan csomagot állít elő, amely az itt felsorolt metaadatokat tartalmazza (táblázat: Analog Devices)

 


A DSP alrendszer után következő ADuCM4050 mikrovezérlős alrendszer az AWS FreeRTOS környezetben fut, és támogatja a magas szintű EagleEye alkalmazást, valamint az érzékelők üzembe helyezéséhez és az Analog Devices kapcsolódó felhőalapú szolgáltatásával való kommunikációhoz szükséges csatlakozási szolgáltatásokat (2. ábra).

 

Digi 2

2. ábra Az EagleEye próbakészlet Analog Devices ADuCM4050 mikro­vezérlőn alapuló mikrovezérlős alrendszere támogatja a magasabb szintű IIoT-területeken való felhasználást, és biztosítja a csatlakozási szolgáltatásokat helyben, valamint a készlet és a felhő, illetve más épületfelügyeleti
rendszerek között (kép: Analog Devices)

 


A 32 bites ADuCM4050 mikrovezérlő átfogó feldolgozási környezetet kínál az ipari dolgok internetének (IIoT) olyan alkalmazásaihoz, mint az Analog Devices EagleEye. Az ADuCM4050 az ipari alkalmazások összetett munkaterhelésének támogatása érdekében egy 52 MHz-es ARM Cortex-M4F processzormagra épül, beépített lebegőpontos (FPU) és memóriavédelmi (MPU) egységgel, hardveres titkosításgyorsítóval és védett kulcstárolóval.
A beépített energiagazdálkodási funkciók, köztük a többféle energiagazdálkodási üzemmód, valamint az órajelkapuzási képességek lehetővé teszik az eszköz számára a kis fogyasztással történő munkavégzést. Ennek eredményeképpen a mikrovezérlőnek aktív üzemmódban (jellemzően) mindössze 41 μA/MHz, hibernált üzemmódban pedig (jellemzően) 0,65 μA áramfelvételre van szüksége. A tétlen időszakokban a processzor gyors éledéses kikapcsolt üzemmódban (jellemzően) csak 0,20 μA, amíg teljesen kikapcsolt üzemmódban mindössze 50 nA áramot fogyaszt.

 

A személyszámlálás gyors elkezdése

A próbakészletben az Analog Devices a digitális jelfeldolgozó processzoros (DSP) és a mikrovezérlős (MCU) alrendszereket egy kamerás érzékelővel, egy objektívvel, LED-ekkel és gombokkal kombinálja egy kis helyigényű burkolatban (3. ábra).

 

Digi 3

3. ábra A gyors telepítésűre tervezett, az Analog Devices EagleEye próba­készletében lévő 2D kép­érzékelő egység könnyen felszerelhető azon
érdekeltségi terület fölé, ahol személyszámlálásra van szükség (kép: Analog Devices)

 


A fejlesztők gyorsan kiépíthetik a személyszámláló rendszert, egyszerűen felszerelve az érzékelőegységet a megfelelő helyiségben vagy beltérben, közvetlenül az érdekeltségi terület fölé. Az érzékelő többféle forrásból származó energia használatára képes. A felhasználók tápkábelen át elláthatják az egység egyenáramú csatlakozóját 5,5–36 V egyenfeszültséggel, de táplálhatják az egységet USB áramforrásról mikro-USB-kábel vagy 1 m-en túli távolságok esetén aktív USB-hosszabbító segítségével.
Az érzékelőegység felszerelése után a felhasználók szemrevételezéssel ellenőrizhetik az érzékelő elhelyezését, a kívánt látómezőt pedig az Apple App Store áruházban iOS táblagépekhez vagy a Google Play áruházban Android táblagépekhez elérhető EagleEye PeopleCount alkalmazással (4. ábra).

 

Digi 4

4. ábra Az Analog Devices cég EagleEye PeopleCount alkalmazása lehetővé teszi az érzékelőegység elhelyezésének üzembe helyezés előtti egyszerű ellenőrzését (kép: Analog Devices)

 

 

Miután a felhasználók ellenőrizték az érzékelő látómezejét, a készülék rövid üzembe helyezésével folytathatják a munkát. Az üzembe helyezés és később a működés során a felhasználók az érzékelőegységbe épített DSP (digitális jelfeldolgozó processzor) és MCU (mikrovezérlő) LED segítségével ellenőrizhetik az adott alrendszerek pillanatnyi állapotát (2. táblázat).

 

Digi T2

2. táblázat Az Analog Devices cég EagleEye próbakészletének érzékelőegységébe épített külön LED-ek folyamatosan jelzik a DSP és
az MCU alrendszer állapotát (táblázat: Analog Devices)

 


Az alkalmazás végigvezeti a felhasználókat az érzékelő üzembe helyezéséhez szükséges néhány lépésen. Ennek során a felhasználók néhány „figyelendő” maszk, például a padlómaszk (5. ábra, bal oldal) kiválasztásával beállíthatják, hogy az algoritmus mely területeket figyelje a látómezőn belül. A figyelésből kizárt területek ugyanolyan fontosak a pontos számláláshoz. Az üzembe helyezési folyamat során a társalkalmazás lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy különböző kizáró maszkokat adjanak meg, hogy a rendszer ne figyelje például az ablakokat és monitorok képernyőit (5. ábra, jobb oldal).

 

Digi 5

5. ábra Az üzembe helyezés során a felhasználók a társalkalmazás segítségével jelölhetik ki azokat a területeket, amelyeket az EagleEye PeopleCount algoritmusnak figyelnie kell, illetve figyelmen kívül kell hagynia. Ehhez „figyelendő” maszkokat (például a padlómaszk – balra) és „figyelésből kizárva” maszkokat (az ablakok és más, a személyszámlálás pontosságát rontó területek – jobbra) használhatnak (kép: Analog Devices)

 


A felszerelés és üzembe helyezés után az érzékelőegység elkezdi továbbítani metaadatait az Analog Devices felhőjébe. A regisztráció során megadott hitelesítő adatokkal a felhőbe bejelentkezve a felhasználók megtekinthetik a foglaltság többféle grafikus ábrázolását (6. ábra).

 

Digi 6

6. ábra Az Analog Devices EagleEye próbakészlet érzékelőegységének felszerelése és üzembe helyezése után a felhasználók bejelentkezhetnek az Analog Devices felhőjében elérhető internetes irányítópultra, amelyen megtekinthetik a valós idejű jelenléti adatokat (kép: Analog Devices)


Az Analog Devices cég EagleEye PeopleCount technikájának platformja beágyazható a megfelelő Blackfin processzorral és alkalmas külső flashmemóriával épített egyedi termékekbe. Az Analog Devices az EagleEye szoftvercsomagot is elérhetővé teszi a próbakészletre regisztrált érdeklődők számára. A mikrovezérlős alrendszerhez a fejlesztők további funkciókat alakíthatnak ki, beleértve a több érzékelő használatát is, bármely olyan rendszerplatformot használva, amely képes az EagleEye érzékelő jelének kezelésére és a szükséges csatlakozások megteremtésére. Azon fejlesztők számára pedig, akik minél hamarabb szeretnének személyszámlálást használni az épületfelügyeleti rendszereikben, az Analog Devices cég EagleEye próbakészlete az érzékelőtől a számítási felhőig mindent tartalmazó kulcsrakész megoldást kínál.

 

Összegzés

Mivel az irodák és egyéb épületrészek világításával, fűtésével és hűtésével járó jelentős energiafogyasztás árát a vállalatok fizetik meg, a gyakran üres irodahelyiségek hatékony erőforrás-gazdálkodása miatt pontosabb foglaltsági adatokra van szükségük. Az ADSW4000KTZ próbakészlet egy kis fogyasztású digitális jelfeldolgozó processzoron futó saját fejlesztésű algoritmuson alapul, és olyan átfogó, az érzékelőtől a számítási felhőig mindent tartalmazó platformot biztosít a jelenlét-érzékelés kiépítéséhez és értékeléséhez, amely képes az épületek hatékonyabb energiagazdálkodásához szükséges valós idejű, helyiségszintű foglaltsági adatokat szolgáltatni.

 

Felhasznált forrásanyagok


[1]: https://www.worldgbc.org/news-media/WorldGBC-embodied-carbon-report-published
[2]: https://www.ncdc.noaa.gov/sotc/global/202107/supplemental/page-1
[3]: https://www.noaa.gov/news/its-official-july-2021-was-earths-hottest-month-on-record
[4]: https://www.noaa.gov/topic-tags/monthly-climate-report
[a]: https://www.us.jll.com/en/space-utilization
[b]: https://www.kastle.com/safety-wellness/getting-america-back-to-work/

 

Szerző: Rolf Horn – Alkalmazástechnikai mérnök, Digi-Key Electronics

 

Digi-Key Electronics
www.digikey.hu
Angol nyelvű kapcsolat
Arkadiusz Rataj

Sales Manager Central Eastern Europe & Turkey
Digi-Key Electronics Germany
Tel.: +48 696 307 330
E-mail: arkadiusz.rataj@digikey.com