Intelligens otthon energiahatékony IoT radarérzékelőkkel
A radartechnológia és az IoT-érzékelők kombinálásával az intelligens otthon nemcsak biztonságosabbá és kényelmesebbé, hanem energiahatékonyabbá is válik.
Az intelligens otthoni alkalmazások és a csatlakoztatott eszközök száma gyorsan növekszik – ami nem meglepő, hiszen kényelmesebbé teszik a mindennapi életet. A Statista (www.statista.com) becslése szerint világszerte már mintegy 350 millió okosotthon létezik – és ez a szám folyamatosan növekszik. A hátrány a magas energiafogyasztás, aminek az oka, hogy sok eszköz állandóan aktív vagy készenléti üzemmódban van, hogy mindig készen álljon a használatra.
A radarérzékelők előnyei • Kompaktak, így lehetővé teszik a viszonylag kis méretű IoT-rendszerek fejlesztését. • Robusztusak, és számos környezeti és éghajlati körülmény között működnek. Működésüket még a hőmérséklet-ingadozás vagy a fényviszonyok sem befolyásolják jelentősen. • Magas frekvencián (24 vagy 60 GHz) bocsátanak ki rádiófrekvenciás jeleket, amelyek a legtöbb anyagon (pl. műanyagon, üvegen és fán) áthatolnak. Ennek eredményeképpen pontos leolvasást biztosítanak még a falak vagy akadályok mögötti tárgyak esetében is, és elrejthetők a termékburkolatok vagy csomagolások alatt. • Nagy mérési érzékenységet kínálnak, képesek például a nagyon kis mozgások érzékelésére. Ez azt jelenti, hogy létfontosságú adatok rögzítésére használhatók. • Viszonylag kevés energiát fogyasztanak, ami lehetővé teszi az energiahatékony IoT-alkalmazásokat. Az akkumulátoros eszközök nagyon hosszú ideig működhetnek egyetlen elemmel. |
||
Készenléti helyett mélyalvó üzemmód
Gyakran olyan készülékek is készenléti üzemmódban vannak, amelyeknél ez nem lenne szükséges. Amikor például a lakók nincsenek otthon, a termosztátokat, az intelligens hangszórókat és a digitális asszisztenseket mélyalvó üzemmódba lehetne helyezni az energiafogyasztás csökkentése érdekében. A potenciális megtakarítás néhány wattól több mint 100 wattig terjedhet. Az eszközök számától és a mélyalvó üzemmódban töltött időtől függően azonban a megtakarítás gyorsan összeadódhat. Egy számítási példa azt mutatja: háztartásonként öt intelligens eszközzel naponta átlagosan 0,5 kWh takarítható meg – ami 300 millió háztartás esetében évi 55 TWh megtakarítást jelent.
Sok eszköz azonban nem rendelkezik energiatakarékos funkciókkal, például alvó üzemmóddal, vagy a felhasználók kikapcsolják azokat, mert kényelmetlen a használatuk. Ennek az a magyarázata, hogy a mélyalvó üzemmód széles körű alkalmazási funkcionalitással kombinálva gyakran túl hosszú indítási és várakozási időt eredményez a felhasználó számára.
Energiahatékonyság a radartechnológiának és az IoT-érzékelőknek köszönhetően
Hogyan kombinálható a könnyű használat az intelligenciával és az energiahatékonysággal? A radartechnológia és az IoT-érzékelők kombinációja új lehetőségeket nyit meg. Például egy intelligens otthoni eszközbe integrált radarérzékelőt lehet alkalmazni az emberek jelenlétének érzékelésére, s ha nincsenek jelenlétre utaló impulzusok, az okoseszköz automatikusan mélyalvó üzemmódba kapcsol. Az érzékelőtől és a kialakítástól függően a radarmodul mindössze néhány milliwattot fogyaszt, és a maximális fogyasztási szintje mindössze 0,1 W, ami jóval alacsonyabb, mint sok elektronikus eszköz bekapcsolt vagy normál készenléti üzemmódjának energiaigénye.
1. ábra Az okosotthonok érzékelőinek növekvő száma az energiafogyasztást is növeli
A radartechnológia előnyeit más (pl. infravörös) érzékelőkkel szemben egy szellőztető rendszer példáján is láthatjuk. A leghatékonyabban akkor működik, ha hőmérséklet- és CO2-érzékelőkkel kombináljuk, és a rendszer csak akkor lép működésbe, ha szükséges – azaz, ha valaki jelen van, ha a CO2-szint túl magas, vagy ha a hőmérséklet meghaladja az előre beállított határértéket. Más érzékelőkkel ellentétben a radar nemcsak azt érzékeli, hogy vannak-e emberek, hanem azt is, hogy hányan és hol vannak (milyen távolságban az érzékelőtől). Ez lehetővé teszi, hogy az érzékelő optimálisan beállítsa a légkondicionáló rendszer légáramlását.
A 24 és 60 GHz-es radarok az alkalmazások széles körét teszik lehetővé
Az Infineon Technologies a radareszközök változatos portfólióját kínálja számos alkalmazáshoz. A termékek többek között lehetővé teszik a pontos mozgás- és jelenlét-érzékelést az intelligens világítási rendszerek számára, a gesztusfelismerést az intuitív ember-gép interfészekhez az intelligens otthoni eszközökben, a létfontosságú adatok érintés nélküli rögzítését az egészséget felügyelő rendszerekben, valamint a fejlett tárgyszegmentálást és -követést az ipari folyamatok optimalizálásához.
A 24 GHz-es radarcsalád nagy rugalmasságot nyújt a rendszertervezésben, és a felhasználási esetek széles körét lefedi: használható a mozgás és az irány, valamint egy és több célpont sebességének, érkezési szögének és helyzetének meghatározására.
Az Infineon portfóliójában a nagyobb sávszélességet és nagyobb pontosságot igénylő alkalmazásokhoz olcsó és kompakt 60 GHz-es radarok tartoznak, alacsony energiafogyasztással (2. ábra).
2. ábra A 60 GHz-es radarportfólió áttekintése
A 60 GHz-es radarérzékelők az olyan alkalmazások mellett, mint a megfigyelő, világítási és intelligens otthoni eszközökben alkalmazott rövid távú lokalizáció a fogyasztói elektronikában, egészségügyi forgatókönyvekben, vezetőtámogató rendszerekben és ipari alkalmazásokban létfontosságú adatgyűjtésre is használhatók. Minden 60 GHz-es IoT-radarérzékelő méretoptimalizált, és a tokban antennák is találhatók.
A BGT60TR13C modell például egy adó- és három vevőantennával rendelkezik. Az L-alakú antennaelrendezés lehetővé teszi a vízszintes és függőleges szögmérést, míg a rendkívül nagy pontosság a milliméter alatti tartományban történő mozgásérzékelést. A radarérzékelőt például a szórakoztatóelektronikában adatgyűjtésre használják.
A BGT60LTR11AIP egy 60 GHz-es Doppler-radarérzékelő integrált adó- és vevőantennával, valamint integrált mozgás- és irányérzékelővel. Többféle üzemmódot támogat, köztük egy teljesen autonóm üzemmódot, amely nem igényel szoftver- vagy hardvertervezést. Autonóm üzemmódban a radar akár hét méteres távolságból is képes érzékelni egy embert, kevesebb mint 5 mW fogyasztás mellett. Ez teszi a radarérzékelőt ideális mozgásérzékelővé, például intelligens világítás- vagy klímavezérlésben, automatikus ajtónyitásban vagy érintésmentes kapcsolókban, valamint intelligens biztonsági és riasztórendszerekben, beleértve az IP-kamerákat is.
A BGT60UTR11AIP a BGT60 család legújabb tagja, amely a mindössze 4,05 × 4,05 mm-es méretével a legkisebb és legkompaktabb radar a piacon. Igényes alkalmazásokhoz tervezték, ennek megfelelően a frekvenciamodulált folyamatos hullámú radartechnológia érzékenységével és megbízhatóságával rendelkezik.
3. ábra A radarokat kiegészítő fejlesztőkészletek: 24 GHz-es demó Distance2goL (balra), demó BGT60TR13C MMIC (középen) és 60 GHz-es csatlakoztatott érzékelőkészlet (jobbra)
Az Infineon a fejlesztést beágyazott és PC-alapú kiértékelésre szolgáló fejlesztőkészletekkel támogatja, beleértve az algoritmusfejlesztéshez, prototípusok készítéséhez és beágyazott megvalósításhoz szükséges átfogó szoftverfejlesztő készleteket (SDK-kat) és példákat.
Szerzők: Vidya Sriram – vállalati termékmenedzser, Analóg és érzékelők, Rutronik
Okan Kamil Sen – szenzorrendszerek és IoT FAE, Infineon Technologies
Rutronik Magyarország Kft.
1117 Budapest, Alíz utca 1.
Tel.: +36 1 231 3349
E-mail: