使用德州儀器毫米波占用傳感器設(shè)計(jì)智能、高效節(jié)能的空調(diào)
與以往相比，發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的人們對(duì)空調(diào)的依賴度日益增加，這使得能源消耗迅速增加。
根據(jù)國(guó)際能源署（International Energy Association）發(fā)布的報(bào)告“制冷的未來(lái)”，空調(diào)占當(dāng)今交流電總能耗的10%。預(yù)計(jì)到2050年，空調(diào)能耗將增加兩倍，相當(dāng)于美國(guó)、歐盟和日本目前的總電量。到2050年，全球住宅和商業(yè)樓宇中的空調(diào)數(shù)量將從現(xiàn)在的16億臺(tái)增長(zhǎng)到56億臺(tái)。這相當(dāng)于未來(lái)30年中，每秒將售出10臺(tái)新空調(diào)。
在空調(diào)中使用占用傳感器的作用
人體占用傳感通過(guò)適應(yīng)室內(nèi)活動(dòng)水平并將氣流引導(dǎo)到最需要的地方，可使空調(diào)更智能、更高效節(jié)能。圖1展示了一些場(chǎng)景，在這些場(chǎng)景中，來(lái)自占用傳感的反饋，如存在/不存在、活動(dòng)和人的位置檢測(cè)，助于節(jié)約能源，并通過(guò)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和將氣流導(dǎo)向房間內(nèi)的人，使居住環(huán)境更加舒適。
圖1：從占用傳感中獲得的反饋如何確定空調(diào)使用量
被動(dòng)紅外傳感器和攝像機(jī)方案是交流占位傳感中使用的兩種技術(shù)。被動(dòng)紅外傳感器成本低、功耗低，但在明亮日光條件下存在較高的錯(cuò)誤檢測(cè)問(wèn)題，且對(duì)精細(xì)運(yùn)動(dòng)缺乏敏感性。相比之下，攝像機(jī)可提供最高的分辨率，但其可能出現(xiàn)較高的錯(cuò)誤檢測(cè)率，尤其存在陰影和人體照片方面。
在采用駐留傳感實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)，行業(yè)正在朝著通過(guò)邊緣處理使空調(diào)變得更加智能化的方向發(fā)展。除了通過(guò)存在檢測(cè)來(lái)控制空調(diào)運(yùn)行以提高用戶舒適度外，還在向單一傳感技術(shù)發(fā)展。未來(lái)，空調(diào)將集成更多用戶安全監(jiān)控功能，例如跌倒事件檢測(cè)和生命體征監(jiān)測(cè)，包括心率和呼吸頻率。
毫米波傳感器在占用傳感的優(yōu)勢(shì)
德州儀器毫米波（mmWave）傳感器可為相關(guān)區(qū)域中的每個(gè)物體提供豐富的數(shù)據(jù)集，并提供精確的范圍、速度和到達(dá)方向信息。通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)執(zhí)行物體檢測(cè)、分類和跟蹤，可得出人員占用信息，例如人員的存在、不存在、計(jì)數(shù)和相對(duì)于空調(diào)設(shè)備的精確位置。空調(diào)裝置可利用此信息做出明智決策；例如，當(dāng)人員進(jìn)入房間時(shí)，傳感器會(huì)在開(kāi)啟前以最小的預(yù)設(shè)持續(xù)時(shí)間跟蹤該人員是否在場(chǎng)。如果人員留在房?jī)?nèi)，則使用跟蹤/定位信息，空調(diào)可將氣流引向該人員，讓其感到舒適。根據(jù)房?jī)?nèi)人數(shù)，空調(diào)溫度將做出相應(yīng)調(diào)整，以最大程度地提高舒適度并節(jié)約能源。
除數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確性，德州儀器的毫米波傳感器在創(chuàng)建智能、高效節(jié)能的空調(diào)解決方案時(shí)還具有諸多優(yōu)勢(shì)，包括：
減少錯(cuò)誤檢測(cè)；
在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的能力；
美觀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和較小的傳感器尺寸；
由于使用傳感技術(shù)而不是使用攝像機(jī)，因此減少了隱私問(wèn)題。
實(shí)現(xiàn)邊緣智能
德州儀器毫米波60 GHz傳感器在單芯片上集成了調(diào)頻連續(xù)波收發(fā)器、片上監(jiān)測(cè)和校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)、Arm®Cortex®-R4F微控制器和C674x DSP。這種集成實(shí)現(xiàn)了在高度集成的傳感器上實(shí)現(xiàn)智能，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)用程序使用德州儀器的IWR6843 60 GHz 毫米波單芯片傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)商用和住宅用空調(diào)的占用傳感。處理數(shù)據(jù)的傳感器使用Capon波束成形技術(shù)進(jìn)行人員檢測(cè)，并足夠智能地對(duì)物體進(jìn)行分類，以最大程度地減少錯(cuò)誤檢測(cè)。這個(gè)示例應(yīng)用程序演示了在室內(nèi)長(zhǎng)達(dá)八米的范圍內(nèi)，移動(dòng)和靜止人員的+/- 10cm檢測(cè)精度。在室內(nèi)每?jī)擅?人的計(jì)數(shù)密度下，少于5人的人員計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度為100%，最多9人的計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度為85%。
在不遠(yuǎn)的未來(lái)，空調(diào)將成為完全成為自給自足、基于數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，無(wú)需通過(guò)遙控器，也不需要通過(guò)空調(diào)控制單元與人互動(dòng)？照{(diào)中的傳感技術(shù)將不斷收集數(shù)據(jù)以優(yōu)化舒適度。例如，在辦公室環(huán)境中，隨著時(shí)間推移，傳感器將確定從上午9點(diǎn)到下午5點(diǎn)辦公室人數(shù)達(dá)到峰值的時(shí)候；谶@些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將學(xué)習(xí)在高峰時(shí)段引導(dǎo)更多氣流，而在非高峰時(shí)段限制或關(guān)閉氣流，從而減少能耗，節(jié)省企業(yè)支出。
隨著住宅和商用空調(diào)的需求持續(xù)增長(zhǎng)（到2050年增長(zhǎng)三倍），使用毫米波技術(shù)的占用傳感可將空調(diào)總能耗降低多達(dá)35%。未來(lái)，毫米波技術(shù)將不僅對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式繼續(xù)產(chǎn)生更大影響，而且還將減少對(duì)環(huán)境的總體排放。
編輯：ls 最后修改時(shí)間：2023-03-27
