Figura 1: Numărul tot mai mare de senzori din casele inteligente crește, totodată, consumul de energie. (Sursa imaginii: Infineon)
Numărul aplicațiilor pentru case inteligente și al dispozitivelor conectate este în creștere rapidă – ceea ce nu este surprinzător, deoarece acestea fac viața de zi cu zi mai comodă. “Statista” estimează că există deja aproximativ 350 de milioane de case inteligente în întreaga lume – iar numărul lor continuă să crească. Dezavantajul este consumul ridicat de energie. Motivul este acela că multe dintre dispozitive sunt permanent active sau se află în modul standby (în așteptare) pentru a fi gata de utilizare în orice moment.
‘Deep sleep’ în loc de ‘standby’
Cu toate acestea, de multe ori nu este necesar ca un dispozitiv să se afle în modul ‘standby’. De exemplu, atunci când locatarii nu sunt acasă, termostatele, difuzoarele inteligente și asistenții digitali ar putea fi puse în modul ‘deep sleep’ pentru a reduce consumul de energie. Economiile posibile variază de la câțiva wați la peste 100 de wați. Totuși, în funcție de numărul de dispozitive și de timpul în care acestea se află în modul ‘deep sleep’, economiile se pot aduna rapid. Iată un exemplu de calcul: Cu cinci dispozitive inteligente per locuință, ați putea economisi, zilnic, aproximativ 0,5 kWh. Pentru 300 de milioane de gospodării, acest lucru ar însemna o economie de 55 TWh pe an!
Însă, multe dispozitive nu dispun de funcții de economisire a energiei, cum ar fi modul ‘sleep’, sau utilizatorii le dezactivează pentru că sunt incomod de utilizat. Explicația este că modul ‘deep sleep’, combinat cu o funcționalitate ridicată a aplicației, duce adesea la timpi lungi de pornire și de așteptare pentru utilizator.
Eficiență energetică grație tehnologiei radar și a senzorilor IoT
Așadar, cum poate fi combinată ușurința în utilizare cu inteligența și eficiența energetică? Combinația dintre tehnologia radar și senzorii IoT deschide noi posibilități. De exemplu, un senzor radar integrat într-un dispozitiv inteligent pentru casă poate fi utilizat pentru a detecta prezența persoanelor. În cazul în care nu există astfel de impulsuri, dispozitivul inteligent va trece automat în modul de somn profund (deep sleep). În funcție de senzor și de design, modulul radar propriu-zis consumă doar câțiva miliwați și are un nivel maxim de consum de putere de doar 0,1 W, ceea ce este cu mult sub cerințele energetice ale modului ‘ON’ sau ale modului ‘standby standard’ al multor dispozitive electronice.
Avantajele tehnologiei radar față de alți senzori (de exemplu, senzorii IR) pot fi observate în exemplul unui sistem de ventilație. Acesta funcționează cel mai eficient atunci când este combinat cu senzori de temperatură și CO2, iar sistemul este activat doar atunci când este necesar – de exemplu, atunci când este prezentă o persoană, când nivelul de CO2 este prea ridicat sau când temperatura depășește limita prestabilită. Spre deosebire de alți senzori, radarul detectează nu numai prezența persoanelor, ci și câte și unde se află acestea (la ce distanță de senzor). Acest lucru permite senzorului să regleze optim fluxul de aer al sistemului de aer condiționat.
Senzorii radar de 24 și 60 GHz permit o gamă largă de aplicații
Infineon Technologies oferă un portofoliu divers de componente radar pentru numeroase aplicații. Printre altele, produsele permit detectarea precisă a mișcării și a prezenței pentru sistemele de iluminat inteligente, recunoașterea gesturilor pentru interfețe om-mașină intuitive în dispozitivele casnice inteligente, achiziția fără contact a datelor vitale în sistemele de monitorizare a sănătății și a stării de bine, precum și segmentarea și urmărirea avansată a obiectelor pentru optimizarea proceselor industriale.
Familia de senzori radar de 24 GHz oferă flexibilitate înaltă în proiectarea sistemelor și acoperă o gamă largă de cazuri de utilizare: Ea poate fi utilizată pentru a determina mișcarea și direcția, precum și viteza, unghiul de sosire și poziția unor ținte unice și/sau multiple.
Pentru aplicațiile care necesită o lățime de bandă largă și o precizie mai mare, portofoliul Infineon include senzori radar de 60 GHz ieftini și compacți, cu un consum redus de putere (Figura 2).
Figura 2: Prezentare generală a portofoliului de senzori radar de 60 GHz. (Sursa imaginii: Infineon)
Pe lângă aplicațiile precum localizarea pe rază scurtă de acțiune în dispozitive de supraveghere, iluminat și dispozitive inteligente pentru casă, senzorii radar de 60 GHz sunt, de asemenea, utilizați pentru achiziția de date vitale în electronice de consum, scenarii de îngrijire a sănătății, sisteme de asistență pentru șoferi și aplicații industriale. Toți senzorii radar IoT de 60 GHz sunt optimizați din punct de vedere al dimensiunilor și includ antene.
De exemplu, modelul BGT60TR13C conține o antenă de emisie și trei antene de recepție. Dispunerea antenelor în formă de L permite măsurarea unghiurilor orizontale și verticale. Precizia extrem de ridicată permite detectarea mișcării în intervalul sub milimetric. Senzorul radar este utilizat, de pildă, pentru achiziția de date vitale în electronicele de consum.
BGT60LTR11AIP este un senzor radar Doppler de 60 GHz ce integrează o antenă de emisie și recepție, precum și detectoare de mișcare și de direcție. Acesta suportă mai multe moduri de funcționare, inclusiv un mod complet autonom care nu necesită programare sau proiectare hardware. În modul autonom, radarul poate detecta un om la o distanță de până la șapte metri, consumând mai puțin de 5 mW. Acest lucru face ca senzorul radar să fie ideal pentru detectarea mișcării, cum ar fi în sistemele inteligente de iluminat sau de control al climatizării, deschiderea automată a ușilor sau întrerupătoarele fără contact, precum și în sistemele inteligente de securitate și alarmă, inclusiv în camere IP.
Figura 3: Kiturile de dezvoltare vin în completarea senzorilor radar: demo Distance2goL de 24 GHz (stânga), demo BGT60TR13C MMIC (centru) și kit de senzori conectați de 60 GHz (dreapta). (Sursa imaginii: Infineon)
BGT60UTR11AIP este cel mai recent membru al familiei BGT60 și, cu doar 4,05 mm × 4,05 mm, este cel mai mic și mai compact senzor radar de pe piață. Proiectat pentru aplicații solicitante, acesta dispune de sensibilitatea și fiabilitatea tehnologiei radar cu undă continuă modulată în frecvență.
Infineon sprijină dezvoltarea prin intermediul kiturilor de dezvoltare pentru evaluare embedded, inclusiv kituri complete de dezvoltare software (SDK) și exemple pentru dezvoltarea de algoritmi, prototipare și implementare embedded.
Avantajele senzorilor radar
- Sunt compacți, permițând, astfel, dezvoltarea de sisteme IoT cu dimensiuni relativ mici.
- Sunt rezistenți și operează într-o varietate de condiții de mediu și climatice. Funcționarea lor nu este afectată semnificativ nici măcar de fluctuațiile de temperatură sau de condițiile de iluminare.
- Transmit semnale RF la frecvențe înalte (24 sau 60 GHz) care penetrează majoritatea materialelor (de exemplu, plastic, sticlă și lemn). Prin urmare, acestea oferă citiri precise chiar și pentru obiectele aflate în spatele pereților sau obstacolelor și pot fi mascate sub capacele sau ambalajele produselor.
- Oferă o sensibilitate ridicată de măsurare și pot detecta mișcări foarte fine. Acest lucru înseamnă că pot fi utilizate pentru a înregistra date vitale.
- Consumul lor de putere este relativ redus, permițând aplicații IoT eficiente energetic. Dispozitivele alimentate de la baterii au o autonomie de funcționare foarte mare.
Autori:
Vidya Sriram, Corporate Product Manager Analog & Sensor, Rutronik
Okan Kamil Sen, Sensor Systems & IoT FAE, Infineon
Rutronik | https://www.rutronik.com
