选择合适的存在检测技术与解决方案

选择合适的存在检测技术与解决方案

当前的存在检测应用中,主要采用被动红外(Passive Infrared, PIR)技术,但其容易受到环境的干扰,且感测不到静止不动的人,毫米波雷达(mmWave radars)则可以克服上述的缺点,提供更精准的解决方案。本文将为您介绍毫米波雷达的技术发展现况,以及佐臻公司基于英飞凌XENSIV™ 60 GHz雷达芯片的MM5D91-00毫米波雷达传感器模块的产品特性。

PIR技术所面临的挑战

当使用PIR运动传感器时,会在物体进入传感器的范围内时,对物体的热信号进行检测,PIR传感器检测到它所看到的红外辐射量的变化,并将该变化转换为电压,然后再将该电压与阈值极限进行比较,以触发启用照明或触发警报的信号。

虽然目前主要的人体感测应用,通常会采用PIR技术,不过,受到技术上的先天限制,PIR技术面临着许多挑战,例如应用在室内照明时,PIR技术与雷达技术相比射程较为有限,也因为有限的覆盖范围,意味着需要更多的传感器,且因为PIR需要外部可见,这也代表着在安装后将显得较不美观。

将PIR应用在自动门时,PIR技术仅能检测到运动,这意味着如果物体静止,PIR传感器将无法检测到静止物体,无法判断是不是有人进入建筑物,也无法区分进入的是人还是动物。当应用于智能街道照明时,PIR技术在恶劣的天气条件下易受到影响导致较为不可靠,并因为缺少对对象的识别能力,意味着容易造成错误的触发,且无法进行方向性测量。此外,在入侵警报应用方面,PIR技术也因为需要可见,导致产生较为难看的外观设计,也容易受到恶劣的天气条件影响到可靠性,并因为侦测范围与覆盖范围有限,必须要采用更多的传感器。

毫米波雷达是更佳的存在检测解决方案

采用雷达技术则相对复杂一些,雷达会使用多普勒原理来确定物体的运动、速度甚至方向,当对物体进行检测时,雷达会发射24 GHz电波并反射出传感器视场内的物体,该反射波由雷达收发器接收,接收到的信号将具有称为多普勒频率的频率差,然后再将多普勒频率用于检测运动以及速度。

相较于PIR技术的缺点,毫米波雷达则提供更优越的技术特性,它可以在几厘米到几百米的距离内工作,并在无直接视线的情况下运作(例如,穿过灰泥板或胶合板),并具有对环境条件(如黑暗)的适应能力。例如在室内照明上,毫米波雷达具备较远的检测范围,并可以通过自动关闭照明来节能,也可以在隐藏在管线后面来进行安装设计。

当毫米波雷达应用于自动门时,能够检测出人体的行进方向,因此可以仅在必要时才开门,通过减少开门次数来使建筑物更为节能。在智能街道照明应用上,毫米波雷达具有较远的检测范围,并能够进行精密的物体识别,采用24 GHz频率运作,也较不受炎热天气的影响。当应用在入侵警报时,毫米波雷达具有较远的检测范围,其检测灵敏度可进行调整,因此精确度较高,可以减少误报。

以性能与成本作为最终的选择考虑

随着雷达能力的提高,可获得的信息量也随之增加,目前的雷达技术提供了更广泛的功能,这意味着以前PIR可能是唯一可行的解决方案,如今毫米波雷达则可以进一步使特定的应用受益。在设计用于检测接近或运动信息的传感器系统时,设计人员必须考虑其使用技术类型的灵活性和成本。

由于范围、物体灵敏度和环境因素等因素,都会影响传感器性能,因此设计人员必须确定这些技术的关键特征与设计成本。尽管雷达技术的成本不断下降,而且更紧凑、设计更简单,但PIR的价格却不高,因此还是得依据系统在功能应用上的需求、设计方式与成本考虑,来决定采用何种技术。

高度集成的雷达芯片提供高精度存在检测解决方案

英飞凌公司推出了XENSIV™ 60 GHz雷达芯片,可以高速、高精度地跟踪亚毫米运动,这款高度集成的雷达传感器解决方案,具备体积小、功耗低的特性,为许多应用带来了创新、直观的传感功能,它可以测量水平和垂直方向的速度、范围和角度,以进行精确的位置映像和3D跟踪,具有高达2.5厘米的高分辨率检测能力。

此外,英飞凌也推出雷达存在检测解决方案,可以在配置范围内检测到人类存在。通过XENSIV™ 60 GHz雷达及其先进的雷达存在检测算法,该解决方案可在检测微观和宏观运动方面提供极高的精度。

英飞凌公司除了雷达芯片之外,也提供参考设计和开发平台,Sense2Go是可用于智能运动传感器的简单紧凑型开发平台。Sense2Go平台允许用户在24 GHz ISM频段上实施和测试多种传感应用,例如基于多普勒的运动检测、基于多普勒的运动方向检测、基于多普勒的速度估算,以及针对固定目标的基于调频连续波(FMCW)的距离测量。

毫米波雷达传感器模块加快存在检测产品开发速度

为了开拓这个极具潜力的市场,艾睿电子与佐臻公司在毫米波雷达技术上展开合作,佐臻公司是活跃于AR和IoT领域的台湾公司,其在无线模块领域开发拥有超过十年的经验,并采用毫米波雷达技术来补充其现有的传感产品组合。佐臻公司是艾睿电子合作多年的IDH(Independent Design House,独立设计公司),艾睿电子则是佐臻公司的全球分销商,并负责MM5D91-00毫米波雷达传感器模块的销售工作。

 

MM5D91-00

 

佐臻公司推出了基于英飞凌XENSIV™ 60 GHz雷达芯片的MM5D91-00集成毫米波雷达传感器模块,该模块简化了61.0至61.5GHz频带内毫米波传感器的实现,结合了基于ARM Cortex-M4F 150MHz、1024KB闪存、288KB RAM的处理器系统、1Tx/3Rx天线和板载稳压器,具有UART接口和GPIO,采用3.6〜5.5V电源输入,拥有精巧尺寸(20 x 15 x 2.3毫米)、高分辨率与低功耗的三大效益。

该模块具有±45°方位角与±40°仰角的雷达视野,并不受到温度、风、日光和灰尘/碎屑等环境因素的影响,检测范围在10m内可进行微距检测,在5m内则可以检测到微动,因此可将毫米波雷达技术推广至各种新应用领域,像是智能家居、办公室自动化、安防及手势侦测等各种应用,提供低功耗和高分辨率存在检测解决方案。

除了模块之外,佐臻公司还推出MM5D91E00评估板,这是基于MM5D91-00雷达传感器模块而构建,以演示其60 GHz雷达传感器的存在检测功能,及其先进的雷达存在检测算法。MM5D91E00评估板具备易于配置的UART端口,供最终用户更改参数,提供标准模式可进行检测范围、灵敏度、复位等设置,检测范围、灵敏度和状态设置存储在闪存中,并可在重新启动电源后持续保持设置。

结语

毫米波雷达已被证明是功能强大的传感器,提供比PIR技术更高的精度与更佳的性能,可用于消费电子、医疗保健、监视、驾驶员辅助,以及工业应用中的短距离定位和生命体征跟踪,市场应用极具发展潜力,值得有兴趣抢占这些应用商机的厂商深入了解。

 

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