選擇合適的存在檢測技術與解決方案

選擇合適的存在檢測技術與解決方案

當前的存在檢測應用中,主要采用被動紅外(Passive Infrared, PIR)技術,但其容易受到環境的干擾,且感測不到靜止不動的人,毫米波雷達(mmWave radars)則可以克服上述的缺點,提供更精準的解決方案。本文將為您介紹毫米波雷達的技術發展現況,以及佐臻公司基于英飛凌XENSIV? 60 GHz雷達芯片的MM5D91-00毫米波雷達傳感器模塊的產品特性。

PIR技術所面臨的挑戰

當使用PIR運動傳感器時,會在物體進入傳感器的范圍內時,對物體的熱信號進行檢測,PIR傳感器檢測到它所看到的紅外輻射量的變化,并將該變化轉換為電壓,然后再將該電壓與閾值極限進行比較,以觸發啟用照明或觸發警報的信號。

雖然目前主要的人體感測應用,通常會采用PIR技術,不過,受到技術上的先天限制,PIR技術面臨著許多挑戰,例如應用在室內照明時,PIR技術與雷達技術相比射程較為有限,也因為有限的覆蓋范圍,意味著需要更多的傳感器,且因為PIR需要外部可見,這也代表著在安裝后將顯得較不美觀。

將PIR應用在自動門時,PIR技術僅能檢測到運動,這意味著如果物體靜止,PIR傳感器將無法檢測到靜止物體,無法判斷是不是有人進入建筑物,也無法區分進入的是人還是動物。當應用于智能街道照明時,PIR技術在惡劣的天氣條件下易受到影響導致較為不可靠,并因為缺少對對象的識別能力,意味著容易造成錯誤的觸發,且無法進行方向性測量。此外,在入侵警報應用方面,PIR技術也因為需要可見,導致產生較為難看的外觀設計,也容易受到惡劣的天氣條件影響到可靠性,并因為偵測范圍與覆蓋范圍有限,必須要采用更多的傳感器。

毫米波雷達是更佳的存在檢測解決方案

采用雷達技術則相對復雜一些,雷達會使用多普勒原理來確定物體的運動、速度甚至方向,當對物體進行檢測時,雷達會發射24 GHz電波并反射出傳感器視場內的物體,該反射波由雷達收發器接收,接收到的信號將具有稱為多普勒頻率的頻率差,然后再將多普勒頻率用于檢測運動以及速度。

相較于PIR技術的缺點,毫米波雷達則提供更優越的技術特性,它可以在幾厘米到幾百米的距離內工作,并在無直接視線的情況下運作(例如,穿過灰泥板或膠合板),并具有對環境條件(如黑暗)的適應能力。例如在室內照明上,毫米波雷達具備較遠的檢測范圍,并可以通過自動關閉照明來節能,也可以在隱藏在管線后面來進行安裝設計。

當毫米波雷達應用于自動門時,能夠檢測出人體的行進方向,因此可以僅在必要時才開門,通過減少開門次數來使建筑物更為節能。在智能街道照明應用上,毫米波雷達具有較遠的檢測范圍,并能夠進行精密的物體識別,采用24 GHz頻率運作,也較不受炎熱天氣的影響。當應用在入侵警報時,毫米波雷達具有較遠的檢測范圍,其檢測靈敏度可進行調整,因此精確度較高,可以減少誤報。

以性能與成本作為最終的選擇考慮

隨著雷達能力的提高,可獲得的信息量也隨之增加,目前的雷達技術提供了更廣泛的功能,這意味著以前PIR可能是唯一可行的解決方案,如今毫米波雷達則可以進一步使特定的應用受益。在設計用于檢測接近或運動信息的傳感器系統時,設計人員必須考慮其使用技術類型的靈活性和成本。

由于范圍、物體靈敏度和環境因素等因素,都會影響傳感器性能,因此設計人員必須確定這些技術的關鍵特征與設計成本。盡管雷達技術的成本不斷下降,而且更緊湊、設計更簡單,但PIR的價格卻不高,因此還是得依據系統在功能應用上的需求、設計方式與成本考慮,來決定采用何種技術。

高度集成的雷達芯片提供高精度存在檢測解決方案

英飛凌公司推出了XENSIV? 60 GHz雷達芯片,可以高速、高精度地跟蹤亞毫米運動,這款高度集成的雷達傳感器解決方案,具備體積小、功耗低的特性,為許多應用帶來了創新、直觀的傳感功能,它可以測量水平和垂直方向的速度、范圍和角度,以進行精確的位置映像和3D跟蹤,具有高達2.5厘米的高分辨率檢測能力。

此外,英飛凌也推出雷達存在檢測解決方案,可以在配置范圍內檢測到人類存在。通過XENSIV? 60 GHz雷達及其先進的雷達存在檢測算法,該解決方案可在檢測微觀和宏觀運動方面提供極高的精度。

英飛凌公司除了雷達芯片之外,也提供參考設計和開發平臺,Sense2Go是可用于智能運動傳感器的簡單緊湊型開發平臺。Sense2Go平臺允許用戶在24 GHz ISM頻段上實施和測試多種傳感應用,例如基于多普勒的運動檢測、基于多普勒的運動方向檢測、基于多普勒的速度估算,以及針對固定目標的基于調頻連續波(FMCW)的距離測量。

毫米波雷達傳感器模塊加快存在檢測產品開發速度

為了開拓這個極具潛力的市場,艾睿電子與佐臻公司在毫米波雷達技術上展開合作,佐臻公司是活躍于AR和IoT領域的臺灣公司,其在無線模塊領域開發擁有超過十年的經驗,并采用毫米波雷達技術來補充其現有的傳感產品組合。佐臻公司是艾睿電子合作多年的IDH(Independent Design House,獨立設計公司),艾睿電子則是佐臻公司的全球分銷商,并負責MM5D91-00毫米波雷達傳感器模塊的銷售工作。

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MM5D91-00

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佐臻公司推出了基于英飛凌XENSIV? 60 GHz雷達芯片的MM5D91-00集成毫米波雷達傳感器模塊,該模塊簡化了61.0至61.5GHz頻帶內毫米波傳感器的實現,結合了基于ARM Cortex-M4F 150MHz、1024KB閃存、288KB RAM的處理器系統、1Tx/3Rx天線和板載穩壓器,具有UART接口和GPIO,采用3.6?5.5V電源輸入,擁有精巧尺寸(20 x 15 x 2.3毫米)、高分辨率與低功耗的三大效益。

該模塊具有±45°方位角與±40°仰角的雷達視野,并不受到溫度、風、日光和灰塵/碎屑等環境因素的影響,檢測范圍在10m內可進行微距檢測,在5m內則可以檢測到微動,因此可將毫米波雷達技術推廣至各種新應用領域,像是智能家居、辦公室自動化、安防及手勢偵測等各種應用,提供低功耗和高分辨率存在檢測解決方案。

除了模塊之外,佐臻公司還推出MM5D91E00評估板,這是基于MM5D91-00雷達傳感器模塊而構建,以演示其60 GHz雷達傳感器的存在檢測功能,及其先進的雷達存在檢測算法。MM5D91E00評估板具備易于配置的UART端口,供最終用戶更改參數,提供標準模式可進行檢測范圍、靈敏度、復位等設置,檢測范圍、靈敏度和狀態設置存儲在閃存中,并可在重新啟動電源后持續保持設置。

結語

毫米波雷達已被證明是功能強大的傳感器,提供比PIR技術更高的精度與更佳的性能,可用于消費電子、醫療保健、監視、駕駛員輔助,以及工業應用中的短距離定位和生命體征跟蹤,市場應用極具發展潛力,值得有興趣搶占這些應用商機的廠商深入了解。

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