RUTRONIK GmbH
Avtorja: Vidya Sriram, vodja izdelkov za analogne tehnologije in tipala pri podjetju Rutronik,
ter Okan Kamil Sen, FAE za sisteme s tipali in IoT pri podjetju Infineon Technologies
Z združevanjem radarske tehnologije in tipal IoT pametne hiše niso le varnejše ter udobnejše, ampak tudi energetsko učinkovitejše.
Pametni dom
Število aplikacij za pametni dom in omrežnih naprav narašča – nič čudnega, saj nam lajšajo vsakdan. Spletno mesto Statista ocenjuje, da je danes po vsem svetu okoli 350 milijonov pametnih domov in da njihovo število stalno narašča. Temna stran tega je velika poraba energije. Mnogo naprav deluje neprekinjeno ali pa so v stalni pripravljenosti za uporabo.
Globoko spanje namesto pripravljenosti
Pogosto pa ni treba, da je naprava v pripravljenosti, na primer, ko stanovalcev ni doma. Takrat je mogoče termostate, pametne zvočnike in digitalne pomočnike preklopiti v način globokega spanja, kar zmanjša porabo energije. S tem lahko potencialno prihranimo od nekaj vatov do več kot 100 vatov, kar lahko, odvisno od števila naprav in trajanja globokega spanca, skupaj nanese veliko. Primer izračuna kaže: s petimi pametnimi napravami na gospodinjstvo bi lahko v povprečju prihranili 0,5 kWh na dan. Pri 300 milijonih gospodinjstev to pomeni prihranek 55 TWh na leto.
Kljub temu pa v številnih napravah niso izvedene funkcije za varčevanje z energijo, na primer način mirovanja, ali pa jih uporabniki izklopijo, saj poslabšajo udobje pri uporabi. Način globokega mirovanja v povezavi z visoko funkcionalnostjo aplikacije pogosto povzroči dolge čase zagona in s tem čakanja za uporabnika.
Energetsko učinkovito z radarsko tehnologijo in tipali IoT
Kako naj torej udobje pri uporabi združimo s pametnimi napravami in energetsko učinkovitostjo? Nove možnosti ponuja kombiniranje radarske tehnologije s tipali IoT. Radarsko tipalo, vgrajeno v napravo za pametni dom, je na primer uporabno za zaznavanje prisotnosti ljudi. Če naprava takih impulzov ne zaznava, se pametna naprava samodejno preklopi v način globokega spanja. Odvisno od tipala in zasnove ima sama radarska enota povprečno porabo energije le nekaj milivatov, maksimalno moč pa le 0,1 W, kar je bistveno pod porabo številnih elektronskih naprav, kadar so vklopljene ali v pripravljenosti.
Prednosti radarske tehnologije pred drugimi tipali (npr. infrardečimi) lahko pokažemo na primeru prezračevanja. To deluje najučinkoviteje, če je kombinirano s tipali temperature in CO2 ter se sistem vklopi le, ko je to potrebno – tj. ko je kdo prisoten, ko je vsebnost CO2 previsoka ali temperatura presega prednastavljeno mejo. V nasprotju z drugimi tipali radar pri tem ne zaznava le, ali so prisotni ljudje, temveč tudi, koliko jih je in kje so (na kakšni razdalji od tipala). Tako je mogoče optimalno prilagoditi pretok zraka klimatskega sistema.
Radarji s frekvenco 24 in 60 GHz omogočajo zelo raznolike načine uporabe
Podjetje Infineon Technologies ponuja raznoliko ponudbo radarskih rešitev za številne načine uporabe. Izdelki omogočajo na primer natančno zaznavanje gibanja in prisotnosti za pametne sisteme razsvetljave, prepoznavanje kretenj za intuitivne vmesnike človek–stroj v napravah za pametni dom ter brezstično zaznavanje življenjskih znakov v sistemih za spremljanje zdravja in dobrega počutja, pa tudi na primer napredno segmentiranje in sledenje predmetov za optimizacijo industrijskih procesov.
Družina 24-gigaherčnih radarskih izdelkov je po zasnovi zelo prilagodljiva in pokriva širok spekter načinov uporabe: Uporablja se lahko za prepoznavanje gibanja, vključno s smerjo in hitrostjo gibanja ter položaji enega ali več ciljev.
Za načine uporabe, ki zahtevajo veliko pasovno širino in večjo natančnost, ponuja Infineon stroškovno učinkovite in kompaktne 60-gigaherčne radarje z nizko porabo energije (slika 2).
Poleg določanja položaja z majhnim dosegom v napravah za nadzor, razsvetljavo in pametni dom se 60-gigaherčna radarska tipala uporabljajo tudi za zaznavanje življenjskih znakov v potrošniški elektroniki, zdravstvu, sistemih za pomoč pri vožnji in industriji. Vsa 60-gigaherčna radarska tipala za IoT so optimizirana po velikosti in imajo že vgrajene antene.
Model BGT60TR13C ima na primer eno oddajno in tri sprejemne antene. Z anteno v obliki črke L je mogoče izvajati vodoravne in navpične meritve kota. Izredno visoka natančnost omogoča zaznavanje gibanja v podmilimetrskem območju. Taka radarska tipala se na primer uporabljajo za zaznavanje življenjskih znakov v potrošniški elektroniki.
BGT60LTR11AIP je doplersko radarsko tipalo s frekvenco 60 GHz z vgrajeno oddajno in sprejemno anteno ter detektorji gibanja in smeri. Podpira več načinov delovanja, vključno s popolnoma avtonomnim, ki ne zahteva programiranja in dodatne strojne opreme. V avtonomnem načinu lahko radar zazna človeka na razdalji do sedem metrov, pri tem pa porabi manj kot 5 mW. Zaradi tega je idealen za zaznavanje gibanja, npr. za pametno razsvetljavo, klimatizacijo, samodejno odpiranje vrat, brezstična stikala in pametne varnostne ter alarmne sisteme, vključno z IP-kamerami.
BGT60UTR11AIP je najmlajši član družine BGT60 in z merami samo 4,05 mm x 4,05 mm najmanjši ter najbolj kompakten radar na trgu. Razvit je za zahtevne načine uporabe in ga odlikujeta občutljivost ter zanesljivost frekvenčno modulirane radarske tehnologije z neprekinjenim oddajanjem.
Podjetje Infineon podpira razvoj z razvojnimi kompleti za vgrajene naprave in osebne računalnike z obsežnimi kompleti za razvoj programske opreme (SDK – Software Development Kit) ter primeri za razvoj algoritmov, izdelavo prototipov in vključitev v vgrajene sisteme.
Prednosti radarskih tipal:
So kompaktni, kar omogoča razvoj relativno majhnih sistemov IoT.
So robustni in delujejo v različnih okoljskih ter podnebnih razmerah. Na njihovo delovanje temperaturna nihanja ali svetlobni pogoji ne vplivajo bistveno.
Oddajajo VF-signale pri visokih frekvencah (24 ali 60 GHz), ki prodrejo skozi večino materialov (npr. umetne mase, steklo in les). To pomeni, da zagotavljajo natančne izmerjene vrednosti tudi za predmete za stenami ali ovirami in jih je mogoče skriti pod okrove ali ohišja izdelkov.
Imajo visoko občutljivost merjenja in lahko zaznajo zelo majhne premike. To pomeni, da jih je mogoče uporabiti za zaznavanje življenjskih znakov.
Porabijo dokaj malo energije, kar omogoča energetsko učinkovite načine uporabe za IoT. Baterijske naprave lahko delujejo zelo dolgo.
