利用德州儀器毫米波占用傳感器設(shè)計智能、高效節(jié)能的空調(diào)

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與以往相比，發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家的人們對空調(diào)（AC）的依賴度日益增加，這使得能源消耗迅速增加。

根據(jù)國際能源署（International Energy Association）發(fā)布的報告“制冷的未來”，空調(diào)占當(dāng)今交流電總能耗的10%。預(yù)計到2050年，空調(diào)能耗將增加兩倍，相當(dāng)于美國、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16億臺增長到56億臺。這相當(dāng)于未來30年中，每秒將售出10臺新空調(diào)。

在空調(diào)中使用占用傳感器的作用

人體占用傳感通過適應(yīng)室內(nèi)活動水平并將氣流引導(dǎo)到最需要的地方，可使空調(diào)更智能、更高效節(jié)能。圖1展示了一些場景，在這些場景中，來自占用傳感的反饋，如存在/不存在、活動和人的位置檢測，助于節(jié)約能源，并通過調(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。

被動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誤檢測問題，且對精細(xì)運(yùn)動缺乏敏感性。相比之下，攝像機(jī)可提供最高的分辨率，但其可能出現(xiàn)較高的錯誤檢測率，尤其存在陰影和人體照片方面。

在采用駐留傳感實現(xiàn)節(jié)能的同時，行業(yè)正在朝著通過邊緣處理使空調(diào)變得更加智能化的方向發(fā)展。除了通過存在檢測來控制空調(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，空調(diào)將集成更多用戶安全監(jiān)控功能，例如跌倒事件檢測和生命體征監(jiān)測，包括心率和呼吸頻率。

毫米波傳感器在占用傳感的優(yōu)勢

德州儀器毫米波（mmWave）傳感器可為相關(guān)區(qū)域中的每個物體提供豐富的數(shù)據(jù)集，并提供精確的范圍、速度和到達(dá)方向信息。通過數(shù)字信號處理器(DSP)執(zhí)行物體檢測、分類和跟蹤，可得出人員占用信息，例如人員的存在、不存在、計數(shù)和相對于空調(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，傳感器會在開啟前以最小的預(yù)設(shè)持續(xù)時間跟蹤該人員是否在場。如果人員留在房內(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)房內(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)解決方案時還具有諸多優(yōu)勢，包括：

減少錯誤檢測。

在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的能力。

美觀的產(chǎn)品設(shè)計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)，因此減少了隱私問題。

實現(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)測和校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)、Arm?Cortex?-R4F微控制器和C674x DSP。這種集成實現(xiàn)了在高度集成的傳感器上實現(xiàn)智能，并在器件本身進(jìn)行實時數(shù)據(jù)處理。

一個示例應(yīng)用程序使用德州儀器的IWR6843 60 GHz 毫米波單芯片傳感器來實現(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，并足夠智能地對物體進(jìn)行分類，以最大程度地減少錯誤檢測。這個示例應(yīng)用程序演示了在室內(nèi)長達(dá)八米的范圍內(nèi)，移動和靜止人員的+/- 10cm檢測精度。在室內(nèi)每兩米3人的計數(shù)密度下，少于5人的人員計數(shù)準(zhǔn)確度為100%，最多9人的計數(shù)準(zhǔn)確度為85%。

在不遠(yuǎn)的未來，空調(diào)將成為完全成為自給自足、基于數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，無需通過遙控器，也不需要通過空調(diào)控制單元與人互動。空調(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，隨著時間推移，傳感器將確定從上午9點到下午5點辦公室人數(shù)達(dá)到峰值的時候?；谶@些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將學(xué)習(xí)在高峰時段引導(dǎo)更多氣流，而在非高峰時段限制或關(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（到2050年增長三倍），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，毫米波技術(shù)將不僅對暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式繼續(xù)產(chǎn)生更大影響，而且還將減少對環(huán)境的總體排放。

審核編輯：金巧