高能效物聯(lián)網(wǎng)中采用雷達(dá)傳感器的智能家居系統(tǒng)

智能家居應(yīng)用和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使得人們的日常生活更加便利，它們的數(shù)量正在迅猛增長并不意外。Statista估計全球范圍已有大約 3.5 億個智能家居設(shè)備，而且還在不斷增加。許多智能家居設(shè)備長期處于激活或待機(jī)模式以便隨時使用，因此能耗很高。

圖 1：智能家居中的傳感器數(shù)量不斷增多，也增加了功耗。(圖片來源：Infineon)

深度睡眠模式替代待機(jī)模式

然而，有些設(shè)備其實沒有必要處于待機(jī)模式。例如，當(dāng)住戶不在家時，恒溫器、智能揚(yáng)聲器和數(shù)字助理可以進(jìn)入深度睡眠模式，以減少能源消耗，潛在的節(jié)能效果從幾瓦到 100 多瓦不等。根據(jù)設(shè)備的數(shù)量及其深度睡眠的時長，節(jié)省的電量很快便會積少成多。舉例計算如下：如果每個家庭擁有五臺智能設(shè)備，平均每天可節(jié)省 0.5 千瓦時；換句話說，3億個家庭每年合共可節(jié)省55太瓦時電能。

然而，許多設(shè)備并不具備睡眠模式等省電功能，或者用戶因使用不便而將省電功能關(guān)閉。這是因為深度睡眠模式與高應(yīng)用功能相結(jié)合，“睡醒”時通常需要漫長的啟動和等待時間。

采用雷達(dá)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)傳感器提高能效

那么，如何將易用性與智能和高能效結(jié)合起來呢？雷達(dá)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)傳感器的結(jié)合帶來了新的可能性。例如，在智能家居設(shè)備中集成雷達(dá)傳感器，可以用來探測家中是否有人。如果探測到?jīng)]有人，智能設(shè)備就會自動切換到深度睡眠模式。根據(jù)傳感器和設(shè)計的不同，雷達(dá)模塊的功耗僅為幾毫瓦，最大功耗水平僅為 0.1 瓦，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于許多電子設(shè)備開啟或進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)待機(jī)模式的能耗需求。

與其他傳感器（如紅外線）相比，雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)勢可以體現(xiàn)在通風(fēng)系統(tǒng)的例子中。當(dāng)雷達(dá)與溫度傳感器和二氧化碳傳感器結(jié)合使用時，其工作效率最高，而且只有在需要時，即有人在、二氧化碳含量過高或溫度超過預(yù)設(shè)限值時，系統(tǒng)才會啟動。與其他傳感器不同的是，雷達(dá)傳感器不僅能檢測到是否有人，還能檢測到人數(shù)和位置（與傳感器的距離），從而能夠以最佳方式調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的氣流。

24 GHz和 60GHz 雷達(dá)實現(xiàn)廣泛應(yīng)用

英飛凌提供各種雷達(dá)組件，適合眾多應(yīng)用。這些產(chǎn)品能夠為智能照明系統(tǒng)提供精確的運(yùn)動和存在檢測，比如為智能家居設(shè)備中直觀的人機(jī)界面提供手勢識別功能，為健康監(jiān)測系統(tǒng)提供非接觸式重要數(shù)據(jù)采集，以及為優(yōu)化工業(yè)流程提供先進(jìn)的物品分類和跟蹤功能。

24 GHz 雷達(dá)系列為系統(tǒng)設(shè)計提供了高度靈活性，并可用于廣泛的使用案例：比如可用于確定運(yùn)動和方向，以及單個和多個目標(biāo)的速度、到達(dá)角度和位置。

對于要求寬寬帶和高精度的應(yīng)用，英飛凌的產(chǎn)品組合包括低成本緊湊型 60 GHz 低功耗雷達(dá)（圖 2）。

圖 2：60 GHz 雷達(dá)傳感器產(chǎn)品組合概覽

除了為監(jiān)控、照明和智能家居設(shè)備提供短距離定位等應(yīng)用外，60 GHz 雷達(dá)傳感器還可用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品、醫(yī)療保健方案、駕駛輔助系統(tǒng)和工業(yè)應(yīng)用中的重要數(shù)據(jù)采集。所有 60 GHz 物聯(lián)網(wǎng)雷達(dá)傳感器都經(jīng)過尺寸優(yōu)化，并在封裝中附帶天線。

例如，BGT60TR13C型號帶有一個發(fā)射天線和三個接收天線，L 形的天線布置可進(jìn)行水平和垂直角度測量，極高的精度可實現(xiàn)亞毫米范圍內(nèi)的運(yùn)動檢測。例如，這些雷達(dá)傳感器可用于消費(fèi)電子產(chǎn)品中的重要數(shù)據(jù)采集。

BGT60LTR11AIP是一款集成了發(fā)射和接收天線以及運(yùn)動和方向檢測器的60 GHz 多普勒雷達(dá)傳感器，支持多種工作模式，包括無需軟件或硬件設(shè)計的全自主模式。在自主模式下，這款雷達(dá)可在七米以內(nèi)的距離探測到人，功耗則小于 5 毫瓦，是運(yùn)動檢測應(yīng)用的理想選擇，如智能照明或氣候控制、自動開門或無接觸開關(guān)，以及包括 IP 攝像頭在內(nèi)的智能安防和報警系統(tǒng)。

BGT60UTR11AIP 是 BGT60 系列的最新成員，尺寸僅為 4.05 mm × 4.05 mm，它是市場上最小型、最緊湊的雷達(dá)傳感器產(chǎn)品。BGT60UTR11AIP專為要求嚴(yán)苛的應(yīng)用而設(shè)計，具有頻率調(diào)制連續(xù)波雷達(dá)技術(shù)的靈敏度和可靠性。

英飛凌提供開發(fā)套件以支持嵌入式和 PC評估的開發(fā)和評測，包括用于算法開發(fā)、原型設(shè)計和嵌入式實施的綜合軟件開發(fā)套件 (SDK) 和示例。

雷達(dá)傳感器的優(yōu)勢

結(jié)構(gòu)緊湊，可實現(xiàn)開發(fā)體積相對較小的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

堅固耐用，可在各種環(huán)境和氣候條件下工作。即使在溫度波動或不同光照條件下，運(yùn)作也不會受到明顯影響。

它們以高頻(24或60 GHz)傳輸射頻信號，可穿透大多數(shù)材料（如塑料、玻璃和木材）。因此，即使偵測對象處于墻壁或障礙物后面，以及隱藏在產(chǎn)品蓋子或包裝下面，它們也能提供準(zhǔn)確的讀數(shù)。

它們具有很高的測量靈敏度，可以檢測到非常微小的移動。這意味著它們可以用來記錄重要數(shù)據(jù)。

它們的耗電量相對較低，可實現(xiàn)高能效的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。電池供電設(shè)備只需一顆電池即可長時間工作