Panasonic、Maxim人體運動感應(yīng)設(shè)計

包括汽車、工業(yè)操作甚至您自己的住宅，所有一切都在朝著自動化的方向發(fā)展。為支持實現(xiàn)這類自動化，需要各種不同的傳感器。本文將重點探討監(jiān)視何時有人進入、離開或待在某個房間或區(qū)域所需的家庭和辦公室應(yīng)用。

在家庭或辦公室周圍進行人體感應(yīng)可以帶來諸多便利，包括在人體進出某個區(qū)域時開關(guān)燈，根據(jù)是否有人來控制 HVAC 系統(tǒng)，以及可以感應(yīng)到任何不該出現(xiàn)的活動的物業(yè)安防系統(tǒng)。

許多支持這類應(yīng)用的系統(tǒng)使用的都是無源紅外 (PIR) 傳感器。PIR 傳感器廣泛應(yīng)用于樓宇自動化以及進行人體和物體檢測的安防系統(tǒng)。即使在物體或人體的運動感應(yīng)方面它們也能一展身手。不過，由于 PIR 傳感器自身的局限，其無法滿足一些更高級的檢測應(yīng)用需求。

下一代人體感應(yīng)需求

PIR 傳感器無法檢測靜止不同的物體，不能準確檢測移動方向，也不能創(chuàng)建熱圖像。但這些任務(wù)都是開發(fā)下一代智能自動化和安防系統(tǒng)的關(guān)鍵要素。感應(yīng)靜止人體的功能對人體檢測而言不可或缺。當有人進入房間時，智能家庭或辦公室系統(tǒng)將會感應(yīng)到他們，并自動調(diào)整該區(qū)域的照明和 HVAC 以適應(yīng)人的需求。如果此人在一個位置停留任何時間長度，不論其是否運動，系統(tǒng)都需要能夠感應(yīng)到他們是否仍在那里。

通過感應(yīng)移動方向，智能系統(tǒng)可以在人體實際進入行進方向上的房間和區(qū)域之前，打開電燈并調(diào)整 HVAC 參數(shù)。

創(chuàng)建熱圖像的功能有助于系統(tǒng)基于預先確定的模式一并確定檢測到的物體是人、動物還是其他東西。這樣一來，智能系統(tǒng)在確定是否調(diào)整環(huán)境參數(shù)以及是否應(yīng)該在安防應(yīng)用中忽略檢測到的物體時，忽略寵物或其他動物。

Panasonic 的解決方案

簡單的 PIR 傳感器無法執(zhí)行上述所有任務(wù)，但 Panasonic 的 Grid-EYE 可以（圖 1）。大多數(shù) PIR 傳感器僅使用一個熱感應(yīng)元件，而 Grid-EYE 則使用了由 64 個熱電堆構(gòu)成的 8 x 8 陣列傳感器，使其能夠測量 60° 可視范圍內(nèi)的實際溫度和溫度變化梯度。Grid-EYE 包含的 ASIC 在將所有 64 路熱電堆信號發(fā)送到微處理器之前，將其轉(zhuǎn)換為一種數(shù)字格式，并參照內(nèi)部熱敏電阻提供的環(huán)境溫度。微處理器收到這些信號后，隨即便能執(zhí)行計算，將溫度數(shù)據(jù)映射為熱圖像。

圖 1：Panasonic Grid-EYE 紅外陣列傳感器

此外，Grid-EYE 還能檢測人體或物體的上、下、左、右和對角線移動（圖 2）。甚至能夠檢測多個沿不同方向移動的物體。該器件還能檢測近距離手部運動，從而實現(xiàn)簡單的手勢控制。

圖 2：運動方向可由系統(tǒng)使用 Panasonic Grid-EYE 提供的熱圖像來確定

Maxim 的參考設(shè)計

對于典型的家庭/辦公室自動化和安防應(yīng)用而言，需要上述多個傳感器來覆蓋不同的房間和/或入口。如何讓這些傳感器全部與一個主處理位置高效地對接可能是一個棘手的問題。幸運的是，Maxim 使用其 MAXREFDES131# 參考設(shè)計板開發(fā)出了一種解決方案（圖 3）。

圖 3：Maxim 的 MAXREFDES131# 單線 Grid-EYE 參考設(shè)計板。

此板在一個參考設(shè)計中結(jié)合了 Panasonic 的 AMG8833 Grid-EYE 與 Maxim 的 DS28E17 單線轉(zhuǎn) I2C 橋。利用 DS28E17 I2C 橋，MAXREFDES131# 能夠通過單線與遠達 100 米以外的主處理器進行通信，相比之下，對典型的 I2C 總線而言，這一距離僅為幾米。據(jù) Maxim 網(wǎng)站所述，其提供了一種演示 GUI，可實現(xiàn)“多達 10 個采用菊花鏈拓撲結(jié)構(gòu)的 MAXREFDES131# 單線 Grid-EYE 傳感器的視覺反饋”。但不論連接到一起的板數(shù)量如何，100 米的最大通信范圍依然有效。如此一來，這些器件可放在多個遠程位置，并且仍舊僅通過單線向單一主機處理器提供相關(guān)信息（無需單獨的主機處理器），而位于多個位置且包含一組若干個傳感器的器件則彼此連接，以覆蓋家庭或公司周圍的目標區(qū)域。

如果在應(yīng)用中使用了不止一個 MAXREFDES131#，則這些板必須可單獨由處理器識別，以便其了解各自正在監(jiān)視的物理位置。為此，可使用一個 DS2413 單線雙通道、可尋址開關(guān)來單獨枚舉板上包含的各個單元（圖 4）。

圖 4：MAXREFDES131# 參考設(shè)計方框圖。（圖片由 Maxim Integrated 提供）

DS2413 收到其枚舉代碼后，將會引起一個 MAX4717 雙 SPDT 開關(guān)連接到 COM2，以便與 DS28E17 通信。在沒有找到板的情況下，MAX4717 將連接到 COM1，以便主機處理器能夠與下游可能連接的其他 MAXREFDES131# 板進行通信。將 COM2 與 DS28E17 斷開還會導致其進入休眠模式，從而斷開 AMG8833 的電源。當 MAXREFDES131# 處于休眠模式時，它會消耗約 0.5 mA 的電流，相比之下，未處于休眠模式時其消耗的電流約為 8 mA。

Maxim 在其網(wǎng)站上提供了適用于 mbed 和 Arduino 平臺的示例代碼，以及之前提到過的演示 GUI。利用此代碼和 GUI，開發(fā)人員可以快速建立自己的 MAXREFDES131# 板網(wǎng)絡(luò)并進行評估和定義，以便適應(yīng)其自己的應(yīng)用。

總結(jié)

利用 MAXREFDES131#，設(shè)計人員可以為適合家庭或辦公室及安防系統(tǒng)的下一代人體和運動感應(yīng)應(yīng)用打下扎實的基礎(chǔ)。這種參考設(shè)計可滿足在一個裝置中感應(yīng)靜止物體或人體、確定移動方向、生成熱圖像以及通過簡單、靈活的方法與主機處理器進行通信的高級需求。