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使用德州儀器毫米波占用傳感器設計智能、高效節能的空調

  2020年07月16日  

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

  根據國際能源署(International Energy Association)發布的報告"制冷的未來",空調占當今交流電總能耗的10%。預計到2050年,空調能耗將增加兩倍,相當于美國、歐盟和日本目前的總電量。到2050年,全球住宅和商業樓宇中的空調數量將從現在的16億臺增長到56億臺。這相當于未來30年中,每秒將售出10臺新空調。

使用空調在占用傳感中的作用

  人體占用傳感通過適應室內活動水平并將氣流引導到最需要的地方,可使空調更智能、更高效節能。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,助于節約能源,并通過調節室內溫度和將氣流導向房間內的人,使居住環境更加舒適。

圖1:描述從占用傳感中獲得的反饋如何確定空調使用量的情景

  被動紅外傳感器和攝像機方案是交流占位傳感中使用的兩種技術。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,且對精細運動缺乏敏感性。相比之下,攝像機可提供最高的分辨率,但其可能出現較高的錯誤檢測率,尤其存在陰影和人體照片方面。

  在采用駐留傳感實現節能的同時,行業正在朝著通過邊緣處理使空調變得更加智能化的方向發展。除了通過存在檢測來控制空調運行以提高用戶舒適度外,還在向單一傳感技術發展。未來,空調將集成更多用戶安全監控功能,例如跌倒事件檢測和生命體征監測,包括心率和呼吸頻率。

毫米波傳感器在占用傳感的優勢

  德州儀器毫米波(mmWave)傳感器可為相關區域中的每個物體提供豐富的數據集,并提供精確的范圍、速度和到達方向信息。通過數字信號處理器(DSP)執行物體檢測、分類和跟蹤,可得出人員占用信息,例如人員的存在、不存在、計數和相對于空調設備的精確位置。空調裝置可利用此信息做出明智決策;例如,當人員進入房間時,傳感器會在開啟前以最小的預設持續時間跟蹤該人員是否在場。如果人員留在房內,則使用跟蹤/定位信息,空調可將氣流引向該人員,讓其感到舒適。根據房內人數,空調溫度將做出相應調整,以最大程度地提高舒適度并節約能源。

  除數據的準確性和精確性,德州儀器的毫米波傳感器在創建智能、高效節能的空調解決方案時還具有諸多優勢,包括:
   ●減少錯誤檢測。
   ●在惡劣環境下運行的能力。
   ●美觀的產品設計和較小的傳感器尺寸。
   ●由于使用傳感技術而不是使用攝像機,因此減少了隱私問題。

實現邊緣智能

  德州儀器毫米波60 GHz傳感器在單芯片上集成了調頻連續波收發器、片上監測和校準機構、Arm?Cortex?-R4F微控制器和C674x DSP。這種集成實現了在高度集成的傳感器上實現智能,并在器件本身進行實時數據處理。

  一個示例應用程序 使用德州儀器的IWR6843 60 GHz 毫米波單芯片傳感器來實現商用和住宅用空調的占用傳感。處理數據的傳感器使用Capon波束成形技術進行人員檢測,并足夠智能地對物體進行分類,以最大程度地減少錯誤檢測。這個示例應用程序演示了在室內長達八米的范圍內,移動和靜止人員的+/- 10cm檢測精度。在室內每兩米3人的計數密度下,少于5人的人員計數準確度為100%,最多9人的計數準確度為85%。

  在不遠的未來,空調將成為完全成為自給自足、基于數據的系統,無需通過遙控器,也不需要通過空調控制單元與人互動。空調中的傳感技術將不斷收集數據以優化舒適度。例如,在辦公室環境中,隨著時間推移,傳感器將確定從上午9點到下午5點辦公室人數達到峰值的時候。基于這些數據,系統將學習在高峰時段引導更多氣流,而在非高峰時段限制或關閉氣流,從而減少能耗,節省企業支出。

  隨著住宅和商用空調的需求持續增長(到2050年增長三倍),使用毫米波技術的占用傳感可將空調總能耗降低多達35%。未來,毫米波技術將不僅對暖通空調系統的運行方式繼續產生更大影響,而且還將減少對環境的總體排放。

標簽:德州儀器我要反饋
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