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

與以往相比，發(fā)達國家和發(fā)展中國家的人們對空調（AC）的依賴(lài)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(fā)布的報告“ 制冷的未來(lái) ”，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(yè)樓宇中的空調數量將從現在的16億臺增長(cháng)到56億臺。這相當于未來(lái)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(guò)適應室內活動(dòng)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(chǎng)景，在這些場(chǎng)景中，來(lái)自占用傳感的反饋，如存在/不存在、活動(dòng)和人的位置檢測，助于節約能源，并通過(guò)調節室內溫度和將氣流導向房間內的人，使居住環(huán)境更加舒適。

被動(dòng)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(shù)。被動(dòng)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(wèn)題，且對精細運動(dòng)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(shí)現節能的同時(shí)，行業(yè)正在朝著(zhù)通過(guò)邊緣處理使空調變得更加智能化的方向發(fā)展。除了通過(guò)存在檢測來(lái)控制空調運行以提高用戶(hù)舒適度外，還在向單一傳感技術(shù)發(fā)展。未來(lái)，空調將集成更多用戶(hù)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(yōu)勢

德州儀器毫米波（mmWave）傳感器可為相關(guān)區域中的每個(gè)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(guò)數字信號處理器(DSP)執行物體檢測、分類(lèi)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?？照{裝置可利用此信息做出明智決策；例如，當人員進(jìn)入房間時(shí)，傳感器會(huì )在開(kāi)啟前以最小的預設持續時(shí)間跟蹤該人員是否在場(chǎng)。如果人員留在房?jì)?，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?jì)热藬?，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(chuàng )建智能、高效節能的空調解決方案時(shí)還具有諸多優(yōu)勢，包括：

●   減少錯誤檢測。

●   在惡劣環(huán)境下運行的能力。

●   美觀(guān)的產(chǎn)品設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，因此減少了隱私問(wèn)題。

實(shí)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(fā)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(shí)現了在高度集成的傳感器上實(shí)現智能，并在器件本身進(jìn)行實(shí)時(shí)數據處理。

 一個(gè)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(lái)實(shí)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(shù)進(jìn)行人員檢測，并足夠智能地對物體進(jìn)行分類(lèi)，以最大程度地減少錯誤檢測。這個(gè)示例應用程序演示了在室內長(cháng)達八米的范圍內，移動(dòng)和靜止人員的+/- 10cm檢測精度。在室內每?jì)擅?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(lái)，空調將成為完全成為自給自足、基于數據的系統，無(wú)需通過(guò)遙控器，也不需要通過(guò)空調控制單元與人互動(dòng)?？照{中的傳感技術(shù)將不斷收集數據以?xún)?yōu)化舒適度。例如，在辦公室環(huán)境中，隨著(zhù)時(shí)間推移，傳感器將確定從上午9點(diǎn)到下午5點(diǎn)辦公室人數達到峰值的時(shí)候?；谶@些數據，系統將學(xué)習在高峰時(shí)段引導更多氣流，而在非高峰時(shí)段限制或關(guān)閉氣流，從而減少能耗，節省企業(yè)支出。

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

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

其他資源：

●   查看 采用毫米波雷達傳感器的人員計數和跟蹤參考設計 。

●   閱讀白皮書(shū) “ 毫米波傳感器輕松實(shí)現細微運動(dòng)檢測和人員計數智能化 。 ”