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(dòng)化的方向發(fā)展。為支持實(shí)現(xiàn)這類自動(dòng)化，需要各種不同的傳感器。本文將重點(diǎn)探討監(jiān)視何時(shí)有人進(jìn)入、離開或待在某個(gè)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(jìn)行人體感應(yīng)可以帶來(lái)諸多便利，包括在人體進(jìn)出某個(gè)區(qū)域時(shí)開關(guān)燈，根據(jù)是否有人來(lái)控制 HVAC 系統(tǒng)，以及可以感應(yīng)到任何不該出現(xiàn)的活動(dòng)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(wú)源紅外 (PIR) 傳感器。PIR 傳感器廣泛應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化以及進(jìn)行人體和物體檢測(cè)的安防系統(tǒng)。即使在物體或人體的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)方面它們也能一展身手。不過(guò)，由于 PIR 傳感器自身的局限，其無(wú)法滿足一些更高級(jí)的檢測(cè)應(yīng)用需求。

下一代人體感應(yīng)需求

PIR 傳感器無(wú)法檢測(cè)靜止不同的物體，不能準(zhǔn)確檢測(cè)移動(dòng)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(dòng)化和安防系統(tǒng)的關(guān)鍵要素。感應(yīng)靜止人體的功能對(duì)人體檢測(cè)而言不可或缺。當(dāng)有人進(jìn)入房間時(shí)，智能家庭或辦公室系統(tǒng)將會(huì)感應(yīng)到他們，并自動(dòng)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(gè)位置停留任何時(shí)間長(zhǎng)度，不論其是否運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)都需要能夠感應(yīng)到他們是否仍在那里。

通過(guò)感應(yīng)移動(dòng)方向，智能系統(tǒng)可以在人體實(shí)際進(jìn)入行進(jìn)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(yù)先確定的模式一并確定檢測(cè)到的物體是人、動(dòng)物還是其他東西。這樣一來(lái)，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(cè)到的物體時(shí)，忽略寵物或其他動(dòng)物。

Panasonic 的解決方案

簡(jiǎn)單的 PIR 傳感器無(wú)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(gè)熱感應(yīng)元件，而 Grid-EYE 則使用了由 64 個(gè)熱電堆構(gòu)成的 8 x 8 陣列傳感器，使其能夠測(cè)量 60° 可視范圍內(nèi)的實(shí)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(hào)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(hào)后，隨即便能執(zhí)行計(jì)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(cè)人體或物體的上、下、左、右和對(duì)角線移動(dòng)（圖 2）。甚至能夠檢測(cè)多個(gè)沿不同方向移動(dòng)的物體。該器件還能檢測(cè)近距離手部運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的手勢(shì)控制。

圖 2：運(yùn)動(dòng)方向可由系統(tǒng)使用 Panasonic Grid-EYE 提供的熱圖像來(lái)確定

Maxim 的參考設(shè)計(jì)

對(duì)于典型的家庭/辦公室自動(dòng)化和安防應(yīng)用而言，需要上述多個(gè)傳感器來(lái)覆蓋不同的房間和/或入口。如何讓這些傳感器全部與一個(gè)主處理位置高效地對(duì)接可能是一個(gè)棘手的問題。幸運(yùn)的是，Maxim 使用其 MAXREFDES131# 參考設(shè)計(jì)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(jì)板。

此板在一個(gè)參考設(shè)計(jì)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(guò)單線與遠(yuǎn)達(dá) 100 米以外的主處理器進(jìn)行通信，相比之下，對(duì)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(shí)現(xiàn)“多達(dá) 10 個(gè)采用菊花鏈拓?fù)浣Y(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(lái)，這些器件可放在多個(gè)遠(yuǎn)程位置，并且仍舊僅通過(guò)單線向單一主機(jī)處理器提供相關(guān)信息（無(wú)需單獨(dú)的主機(jī)處理器），而位于多個(gè)位置且包含一組若干個(gè)傳感器的器件則彼此連接，以覆蓋家庭或公司周圍的目標(biāo)區(qū)域。

如果在應(yīng)用中使用了不止一個(gè) MAXREFDES131#，則這些板必須可單獨(dú)由處理器識(shí)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(gè) DS2413 單線雙通道、可尋址開關(guān)來(lái)單獨(dú)枚舉板上包含的各個(gè)單元（圖 4）。

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

DS2413 收到其枚舉代碼后，將會(huì)引起一個(gè) 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(jī)處理器能夠與下游可能連接的其他 MAXREFDES131# 板進(jìn)行通信。將 COM2 與 DS28E17 斷開還會(huì)導(dǎo)致其進(jìn)入休眠模式，從而斷開 AMG8833 的電源。當(dāng) MAXREFDES131# 處于休眠模式時(shí)，它會(huì)消耗約 0.5 mA 的電流，相比之下，未處于休眠模式時(shí)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(tái)的示例代碼，以及之前提到過(guò)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(jìn)行評(píng)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(jì)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(yùn)動(dòng)感應(yīng)應(yīng)用打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。這種參考設(shè)計(jì)可滿足在一個(gè)裝置中感應(yīng)靜止物體或人體、確定移動(dòng)方向、生成熱圖像以及通過(guò)簡(jiǎn)單、靈活的方法與主機(jī)處理器進(jìn)行通信的高級(jí)需求。