Zaloguj
Wdrożenie intuicyjnego sterowania bazuje na szeregu nieinwazyjnych systemów czujnikowych, które zapewniają aplikacjom IoT nowe zdolności percepcyjne. Intuicyjne systemy wykrywania pozwalają urządzeniom widzieć, słyszeć, postrzegać i rozumieć otaczające środowisko. W ten sposób otwierają nowe horyzonty dla technologii IoT w takich obszarach, jak inteligentne domy, bezpieczeństwo i przemysł.
Czujniki radarowe
W zakresie aplikacji IoT czujnik radarowy to urządzenie, które jest zdolne do wykrywania i potencjalnego śledzenia jednego lub więcej obiektów. W przeciwieństwie do wielu innych czujników bezprzewodowych radary są czujnikami aktywnymi, czyli generują impulsy sygnału, a następnie nasłuchują jego echa. Technologia radarowa korzysta z sygnałów o częstotliwości radiowej (RF) i umożliwia oszacowanie prędkości, kierunku i odległości od celu do nadajnika/odbiornika radaru. Czujniki radarowe mogą mieć dużą czułość i mogą wykryć nawet bardzo małe ruchy związane z samą obecnością człowieka.
Kluczowe zalety wysoce czułej technologii radarowej w zastosowaniach IoT to:
- Mały rozmiar – czujniki radarowe zajmują niewiele miejsca w całym systemie, dzięki czemu umożliwiają rozwój aplikacji IoT o stosunkowo niewielkich rozmiarach. Niewielkie gabaryty sprawiają, że ich działanie jest dyskretne i nie będzie przeszkadzać ani rozpraszać użytkowników;
- Wytrzymałość – czujniki radarowe działają bardzo dobrze w różnych warunkach środowiskowych i klimatycznych. Na ich działanie nie mają istotnego wpływu zmiany temperatury lub warunków oświetleniowych.
- Elastyczność w projektowaniu produktu – jedną z kluczowych cech czujników radarowych jest to, że można je ukryć pod osłonami produktów, co zwiększa estetykę i elastyczność wdrażania produktów. Radary emitują sygnały RF o wysokim paśmie częstotliwości, np. 24 GHz, które mogą przenikać przez większość materiałów (np. plastik, szkło i drewno). W związku z tym mogą zapewnić dokładne odczyty obiektów znajdujących się za ścianami lub przeszkodami.
- Czułość – czujniki radarowe mogą wykrywać bardzo małe ruchy (np. ruchy wywoływane oddychaniem), co umożliwia wiele interesujących zastosowań IoT, takich jak wykrywanie obecności człowieka a nawet wykrywanie oznak życia, takich jak bicie serca.
- Wydajność energetyczna – czujniki radarowe zużywają stosunkowo mało energii, a zatem pozwalają na długą żywotność baterii. W związku z tym zapewniają aplikacjom IoT znaczną autonomię i efektywność energetyczną.
Powyższe właściwości czujników radarowych powodują, że znajdują one różnorodne zastosowania, jednak ich najczęstszym zastosowaniem jest wykrywanie ruchów i obecności (lub ich brak) celów, takich jak ludzie, pojazdy i zwierzęta.
Autonomiczny czujnik radarowy od Infineon
Czujnik radarowy typu BGT60LTR11AIP wykorzystuje zjawisko Dopplera i działa w paśmie ISM 60 GHz. Dostarczany jako pojedynczy moduł radarowy, który może pracować w trybie autonomicznym. Może wykryć człowieka z odległości do 5 m, zużywając mniej niż 5 mW energii. Rozwiązanie od Infineon integruje w sobie złożoną konstrukcję anten RF oraz moc obliczeniową potrzebną do przetwarzania sygnałów radarowych. Czujnik radarowy może być ukryty wewnątrz obudowy produktu, ponieważ transmituje i odbiera przez materiały niemetaliczne. Można go zintegrować z systemami takimi jak laptopy, tablety, telewizory i głośniki, budząc je po wykryciu ruchu.
Na rysunku 1 został pokazany schemat blokowy radaru BGT60LTR11AIP. Zintegrowany oscylator VCO generuje sygnał o częstotliwości 60 GHz, którego częstotliwość jest stabilizowana za pomocą pętli PLL. Nadajnik zawiera wzmacniacz mocy w.cz. z konfigurowalną programowo przez SPI mocą wyjściową. W odbiorniku pracuje niskoszumowy detektor kwadraturowy, wspomagany wzmacniaczem LNA i mieszaczem homodynowym zapewniającym znakomitą czułość. Sygnały kwadraturowe IQ niezbędne do działania są wytwarzane z użyciem VCO i wielofazowego przesuwnika fazy na drabince RC.
Jednostka przetwarzania sygnału analogowego zawiera układ próbkowania z pamięcią (sample-and-hold circuit), zapewniający mały pobór mocy oraz możliwość ograniczania poboru poprzez modulację czasu aktywności i uśpienia. Dalej w torze przetwarzania sygnału jest konfigurowalny filtr górnoprzepustowy, wzmacniacz o zmiennym wzmocnieniu i filtr dolnoprzepustowy. Za tymi blokami znajdują się detektory, które generują impulsy w chwili wykrycia obiektu. Dla zapewnienia maksymalnej elastyczności i wytrzymałości przed fałszywymi alarmami obwody te pozwalają na ustalenie przez użytkownika czasu zwłoki, licznika trafień i progu wykrywania.
Cały układ czujnika ma wymiary 3,3×6,7×0,56 mm i ta obudowa zawiera chip półprzewodnikowy zintegrowany na laminacie razem z antenami, dzięki czemu jego użycie w aplikacji użytkownika nie wymaga użycia płytki drukowanej ze specjalnego laminatu mikrofalowego. Doskonale sprawdzi się zwykły FR-4, dzięki czemu nie trzeba obawiać się kosztów.
Na rysunku 2 pokazano płytkę prototypowego czujnika ruchu z detektorem BGT60LTR11AIP. Poza nim jest tam stabilizator niskoszumowy, oscylator kwarcowy dla zegara referencyjnego i kondensatory odsprzęgające. Do wyjścia dołączone są dwie diody LED. Zielona zapala się po wykryciu celu, a czerwona LED świeci się, gdy cel się oddala od czujnika. Płytka ta nie tylko obrazuje działanie detektora BGT60LTR11AIP MMIC, ale też jest kompletnym rozwiązaniem czujnika radarowego, bo została wykonana w formie nakładki (shield), czyli tak, aby można było ją zamontować na większym obwodzie głównym aplikacji. W ten sposób można szybko prototypować urządzenia i wytwarzać rozwiązania małoseryjne. Z użyciem czterech linii interfejsu SPI można przełączać czujnik, wybierając pracę autonomiczną lub kontrolowaną.
Bogata dokumentacja czujnika oraz wiele dodatkowych materiałów dostępne są na stronie: www.infineon.com, natomiast narzędzia programowe oraz przykłady programów dostępne są poprzez Infineon Developer Center: www.infineon.com
Infineon
www.infineon.com
