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使用TI毫米波占用傳感器設(shè)計(jì)智能、高效節(jié)能的空調(diào)

發(fā)布時(shí)間:2020-07-16 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】與以往相比,發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家的人們對(duì)空調(diào)(AC)的依賴度日益增加,這使得能源消耗迅速增加。交流電總能耗的10%。預(yù)計(jì)到2050年,空調(diào)能耗將增加兩倍,相當(dāng)于美國、歐盟和日本目前的總電量。
    
與以往相比,發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家的人們對(duì)空調(diào)(AC)的依賴度日益增加,這使得能源消耗迅速增加。
 
根據(jù)國際能源署(International Energy Association)發(fā)布的報(bào)告“制冷的未來”,空調(diào)占當(dāng)今交流電總能耗的10%。預(yù)計(jì)到2050年,空調(diào)能耗將增加兩倍,相當(dāng)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(diào)數(shù)量將從現(xiàn)在的16億臺(tái)增長到56億臺(tái)。這相當(dāng)于未來30年中,每秒將售出10臺(tái)新空調(diào)。
 
使用空調(diào)在占用傳感中的作用
 
人體占用傳感通過適應(yīng)室內(nèi)活動(dòng)水平并將氣流引導(dǎo)到最需要的地方,可使空調(diào)更智能、更高效節(jié)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(dòng)和人的位置檢測,助于節(jié)約能源,并通過調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和將氣流導(dǎo)向房間內(nèi)的人,使居住環(huán)境更加舒適。
 
使用TI毫米波占用傳感器設(shè)計(jì)智能、高效節(jié)能的空調(diào)
圖1:描述從占用傳感中獲得的反饋如何確定空調(diào)使用量的情景
 
被動(dòng)紅外傳感器和攝像機(jī)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(cuò)誤檢測問題,且對(duì)精細(xì)運(yùn)動(dòng)缺乏敏感性。相比之下,攝像機(jī)可提供最高的分辨率,但其可能出現(xiàn)較高的錯(cuò)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(xiàn)節(jié)能的同時(shí),行業(yè)正在朝著通過邊緣處理使空調(diào)變得更加智能化的方向發(fā)展。除了通過存在檢測來控制空調(diào)運(yùn)行以提高用戶舒適度外,還在向單一傳感技術(shù)發(fā)展。未來,空調(diào)將集成更多用戶安全監(jiān)控功能,例如跌倒事件檢測和生命體征監(jiān)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(shì)
 
德州儀器毫米波(mmWave)傳感器可為相關(guān)區(qū)域中的每個(gè)物體提供豐富的數(shù)據(jù)集,并提供精確的范圍、速度和到達(dá)方向信息。通過數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)執(zhí)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(jì)數(shù)和相對(duì)于空調(diào)設(shè)備的精確位置??照{(diào)裝置可利用此信息做出明智決策;例如,當(dāng)人員進(jìn)入房間時(shí),傳感器會(huì)在開啟前以最小的預(yù)設(shè)持續(xù)時(shí)間跟蹤該人員是否在場。如果人員留在房內(nèi),則使用跟蹤/定位信息,空調(diào)可將氣流引向該人員,讓其感到舒適。根據(jù)房內(nèi)人數(shù),空調(diào)溫度將做出相應(yīng)調(diào)整,以最大程度地提高舒適度并節(jié)約能源。
 
除數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(jié)能的空調(diào)解決方案時(shí)還具有諸多優(yōu)勢(shì),包括:
 
減少錯(cuò)誤檢測。
在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的能力。
美觀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jī),因此減少了隱私問題。
實(shí)現(xiàn)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(diào)頻連續(xù)波收發(fā)器、片上監(jiān)測和校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)、Arm®Cortex®-R4F微控制器和C674x DSP。這種集成實(shí)現(xiàn)了在高度集成的傳感器上實(shí)現(xiàn)智能,并在器件本身進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。
 
一個(gè)示例應(yīng)用程序 使用德州儀器的IWR6843 60 GHz 毫米波單芯片傳感器來實(shí)現(xiàn)商用和住宅用空調(diào)的占用傳感。處理數(shù)據(jù)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(duì)物體進(jìn)行分類,以最大程度地減少錯(cuò)誤檢測。這個(gè)示例應(yīng)用程序演示了在室內(nèi)長達(dá)八米的范圍內(nèi),移動(dòng)和靜止人員的+/- 10cm檢測精度。在室內(nèi)每兩米3人的計(jì)數(shù)密度下,少于5人的人員計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度為100%,最多9人的計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度為85%。
 
在不遠(yuǎn)的未來,空調(diào)將成為完全成為自給自足、基于數(shù)據(jù)的系統(tǒng),無需通過遙控器,也不需要通過空調(diào)控制單元與人互動(dòng)。空調(diào)中的傳感技術(shù)將不斷收集數(shù)據(jù)以優(yōu)化舒適度。例如,在辦公室環(huán)境中,隨著時(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(shù)達(dá)到峰值的時(shí)候?;谶@些數(shù)據(jù),系統(tǒng)將學(xué)習(xí)在高峰時(shí)段引導(dǎo)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(jié)省企業(yè)支出。
 
隨著住宅和商用空調(diào)的需求持續(xù)增長(到2050年增長三倍),使用毫米波技術(shù)的占用傳感可將空調(diào)總能耗降低多達(dá)35%。未來,毫米波技術(shù)將不僅對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式繼續(xù)產(chǎn)生更大影響,而且還將減少對(duì)環(huán)境的總體排放。
 
其他資源
 
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