使用 TI 毫米波占位傳感器設(shè)計高能效的智能空調(diào)

與以往相比，發(fā)達國家/地區(qū)和發(fā)展中國家/地區(qū)的人們?nèi)缃窀右蕾嚳照{(diào) (AC) 來獲得舒適的生活空間，因此，能源消耗也隨之快速增加。
根據(jù)國際能源協(xié)會的“制冷的未來”報告，空調(diào)占當(dāng)今總能源消耗的 10%。預(yù)計到 2050 年，這一使用量將增加兩倍，相當(dāng)于美國、歐盟和日本目前的總發(fā)電量。到 2050 年，全球住宅和商業(yè)建筑中空調(diào)的數(shù)量將從今天的 16 億臺增加到 56 億臺。這相當(dāng)于在接下來的 30 年中每秒鐘即有 10 臺新空調(diào)售出。

占位感應(yīng)在空調(diào)中的作用
通過適應(yīng)室內(nèi)活動水平并將氣流引導(dǎo)到更需要的地方，人體占位感應(yīng)可以使空調(diào)更智能、更節(jié)能。圖 1 展示了一些場景，在這些場景中，占位感應(yīng)（如在場/不在場、活動和人員位置檢測）提供反饋，通過調(diào)節(jié)室溫并將氣流導(dǎo)向室內(nèi)居用人員，可有助于節(jié)約能源并使環(huán)境更加舒適。

圖 1：展示從占位感應(yīng)獲得的反饋如何確定空調(diào)使用情況的場景

無源紅外傳感器和攝像頭解決方案是空調(diào)占位感應(yīng)中使用的兩種技術(shù)。無源紅外傳感器成本低、功耗低，但在明亮日光下的誤檢測率較高，對精細運動缺乏敏感性。相比之下，攝像頭可提供出色的分辨率，但有可能出現(xiàn)更高的錯誤檢測率，尤其是檢測陰影和人像圖片。無源紅外傳感器和攝像頭解決方案都是光學(xué)傳感器，在設(shè)計中將需要光學(xué)設(shè)計，需要額外開孔，將可能影響外觀設(shè)計。

整個行業(yè)采用占位感應(yīng)來實現(xiàn)節(jié)能，同時也致力于通過邊緣處理使空調(diào)更加智能。除了通過存在檢測來控制空調(diào)操作以提高用戶舒適度之外，還不斷致力于采用單一傳感技術(shù)。未來，空調(diào)將集成用于用戶安全監(jiān)測的附加功能，例如跌倒事件檢測和生命體征監(jiān)測，包括心率和呼吸率。

毫米波傳感器在占位感應(yīng)中的優(yōu)勢
TI 毫米波 (mmWave) 傳感器提供豐富的數(shù)據(jù)集，其中包含相關(guān)區(qū)域中每個對象的精確范圍、速度和到達方向信息。通過執(zhí)行對象檢測、分類和跟蹤的數(shù)字信號處理器 (DSP)，可以獲取人員占位信息，例如人員在場、不在場、人數(shù)以及人員相對于空調(diào)設(shè)備的精確位置?？照{(diào)設(shè)備可以使用這些信息來做出明智的決策；例如，當(dāng)有人進入房間時，傳感器會在開啟氣流之前在最短預(yù)設(shè)時間內(nèi)跟蹤此人的在場狀態(tài)。如果此人留在房間里，空調(diào)通過使用跟蹤/定位信息將氣流向此人引導(dǎo)，以便為其提供舒適感?？照{(diào)還會根據(jù)房間內(nèi)的人數(shù)調(diào)整溫度，以實現(xiàn)更大的舒適度和更好的節(jié)能效果。

除了數(shù)據(jù)的準確性和精度之外，TI 的毫米波傳感器在創(chuàng)建高能效的智能空調(diào)解決方案時還提供了諸多優(yōu)勢，其中包括：

• 減少了誤檢測

• 可在惡劣環(huán)境下正常運行

• 產(chǎn)品設(shè)計美觀，外型小巧

• 使用傳感技術(shù)而非攝像頭，可減少隱私顧慮。在保護隱私的前提下，實現(xiàn)人數(shù)統(tǒng)計及目標(biāo)追蹤

實現(xiàn)邊緣智能化
TI 毫米波 60GHz 傳感器在單個芯片上集成了調(diào)頻連續(xù)波收發(fā)器、片上監(jiān)控和校準機制、Arm? Cortex?-R4F 微控制器和 C674x DSP。此集成特性可支持在高度集成的傳感器上實現(xiàn)智能化，并在器件本身進行實時數(shù)據(jù)處理。

一個示例應(yīng)用使用 TI 的 IWR6843 60GHz 毫米波單芯片傳感器為商業(yè)和住宅空調(diào)實現(xiàn)占位感應(yīng)。處理數(shù)據(jù)的傳感器使用 Capon 波束成形進行人員檢測，并且可以智能地對對象進行分類以更大程度地減少錯誤檢測。此示例應(yīng)用展示了 +/-10 厘米的人員（包括移動和靜止）檢測精度，室內(nèi)檢測距離可長達 8 米。計數(shù)密度為每兩米 3 人，人數(shù)少于 5 人時，準確率為 100%；房間內(nèi)最多 9 人時，準確率為 85%。

在不久的將來，空調(diào)將成為基于數(shù)據(jù)的完全獨立系統(tǒng)，無需遙控器或通過空調(diào)控制單元進行人機交互?？照{(diào)中的傳感技術(shù)不斷收集數(shù)據(jù)，以便提供更佳的舒適度。例如，在辦公室環(huán)境中，傳感器可隨著時間的推移確定從上午 9 點到下午 5 點在辦公室的人數(shù)最多。基于這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將學(xué)習(xí)在忙碌時段引導(dǎo)更多氣流，并在非高峰時段限制或關(guān)閉氣流，以便減少能源消耗，進而節(jié)省企業(yè)費用。

住宅和商用空調(diào)的需求持續(xù)增長，到 2050 年將增加兩倍。使用毫米波技術(shù)的占位感應(yīng)可以將整體空調(diào)能耗降低多達 35%。展望未來，毫米波技術(shù)不僅會繼續(xù)對 HVAC 系統(tǒng)的運行方式產(chǎn)生更大的影響，還能夠減少環(huán)境中的污染物總體排放量。