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使用德州仪器毫米波占用传感器设计智能、高效节能的空调
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使用德州仪器毫米波占用传感器设计智能、高效节能的空调

2020-07-16 11:44:08 来源:德州仪器

【大比特导读】根据国际能源署(International Energy Association)发布的报告“制冷的未来”,空调占当今交流电总能耗的10%。预计到2050年,空调能耗将增加两倍,相当于美国、欧盟和日本目前的总电量。到2050年,全球住宅和商业楼宇中的空调数量将从现在的16亿台增长到56亿台。这相当于未来30年中,每秒将售出10台新空调。

与以往相比,发达国家和发展中国家的人们对空调(AC)的依赖度日益增加,这使得能源消耗迅速增加。

根据国际能源署(International Energy Association)发布的报告“制冷的未来”,空调占当今交流电总能耗的10%。预计到2050年,空调能耗将增加两倍,相当于美国、欧盟和日本目前的总电量。到2050年,全球住宅和商业楼宇中的空调数量将从现在的16亿台增长到56亿台。这相当于未来30年中,每秒将售出10台新空调。

使用空调在占用传感中的作用

人体占用传感通过适应室内活动水平并将气流引导到最需要的地方,可使空调更智能、更高效节能。图1展示了一些场景,在这些场景中,来自占用传感的反馈,如存在/不存在、活动和人的位置检测,助于节约能源,并通过调节室内温度和将气流导向房间内的人,使居住环境更加舒适。

使用德州仪器毫米波占用传感器设计智能、高效节能的空调

图1:描述从占用传感中获得的反馈如何确定空调使用量的情景

被动红外传感器和摄像机方案是交流占位传感中使用的两种技术。被动红外传感器成本低、功耗低,但在明亮日光条件下存在较高的错误检测问题,且对精细运动缺乏敏感性。相比之下,摄像机可提供最高的分辨率,但其可能出现较高的错误检测率,尤其存在阴影和人体照片方面。

在采用驻留传感实现节能的同时,行业正在朝着通过边缘处理使空调变得更加智能化的方向发展。除了通过存在检测来控制空调运行以提高用户舒适度外,还在向单一传感技术发展。未来,空调将集成更多用户安全监控功能,例如跌倒事件检测和生命体征监测,包括心率和呼吸频率。

毫米波传感器在占用传感的优势

德州仪器毫米波(mmWave)传感器可为相关区域中的每个物体提供丰富的数据集,并提供精确的范围、速度和到达方向信息。通过数字信号处理器(DSP)执行物体检测、分类和跟踪,可得出人员占用信息,例如人员的存在、不存在、计数和相对于空调设备的精确位置。空调装置可利用此信息做出明智决策;例如,当人员进入房间时,传感器会在开启前以最小的预设持续时间跟踪该人员是否在场。如果人员留在房内,则使用跟踪/定位信息,空调可将气流引向该人员,让其感到舒适。根据房内人数,空调温度将做出相应调整,以最大程度地提高舒适度并节约能源。

除数据的准确性和精确性,德州仪器的毫米波传感器在创建智能、高效节能的空调解决方案时还具有诸多优势,包括:

减少错误检测。

在恶劣环境下运行的能力。

美观的产品设计和较小的传感器尺寸。

由于使用传感技术而不是使用摄像机,因此减少了隐私问题。

实现边缘智能

德州仪器毫米波60 GHz传感器在单芯片上集成了调频连续波收发器、片上监测和校准机构、Arm®Cortex®-R4F微控制器和C674x DSP。这种集成实现了在高度集成的传感器上实现智能,并在器件本身进行实时数据处理。

一个示例应用程序 使用德州仪器的IWR6843 60 GHz 毫米波单芯片传感器来实现商用和住宅用空调的占用传感。处理数据的传感器使用Capon波束成形技术进行人员检测,并足够智能地对物体进行分类,以最大程度地减少错误检测。这个示例应用程序演示了在室内长达八米的范围内,移动和静止人员的+/- 10cm检测精度。在室内每两米3人的计数密度下,少于5人的人员计数准确度为100%,最多9人的计数准确度为85%。

在不远的未来,空调将成为完全成为自给自足、基于数据的系统,无需通过遥控器,也不需要通过空调控制单元与人互动。空调中的传感技术将不断收集数据以优化舒适度。例如,在办公室环境中,随着时间推移,传感器将确定从上午9点到下午5点办公室人数达到峰值的时候。基于这些数据,系统将学习在高峰时段引导更多气流,而在非高峰时段限制或关闭气流,从而减少能耗,节省企业支出。

随着住宅和商用空调的需求持续增长(到2050年增长三倍),使用毫米波技术的占用传感可将空调总能耗降低多达35%。未来,毫米波技术将不仅对暖通空调系统的运行方式继续产生更大影响,而且还将减少对环境的总体排放。

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