使用德州儀器毫米波占用傳感器設計智能、高效節能的空調

與以往相比，發達國家和發展中國家的人們對空調的依賴度日益增加，這使得能源消耗迅速增加。

根據國際能源署（International Energy Association）發布的報告“制冷的未來”，空調占當今交流電總能耗的10%。預計到2050年，空調能耗將增加兩倍，相當于美國、歐盟和日本目前的總電量。到2050年，全球住宅和商業樓宇中的空調數量將從現在的16億臺增長到56億臺。這相當于未來30年中，每秒將售出10臺新空調。

人體占用傳感通過適應室內活動水平并將氣流引導到最需要的地方，可使空調更智能、更高效節能。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、活動和人的位置檢測，助于節約能源，并通過調節室內溫度和將氣流導向房間內的人，使居住環境更加舒適。

圖1：從占用傳感中獲得的反饋如何確定空調使用量

被動紅外傳感器和攝像機方案是交流占位傳感中使用的兩種技術。被動紅外傳感器成本低、功耗低，但在明亮日光條件下存在較高的錯誤檢測問題，且對精細運動缺乏敏感性。相比之下，攝像機可提供最高的分辨率，但其可能出現較高的錯誤檢測率，尤其存在陰影和人體照片方面。

在采用駐留傳感實現節能的同時，行業正在朝著通過邊緣處理使空調變得更加智能化的方向發展。除了通過存在檢測來控制空調運行以提高用戶舒適度外，還在向單一傳感技術發展。未來，空調將集成更多用戶安全監控功能，例如跌倒事件檢測和生命體征監測，包括心率和呼吸頻率。

德州儀器毫米波（mmWave）傳感器可為相關區域中的每個物體提供豐富的數據集，并提供精確的范圍、速度和到達方向信息。通過數字信號處理器(DSP)執行物體檢測、分類和跟蹤，可得出人員占用信息，例如人員的存在、不存在、計數和相對于空調設備的精確位置。空調裝置可利用此信息做出明智決策；例如，當人員進入房間時，傳感器會在開啟前以最小的預設持續時間跟蹤該人員是否在場。如果人員留在房內，則使用跟蹤/定位信息，空調可將氣流引向該人員，讓其感到舒適。根據房內人數，空調溫度將做出相應調整，以最大程度地提高舒適度并節約能源。

除數據的準確性和精確性，德州儀器的毫米波傳感器在創建智能、高效節能的空調解決方案時還具有諸多優勢，包括：

• 減少錯誤檢測；

• 在惡劣環境下運行的能力；

• 美觀的產品設計和較小的傳感器尺寸；

• 由于使用傳感技術而不是使用攝像機，因此減少了隱私問題。
  

德州儀器毫米波60 GHz傳感器在單芯片上集成了調頻連續波收發器、片上監測和校準機構、Arm?Cortex?-R4F微控制器和C674x DSP。這種集成實現了在高度集成的傳感器上實現智能，并在器件本身進行實時數據處理。

一個示例應用程序使用德州儀器的IWR6843 60 GHz 毫米波單芯片傳感器來實現商用和住宅用空調的占用傳感。處理數據的傳感器使用Capon波束成形技術進行人員檢測，并足夠智能地對物體進行分類，以最大程度地減少錯誤檢測。這個示例應用程序演示了在室內長達八米的范圍內，移動和靜止人員的+/- 10cm檢測精度。在室內每兩米3人的計數密度下，少于5人的人員計數準確度為100%，最多9人的計數準確度為85%。

在不遠的未來，空調將成為完全成為自給自足、基于數據的系統，無需通過遙控器，也不需要通過空調控制單元與人互動。空調中的傳感技術將不斷收集數據以優化舒適度。例如，在辦公室環境中，隨著時間推移，傳感器將確定從上午9點到下午5點辦公室人數達到峰值的時候。基于這些數據，系統將學習在高峰時段引導更多氣流，而在非高峰時段限制或關閉氣流，從而減少能耗，節省企業支出。

隨著住宅和商用空調的需求持續增長（到2050年增長三倍），使用毫米波技術的占用傳感可將空調總能耗降低多達35%。未來，毫米波技術將不僅對暖通空調系統的運行方式繼續產生更大影響，而且還將減少對環境的總體排放。

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