使用 TI 毫米波占位傳感器設計高能效的智能空調

文章中討論的其他器件：IWR6843

與以往相比，發達國家/地區和發展中國家/地區的人們如今更加依賴空調 (AC) 來獲得舒適的生活空間，因此，能源消耗也隨之快速增加。

根據國際能源協會的“制冷的未來”報告，空調占當今總能源消耗的 10%。預計到 2050 年，這一使用量將增加兩倍，相當于美國、歐盟和日本目前的總發電量。到 2050 年，全球住宅和商業建筑中空調的數量將從今天的 16 億臺增加到 56 億臺。這相當于在接下來的 30 年中每秒鐘即有 10 臺新空調售出。

圖1 展示從占位感應獲得的反饋如何確定空調使用情況的場景

占位感應在空調中的作用

通過適應室內活動水平并將氣流引導到更需要的地方，人體占位感應可以使空調更智能、更節能。圖 1 展示了一些場景，在這些場景中，占位感應（如在場/不在場、活動和人員位置檢測）提供反饋，通過調節室溫并將氣流導向室內居用人員，可有助于節約能源并使環境更加舒適。

無源紅外傳感器和攝像頭解決方案是空調占位感應中使用的兩種技術。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傳感器，在設計中將需要光學設計，需要額外開孔，將可能影響外觀設計。

整個行業采用占位感應來實現節能，同時也致力于通過邊緣處理使空調更加智能。除了通過存在檢測來控制空調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。未來，空調將集成用于用戶安全監測的附加功能，例如跌倒事件檢測和生命體征監測，包括心率和呼吸率。

毫米波傳感器在占位感應中的優勢

TI 毫米波 (mmWave) 傳感器提供豐富的數據集，其中包含相關區域中每個對象的精確范圍、速度和到達方向信息。通過執行對象檢測、分類和跟蹤的數字信號處理器 (DSP)，可以獲取人員占位信息，例如人員在場、不在場、人數以及人員相對于空調設備的精確位置。空調設備可以使用這些信息來做出明智的決策；例如，當有人進入房間時，傳感器會在開啟氣流之前在最短預設時間內跟蹤此人的在場狀態。如果此人留在房間里，空調通過使用跟蹤/定位信息將氣流向此人引導，以便為其提供舒適感。空調還會根據房間內的人數調整溫度，以實現更大的舒適度和更好的節能效果。

除了數據的準確性和精度之外，TI 的毫米波傳感器在創建高能效的智能空調解決方案時還提供了諸多優勢，其中包括：

●   減少了誤檢測

●    可在惡劣環境下正常運行

●    產品設計美觀，外型小巧

●    使用傳感技術而非攝像頭，可減少隱私顧慮。在保護隱私的前提下，實現人數統計及目標追蹤

實現邊緣智能化

TI 毫米波 60GHz 傳感器在單個芯片上集成了調頻連續波收發器、片上監控和校準機制、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智能化，并在器件本身進行實時數據處理。

一個示例應用使用 TI 的 IWR6843 60GHz 毫米波單芯片傳感器為商業和住宅空調實現占位感應。處理數據的傳感器使用 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。此示例應用展示了 +/-10 厘米的人員（包括移動和靜止）檢測精度，室內檢測距離可長達 8 米。計數密度為每兩米 3 人，人數少于 5 人時，準確率為 100%；房間內最多 9 人時，準確率為 85%。

在不久的將來，空調將成為基于數據的完全獨立系統，無需遙控器或通過空調控制單元進行人機交互。空調中的傳感技術不斷收集數據，以便提供更佳的舒適度。例如，在辦公室環境中，傳感器可隨著時間的推移確定從上午 9 點到下午 5 點在辦公室的人數最多。基于這些數據，系統將學習在忙碌時段引導更多氣流，并在非高峰時段限制或關閉氣流，以便減少能源消耗，進而節省企業費用。

住宅和商用空調的需求持續增長，到 2050 年將增加兩倍。使用毫米波技術的占位感應可以將整體空調能耗降低多達 35%。展望未來，毫米波技術不僅會繼續對 HVAC 系統的運行方式產生更大的影響，還能夠減少環境中的污染物總體排放量。