高能效物联网中采用雷达传感器的智能家居系统

智能家居应用和联网设备使得人们的日常生活更加便利，它们的数量正在迅猛增长并不意外。Statista估计全球范围已有大约 3.5 亿个智能家居设备，而且还在不断增加。许多智能家居设备长期处于激活或待机模式以便随时使用，因此能耗很高。

图 1：智能家居中的传感器数量不断增多，也增加了功耗。(图片来源：Infineon)

深度睡眠模式替代待机模式

然而，有些设备其实没有必要处于待机模式。例如，当住户不在家时，恒温器、智能扬声器和数字助理可以进入深度睡眠模式，以减少能源消耗，潜在的节能效果从几瓦到 100 多瓦不等。根据设备的数量及其深度睡眠的时长，节省的电量很快便会积少成多。举例计算如下：如果每个家庭拥有五台智能设备，平均每天可节省 0.5 千瓦时；换句话说，3亿个家庭每年合共可节省55太瓦时电能。

然而，许多设备并不具备睡眠模式等省电功能，或者用户因使用不便而将省电功能关闭。这是因为深度睡眠模式与高应用功能相结合，“睡醒”时通常需要漫长的启动和等待时间。

采用雷达技术和物联网传感器提高能效

那么，如何将易用性与智能和高能效结合起来呢？雷达技术与物联网传感器的结合带来了新的可能性。例如，在智能家居设备中集成雷达传感器，可以用来探测家中是否有人。如果探测到没有人，智能设备就会自动切换到深度睡眠模式。根据传感器和设计的不同，雷达模块的功耗仅为几毫瓦，最大功耗水平仅为 0.1 瓦，远远低于许多电子设备开启或进入标准待机模式的能耗需求。

与其他传感器（如红外线）相比，雷达技术的优势可以体现在通风系统的例子中。当雷达与温度传感器和二氧化碳传感器结合使用时，其工作效率最高，而且只有在需要时，即有人在、二氧化碳含量过高或温度超过预设限值时，系统才会启动。与其他传感器不同的是，雷达传感器不仅能检测到是否有人，还能检测到人数和位置（与传感器的距离），从而能够以最佳方式调节空调系统的气流。

24 GHz和 60GHz 雷达实现广泛应用

英飞凌提供各种雷达组件，适合众多应用。这些产品能够为智能照明系统提供精确的运动和存在检测，比如为智能家居设备中直观的人机界面提供手势识别功能，为健康监测系统提供非接触式重要数据采集，以及为优化工业流程提供先进的物品分类和跟踪功能。

24 GHz 雷达系列为系统设计提供了高度灵活性，并可用于广泛的使用案例：比如可用于确定运动和方向，以及单个和多个目标的速度、到达角度和位置。

对于要求宽宽带和高精度的应用，英飞凌的产品组合包括低成本紧凑型 60 GHz 低功耗雷达（图 2）。

图 2：60 GHz 雷达传感器产品组合概览

除了为监控、照明和智能家居设备提供短距离定位等应用外，60 GHz 雷达传感器还可用于消费类电子产品、医疗保健方案、驾驶辅助系统和工业应用中的重要数据采集。所有 60 GHz 物联网雷达传感器都经过尺寸优化，并在封装中附带天线。

例如，BGT60TR13C型号带有一个发射天线和三个接收天线，L 形的天线布置可进行水平和垂直角度测量，极高的精度可实现亚毫米范围内的运动检测。例如，这些雷达传感器可用于消费电子产品中的重要数据采集。

BGT60LTR11AIP是一款集成了发射和接收天线以及运动和方向检测器的60 GHz 多普勒雷达传感器，支持多种工作模式，包括无需软件或硬件设计的全自主模式。在自主模式下，这款雷达可在七米以内的距离探测到人，功耗则小于 5 毫瓦，是运动检测应用的理想选择，如智能照明或气候控制、自动开门或无接触开关，以及包括 IP 摄像头在内的智能安防和报警系统。

BGT60UTR11AIP 是 BGT60 系列的最新成员，尺寸仅为 4.05 mm × 4.05 mm，它是市场上最小型、最紧凑的雷达传感器产品。BGT60UTR11AIP专为要求严苛的应用而设计，具有频率调制连续波雷达技术的灵敏度和可靠性。

英飞凌提供开发套件以支持嵌入式和 PC评估的开发和评测，包括用于算法开发、原型设计和嵌入式实施的综合软件开发套件 (SDK) 和示例。

雷达传感器的优势

结构紧凑，可实现开发体积相对较小的物联网系统

坚固耐用，可在各种环境和气候条件下工作。即使在温度波动或不同光照条件下，运作也不会受到明显影响。

它们以高频(24或60 GHz)传输射频信号，可穿透大多数材料（如塑料、玻璃和木材）。因此，即使侦测对象处于墙壁或障碍物后面，以及隐藏在产品盖子或包装下面，它们也能提供准确的读数。

它们具有很高的测量灵敏度，可以检测到非常微小的移动。这意味着它们可以用来记录重要数据。

它们的耗电量相对较低，可实现高能效的物联网应用。电池供电设备只需一颗电池即可长时间工作