红外传感器在物联网中的应用

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红外传感器在物联网中的应用

据talk工控网了解,在过去的十年里,智能技术和物联网IoT)经历了举世瞩目的进步,并对工业和人们的日常生活产生了巨大影响,这很大程度上得益于越来越精密的传感器不断发展。

如今,电子传感器和探测器在汽车、制造设备、消费产品和家庭等领域实现了前所未有的自动化功能。移动设备的普及和与其相关的计算能力、专用应用以及无形互联等因素,均正在推动着消费者对更综合、更智能电子产品的需求提升,从而使其日常生活的各个方面更加自动化

IoT正推动着智能家居技术领域的快速增长,并要求更智能的红外传感器技术来支持日益增长的智能家居互联创新。

为了刺激消费需求,快速创新带来了新一代可以快速、自动处理日常运行的智能设备。同时在不断进步的接口技术的帮助下,这些设备可以启用、禁用和预编程各项功能。功能越复杂、越自动化,就越要求电子设备能够从其运行环境中获得更多的感知数据,例如温度、动作和人员存在等信息,并根据这些数据运行和交互。

红外探测

红外传感器在物联网中的应用

举例说明,空调和供暖系统是家庭用电中最耗电的部分。使用红外传感器的智能恒温器可以根据人员动作和是否出现来进行控制,以节省能源并保持气温舒适。先进的暖通系统(HVAC systems)可以利用红外传感器来扫描房间,产生热图并控制空气温度。红外传感器通过提供实时的环境必要信息来自动激活和控制恒温器。通过提供房间详细的热信息,即使是穿透窗户的阳光的热量也可计算在内,以精确地计算出房间的冷热需求。

运动检测是智能家居产品和系统中的关键组成部分。

红外热传感器凭借多功能、易于集成、成本相对低廉且对人类热量敏感等特性,因此它们特别适于人机界面应用。红外传感技术领域的重大进展有助于简化系统集成,以满足消费类产品所需的高竞争力和快速上市周期。

红外运动热探测是入侵警报和家庭安全系统中传感器技术的重要组成部分。

随着产品应用的扩展,为了满足智能设备日益增长的感知需求,提出了许多迫切需求,包括微型化、软件控制的灵活性、能效、增强的灵敏度,以及易于集成的产品设计。在许多情况下,这些改进可以相互作用,相互促进。

微型化

消费者的需求趋向于对更紧凑且方便的智能设备的持续迭代,即更小的尺寸和更低的存在感。因此,随着智能技术在家庭和个人设备中的实用性能越来越高,原始设备制造商(OEM)正在寻找将更多技术和功能封装在更小器件中的方法。这意味着需要既紧凑又足够实用的更小的传感器元件和设计,以使智能系统本身几乎无形的存在于我们的身边。其目标是尽可能地节省空间,将尽可能多的器件集成到其应用环境中。与传统集成透镜的晶体管封装(TO封装)设计相比, Excelitas的SMD(表面贴装器件)红外热探测器等新型封装可显著地缩小尺寸,从而提高了空间效率。

SMD封装支持机器组装型生产,因而,更适于满足快速增长的消费类细分市场所需求的高效生产线。

SMD封装传感器的尺寸更小,因此每平方毫米可以容纳更多的微型传感器,以支持日益紧凑的电子主机设备设计。与更小尺寸相一致的是需要缩小光学系统,使其尽可能地小。传统上用于提供远程探测应用所需性能的Fresnel(菲涅尔)塑料透镜,相当庞大。为了实现微尺寸器件而缩小这些透镜时,红外传感器必须通过更高的灵敏度来进行补偿。

专有传感器衬底设计的进步和发展,正在大幅提升传感器面积,这意味着灵敏度的提高(如更快速地触发较弱的事件信号)和有效传感范围的扩展。如今最新的SMD传感器设计完全能够无需笨重的放大镜或窗口,在三米范围内有效的进行事件检测,从而在主机系统设计中进一步提升空间效率。

改进的信号处理

微型化、增强的传感器灵活性和软件控制功能,促进了智能产品设计的空间利用和多功能性。先进的专用集成电路(ASIC)和改进的数字红外传感器技术的信号处理,现在可使红外传感器监测和探测多个因素,并区分动作探测事件与存在监测。这可以简化在主机系统网格网络中使用各类传感器点的能力,并将来自不同位置的专用数据传递到主机系统的中央控制区。

举例来说,在智能家居的暖通空调控制系统(HVAC control system)中,传感器网络可以通过探测人类的进入使系统从“待机”模式中激活,在特定激活区域监控人类是否存在,当人们进入智能家庭的其他区域时探测到运动、并最终监控/报告整个家庭的环境温度,且将如日照移动、夜幕降临或者天气波动等变量的影响都计算在内。正是此类网络的集成将持续推动数字传感器的发展,并扩展红外传感技术在消费领域的应用。

延长的电源效率

优化传感器的能源需求,不仅延长了远程及移动智能设备的使用寿命,而且,它还将通过显著降低电力需求来减小设备的尺寸。锂电池极大地提高了设备的可移动性,起先是智能手机使用小型高效的可充电电池,目前市面上还有电动汽车和电动自行车等其他产品在使用。在家用设备中,锂电池驱动的智能产品和系统正在减少对硬连线设施的需求。电灯开关、电话、门铃和互联网协议(IP)摄像头只是其中的几个例子。

Excelitas的低功耗DigiPyro 1500系列传感器经过改进可利用1.8伏电源运行,以延长其现场使用寿命,并降低了智能家居和便携式电子设备的电力需求,提高了空间经济性。

对于这些设备,充电前的可运行时间成为一项重要指标。例如,IP摄像头可安装在不影响用户日常充电的位置上进行充电。这使得锂电池能够提供数月或数年的电池运行时间。为了使电池驱动型设备充分利用低电压优势,许多微处理器现已支持1.8伏运行。低电流消耗可使整体电力预算减少,因此可实现长期运行。这就要求开发“支持1.8伏运行且需要更少电流的”新型传感器,最近才在该技术上取得突破进展。

更高的灵敏度

红外传感器在物联网中的应用

电源效率和性能的一个重要方面就是无源传感器在“睡眠”模式下的运行能力,不仅需要在待机状态下能耗尽可能低,而且要求具有快如闪电的唤醒功能来激活主机智能设备。

例如,对于安全或家庭监控摄像头来说,这可以使应用效果大不相同——如摄像头可被设置从待机模式“唤醒”,并快速自动对焦,从而在视野范围内捕捉到有意义的动作图像。由于设备只有在探测到人的存在时才使用全功率,因此这样既可延长设备的使用寿命,也可减少设备所需能耗。

即使当设备处于睡眠模式时,为达到必要的唤醒和快速激活,也需要精确的灵敏度。通常情况下,这些应用使用的使热释电探测器和传感器。它们可为远程运动探测提供高灵敏度和高频率响应。将运动信号直接传送给微处理器,实现最好的响应和灵敏度,然后可以用基于环境条件和设置的软件程序来处理。

智能产品领域节凑快且多变。OEM在短时间内开发和推出产品的能力,对产品的成败有很大影响。

OEM设计工程师需要易于集成的传感器来实现更短的产品设计周期。开发时间可以通过利用带有现成设计模块的电子设备来进行集成,由于当今大多数电子设备都专注于数字技术,因此最好就是数字技术。这就意味着各种各样的传感器都需要数字化,并且能与周围电子设备进行通信

在日常生活中,智能设备将继续不断增长,并获得越来越多的角色。电池驱动的开关、IP摄像头和安全灯提升了生活和工作环境的总体安全性和便利性,同时也提高了能源效率。当通过IoT连接时,整个性能将变得更加智能和方便。

更重要的是,基于存在和运动的环境适应将成为一种商品。在新应用中对更复杂的交互式需求将推动包括上述传感器技术创新在内的各类技术的持续发展。传感器的应用,尤其是红外传感器,无疑将继续在IoT和智能产品领域的技术支持中发挥关键作用。

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