MAXREFDES131: la prossima generazione di rilevamento a infrarossi con

Tutto sta andando verso l'automazione, comprese automobili, operazioni industriali e anche le case private. Per supportare questo processo di automazione sono necessari sensori di vario tipo. Questo articolo fa il punto sulle applicazioni per le abitazioni e gli uffici in cui è necessario sapere quando entrano delle persone, quando escono o semplicemente se sono presenti in una stanza o in un'area.

Il rilevamento di presenza sia a casa che in ufficio offre molte funzioni e vantaggi, dall'accensione/spegnimento delle luci quando le persone entrano o escono, al controllo degli impianti HVAC sempre in base alla presenza di persone nell'ambiente, fino ai sistemi di sicurezza delle proprietà che possono rilevare una qualche attività quando si suppone non ce ne debba essere nessuna.

Molti sistemi che supportano questi tipi di applicazioni utilizzano sensori a infrarossi passivi (PIR). I sensori PIR sono usati comunemente nell'automazione degli edifici e nei sistemi di sicurezza per il rilevamento di presenza o di oggetti. Funzionano bene anche quando devono rilevare movimenti di persone e oggetti. Tuttavia, applicazioni di rilevamento più sofisticate hanno requisiti che i PIR non possono soddisfare a causa delle loro limitazioni intrinseche.

Nuovi requisiti per il rilevamento di presenza

I sensori PIR non sono in grado di rilevare oggetti immobili, individuare direzione e movimento con precisione o creare immagini termiche. Questi compiti sono tutti cruciali nello sviluppo della nuova generazione di sistemi di sicurezza e di automazione intelligenti. La capacità di rilevare le persone immobili è essenziale per il rilevamento di presenza. Quando una persona entra in una stanza, il sistema intelligente per l'abitazione o l'ufficio la rileverà e automaticamente regolerà l'illuminazione e il condizionamento dell'aria in modo che l'ambiente si adatti alla presenza umana. Se quella persona si ferma in un posto più o meno a lungo, il sistema deve poter rilevare la sua presenza a prescindere dal fatto che si muova o no.

Il rilevamento della direzione di movimento permetterebbe a un sistema intelligente di accendere le luci e regolare i parametri HVAC nelle stanze e nelle aree verso cui si sta dirigendo una persona, prima che di fatto vi entri.

La capacità di creare immagini termiche aiuterebbe un sistema a determinare se l'oggetto rilevato era una persona, un animale o qualcos'altro, in base a modelli predeterminati. Questo consentirebbe a un sistema intelligente di ignorare animali in genere o domestici al momento di stabilire se regolare i parametri ambientali o se l'oggetto rilevato dovrebbe essere ignorato nelle applicazioni di sicurezza.

La soluzione di Panasonic

Dei semplici sensori PIR non sono in grado di fare tutte queste cose, ma Grid-EYE di Panasonic sì (Figura 1). Mentre la maggior parte dei sensori PIR usano un solo elemento di rilevamento termico, Grid-EYE usa un array 8x8 di 64 termopile che gli consente di misurare la temperatura effettiva e i gradienti di temperatura entro un'area di visione di 60°. Grid-EYE è dotato di un ASIC che converte in formato digitale tutti i segnali delle 64 termopile e li rapporta a una temperatura ambiente data da un termistore interno prima di inviarli a un microprocessore. Una volta che il microprocessore riceve questi segnali, può eseguire dei calcoli che mapperanno i dati della temperatura su un'immagine termica.

Figura 1: Sensore ad array a infrarossi Grid-EYE di Panasonic

Inoltre, Grid-EYE può rilevare il movimento verso l'alto, il basso, sinistra, destra e in diagonale di persone o oggetti (Figura 2). È possibile rilevare anche più oggetti che si muovono in direzioni diverse. Questo dispositivo è inoltre in grado di rilevare movimenti delle mani a breve distanza, il che permette il controllo tramite gesti semplici.

Figura 2: La direzione del movimento può essere determinata da un sistema utilizzando le immagini termiche acquisite da Grid-EYE di Panasonic

Progetto di riferimento di Maxim

Nelle tipiche applicazioni di automazione e sicurezza per abitazioni e uffici, per coprire le varie stanze e/o entrate sarebbero richiesti diversi di questi sensori. Riuscire a interfacciarli tutti in modo efficiente con un punto di elaborazione principale potrebbe rivelarsi un problema logistico. Fortunatamente, Maxim ha sviluppato una soluzione con la sua scheda di progetto di riferimento MAXREFDES131# (Figura 3).

Figura 3: Scheda di progetto di riferimento Grid-EYE 1-Wire MAXREFDES131# di Maxim.

Questa scheda incorpora AMG8833 Grid-EYE di Panasonic e DS28E17 1-Wire di Maxim su ponte I²C in un progetto di riferimento. Con il ponte I²C di DS28E17, MAXREFDES131# è in grado di comunicare con il processore principale fino a 100 metri di distanza tramite un unico filo, rispetto ai pochi metri consentiti da un tipico bus I²C. Secondo il sito Web di Maxim, è disponibile una GUI dimostrativa che consente il "feedback visivo fino a un massimo di 10 sensori Grid-EYE 1-Wire MAXREFDES131# collegati in serie". Tuttavia, il raggio massimo di comunicazione di 100 metri rimane valido, a prescindere dal numero di schede connesse assieme. Ciò consente a questi dispositivi di essere collocati in posizioni remote e continuare a fornire informazioni pertinenti a un singolo processore host attraverso un solo filo. Non sono richiesti processori host separati, ognuno dei quali con una serie di alcuni sensori, dislocati in più punti per interfacciarsi tra loro al fine di coprire le aree desiderate nell'abitazione o nell'azienda.

Se in un'applicazione viene usato più di un MAXREFDES131#, il processore deve poter identificare ogni singola scheda, per conoscere la posizione fisica che ognuna di esse sta monitorando. A tale fine si usa un interruttore indirizzabile a due canali, DS2413 1-Wire che permette a ogni unità inclusa nella scheda di essere enumerata individualmente (Figura 4).

Figura 4: Diagramma a blocchi del progetto di riferimento MAXREFDES131# (Immagine per gentile concessione di Maxim Integrated)

Quando DS2413 riceve il proprio codice di enumerazione, un interruttoreMAX4717 dual-SPDT si collega a COM2 per comunicazioni con DS28E17. Quando la scheda non è indirizzata, MAX4717 è collegato a COM1 per consentire al processore host di comunicare con le altre schede MAXREFDES131# che potrebbero essere collegate a valle. La disconnessione di COM2 da DS28E17 fa sì, inoltre, che entri in modalità di sospensione, scollegando l'alimentazione da AMG8833. Quando è in modalità di sospensione, MAXREFDES131# assorbe circa 0,5 mA rispetto ai circa 8 mA di quando non è in questa modalità.

Maxim fornisce il codice di esempio per entrambe le piattaforme mbed e Arduino, oltre alla GUI dimostrativa ricordata prima, che è disponibile sul suo sito Web. Con questo codice e questa GUI, gli sviluppatori possono rapidamente impostare la propria rete di schede MAXREFDES131# per valutazioni e messa a punto affinché siano idonee per le proprie applicazioni.

Conclusione

Con MAXREFDES131#, i progettisti possono sviluppare le basi per applicazioni di rilevamento di presenza e movimento di ultima generazione per case o uffici intelligenti e sistemi di sicurezza. Questo progetto di riferimento soddisfa gli avanzati requisiti di rilevamento di oggetti o persone immobili, determinando la direzione di movimento; può inoltre generare immagini termiche e sfruttare mezzi semplici e flessibili per comunicare con un processore host, il tutto in un'unica unità.