Panasonic、Maxim人體運動感應設計

包括汽車、工業操作甚至您自己的住宅，所有一切都在朝著自動化的方向發展。為支持實現這類自動化，需要各種不同的傳感器。本文將重點探討監視何時有人進入、離開或待在某個房間或區域所需的家庭和辦公室應用。

在家庭或辦公室周圍進行人體感應可以帶來諸多便利，包括在人體進出某個區域時開關燈，根據是否有人來控制 HVAC 系統，以及可以感應到任何不該出現的活動的物業安防系統。

許多支持這類應用的系統使用的都是無源紅外 (PIR) 傳感器。PIR 傳感器廣泛應用于樓宇自動化以及進行人體和物體檢測的安防系統。即使在物體或人體的運動感應方面它們也能一展身手。不過，由于 PIR 傳感器自身的局限，其無法滿足一些更高級的檢測應用需求。

下一代人體感應需求

PIR 傳感器無法檢測靜止不同的物體，不能準確檢測移動方向，也不能創建熱圖像。但這些任務都是開發下一代智能自動化和安防系統的關鍵要素。感應靜止人體的功能對人體檢測而言不可或缺。當有人進入房間時，智能家庭或辦公室系統將會感應到他們，并自動調整該區域的照明和 HVAC 以適應人的需求。如果此人在一個位置停留任何時間長度，不論其是否運動，系統都需要能夠感應到他們是否仍在那里。

通過感應移動方向，智能系統可以在人體實際進入行進方向上的房間和區域之前，打開電燈并調整 HVAC 參數。

創建熱圖像的功能有助于系統基于預先確定的模式一并確定檢測到的物體是人、動物還是其他東西。這樣一來，智能系統在確定是否調整環境參數以及是否應該在安防應用中忽略檢測到的物體時，忽略寵物或其他動物。

Panasonic 的解決方案

簡單的 PIR 傳感器無法執行上述所有任務，但 Panasonic 的 Grid-EYE 可以（圖 1）。大多數 PIR 傳感器僅使用一個熱感應元件，而 Grid-EYE 則使用了由 64 個熱電堆構成的 8 x 8 陣列傳感器，使其能夠測量 60° 可視范圍內的實際溫度和溫度變化梯度。Grid-EYE 包含的 ASIC 在將所有 64 路熱電堆信號發送到微處理器之前，將其轉換為一種數字格式，并參照內部熱敏電阻提供的環境溫度。微處理器收到這些信號后，隨即便能執行計算，將溫度數據映射為熱圖像。

圖 1：Panasonic Grid-EYE 紅外陣列傳感器

此外，Grid-EYE 還能檢測人體或物體的上、下、左、右和對角線移動（圖 2）。甚至能夠檢測多個沿不同方向移動的物體。該器件還能檢測近距離手部運動，從而實現簡單的手勢控制。

圖 2：運動方向可由系統使用 Panasonic Grid-EYE 提供的熱圖像來確定

Maxim 的參考設計

對于典型的家庭/辦公室自動化和安防應用而言，需要上述多個傳感器來覆蓋不同的房間和/或入口。如何讓這些傳感器全部與一個主處理位置高效地對接可能是一個棘手的問題。幸運的是，Maxim 使用其 MAXREFDES131# 參考設計板開發出了一種解決方案（圖 3）。

圖 3：Maxim 的 MAXREFDES131# 單線 Grid-EYE 參考設計板。

此板在一個參考設計中結合了 Panasonic 的 AMG8833 Grid-EYE 與 Maxim 的 DS28E17 單線轉 I2C 橋。利用 DS28E17 I2C 橋，MAXREFDES131# 能夠通過單線與遠達 100 米以外的主處理器進行通信，相比之下，對典型的 I2C 總線而言，這一距離僅為幾米。據 Maxim 網站所述，其提供了一種演示 GUI，可實現“多達 10 個采用菊花鏈拓撲結構的 MAXREFDES131# 單線 Grid-EYE 傳感器的視覺反饋”。但不論連接到一起的板數量如何，100 米的最大通信范圍依然有效。如此一來，這些器件可放在多個遠程位置，并且仍舊僅通過單線向單一主機處理器提供相關信息（無需單獨的主機處理器），而位于多個位置且包含一組若干個傳感器的器件則彼此連接，以覆蓋家庭或公司周圍的目標區域。

如果在應用中使用了不止一個 MAXREFDES131#，則這些板必須可單獨由處理器識別，以便其了解各自正在監視的物理位置。為此，可使用一個 DS2413 單線雙通道、可尋址開關來單獨枚舉板上包含的各個單元（圖 4）。

圖 4：MAXREFDES131# 參考設計方框圖。（圖片由 Maxim Integrated 提供）

DS2413 收到其枚舉代碼后，將會引起一個 MAX4717 雙 SPDT 開關連接到 COM2，以便與 DS28E17 通信。在沒有找到板的情況下，MAX4717 將連接到 COM1，以便主機處理器能夠與下游可能連接的其他 MAXREFDES131# 板進行通信。將 COM2 與 DS28E17 斷開還會導致其進入休眠模式，從而斷開 AMG8833 的電源。當 MAXREFDES131# 處于休眠模式時，它會消耗約 0.5 mA 的電流，相比之下，未處于休眠模式時其消耗的電流約為 8 mA。

Maxim 在其網站上提供了適用于 mbed 和 Arduino 平臺的示例代碼，以及之前提到過的演示 GUI。利用此代碼和 GUI，開發人員可以快速建立自己的 MAXREFDES131# 板網絡并進行評估和定義，以便適應其自己的應用。

總結

利用 MAXREFDES131#，設計人員可以為適合家庭或辦公室及安防系統的下一代人體和運動感應應用打下扎實的基礎。這種參考設計可滿足在一個裝置中感應靜止物體或人體、確定移動方向、生成熱圖像以及通過簡單、靈活的方法與主機處理器進行通信的高級需求。