La crescente urbanizzazione e l'accesso alla tecnologia stanno facendo aumentare le aspettative dei consumatori circa la comodità delle nostre vite future. Se, da un lato, fino ad ora ci si è concentrati sui dispositivi mobili e i prodotti, è ora ovvio che l'infrastruttura potenziata riveste un ruolo significativo nella definizione e nello sviluppo del mondo in cui viviamo.
Queste maggiori aspettative portano con sé delle sfide; gli enti pubblici devono sviluppare piani di migrazione pur continuando a prendere in considerazione importanti questioni economiche e sociali, come la preoccupazione dei cittadini per la privacy e la sicurezza. I progettisti affrontano sfide sempre più complesse, con requisiti che a volte sono in competizione tra loro. Da un lato, adottano rapidamente nuove tecnologie per aggiungere funzionalità alle applicazioni precedentemente banali come il modesto lampione stradale, dall'altro, stanno cercando di ridurre al minimo i consumi energetici sfidando i costi energetici sempre in crescita.
In questo mirabile mondo nuovo, il lampione stradale non è più semplicemente una luce, ma sta rapidamente diventando un portale altamente funzionale e connesso che costituisce una parte fondamentale dell'infrastruttura delle città intelligenti. Tuttavia, per fornire funzionalità essenziali e connettività, i lighting designer sono ora al lavoro sulla connettività cellulare e numerose tecnologie di rilevamento, sia attive che passive, oltre che sulle soluzioni per la sicurezza.
Technology radar 24 GHz
Il radar è un metodo di rilevamento degli oggetti che sfrutta le onde radio per determinare distanza, angolo e velocità degli oggetti attraverso onde elettromagnetiche. I tipici sistemi radio sono costituiti da numerosi elementi che includono un trasmettitore che produce impulsi elettromagnetici o onde nella gamma di frequenza radio o microonde, un'antenna per la trasmissione, un'antenna separata per la ricezione e un ricevitore che include la capacità di elaborare i segnali ricevuti.
Il radar a impulsi misura la distanza di oggetti statici o in movimento inviando un impulso breve e potente che rimbalza dall'oggetto. Il tempo tra l'invio e la ricezione dell'impulso è direttamente proporzionale alla distanza dell'oggetto dal sistema radar.
I metodi a onde continue trasmettono senza sosta un'onda elettromagnetica che può essere modulata in molti modi. Il radar FMCW (frequency modulated continuous wave - onda continua modulata in frequenza) può rilevare oggetti fissi e in movimento trasmettendo un "chirp" misto con il segnale ricevuto. Per rilevare la distanza di oggetti in movimento viene utilizzata la modulazione FSK (Frequency Shift Keying). In questo caso vengono inviate in sequenza due frequenze e i segnali Doppler modulati in fase rappresentano la distanza.
Figura 1: il radar ad onda continua è in grado di rilevare la posizione di oggetti fissi e in movimento
Poiché il rilevamento di oggetti acquisisce importanza per molti sistemi e dispositivi intelligenti, la tecnologia radar a 24 GHz è presente in numerose applicazioni tra cui elicotteri/droni, dispositivi di apertura di porte intelligenti, domotica e automazione industriale, misuratori della velocità e molte altre applicazioni basate su IoT.
Illuminazione stradale intelligente
Di recente, Infineon ha stretto una collaborazione con eluminocity su un progetto che consente alle città di domani di essere intelligenti e collegate a livello globale. Combinando le loro competenze e tecnologie, le due aziende hanno sviluppato un'avanzata ed efficiente applicazione per l'illuminazione stradale a LED che include funzioni di rilevamento preciso e trasmissione dei dati sicura. La soluzione d'illuminazione stradale intelligente sviluppata congiuntamente si basa su un lampione stradale progettato da eluminocity che fa da hub per applicazioni intelligenti. La tecnologia di Infineon si trova nel cuore dei sistemi elettronici avanzati e include un radar da 24 GHz, efficienti semiconduttori, microcontroller XMC™ e soluzioni per la sicurezza della serie altamente avanzata OPTIGA™ di Infineon.
La tecnologia OPTIGA™ di Infineon fornisce un sistema aperto altamente scalabile e completamente indipendente dall'infrastruttura esistente e, al tempo stesso, altamente sicuro. L'operatore d'illuminazione stradale (spesso l'ente pubblico) ha bisogno semplicemente di garantire che gli hub d'illuminazione siano connessi all'infrastruttura già fornita.
Mentre le luci stesse sono intrinsecamente efficienti grazie all'applicazione della gestione della potenza e ai dispositivi di commutazione di Infineon, la capacità del radar da 24 GHz di rilevare la presenza di oggetti consente di aumentare l'intensità luminosa solo quando è necessario, offrendo quindi una soluzione di gran lunga più efficiente rispetto alle più efficienti soluzioni d'illuminazione continua.
Figura 2: l'illuminazione intelligente è solo una delle funzioni di questi hub intelligenti per le città intelligenti
Ma queste luci intelligenti di eluminocity sono molto più che semplici efficienti soluzioni d'illuminazione. Il rilevamento di prossimità consente loro di rilevare i parcheggi liberi nelle vicinanze. Ciò, abbinato alla connettività, consente la comunicazione istantanea del posto disponibile ai conducenti nelle vicinanze, elemento questo di reale gestione intelligente del traffico. Attraverso il monitoraggio delle locali condizioni del traffico, dati importanti sono disponibili ai pianificatori del traffico e ai proprietari di negozi nell'area circostante. I dati consentono ai conducenti di essere guidati al di fuori delle aree di congestione mediante il controllo dei segnali e della segnaletica stradali o fornendo dati istantanei ai sistemi di navigazione satellitare di bordo.
Le moderne luci intelligenti possono anche essere dotate di stazioni di ricarica dei veicoli elettrici, prerequisito fondamentale per una mobilità elettrica di successo senza occupare spazio aggiuntivo.
Illuminazione intelligente: panoramica sulla tecnologia
Soluzioni per la sicurezza OPTIGA™: mentre questi hub introducono funzionalità altamente avanzate per formare la spina dorsale di città intelligenti, la completa connettività che consente i vantaggi introduce anche potenziali punti di debolezza in fatto di sicurezza. Per risolvere queste minacce e proteggere le reti a cui si appoggiano le città intelligenti, l'hub d'illuminazione applica la tecnologia della famiglia di affidabili soluzioni di sicurezza OPTIGA™ di Infineon. Questi controller di sicurezza standardizzati forniscono un'ampia gamma di funzioni di sicurezza per le piattaforme integrate. Tutti i prodotti OPTIGA™ si basano sull'avanzata tecnologia di sicurezza hardware di Infineon che offre ai progettisti e agli utenti elevati livelli di fiducia nella sicurezza. Le funzioni di sicurezza integrate includono integrità del sistema e dei dati, autenticazione, comunicazioni sicure, archiviazione dati sicura e aggiornamenti sicuri, tutti elementi essenziali nella protezione dell'integrità delle future città intelligenti.
La gamma OPTIGA™ dispone al suo interno di un controller di sicurezza all'avanguardia da 16 bit e può essere facilmente integrata in un ampia gamma di sistemi IoT. Per fornire ai progettisti completa flessibilità, la famiglia supporta Microsoft Windows, Linux e derivati oltre a fornire il supporto all'integrazione per i sistemi proprietari. La famiglia OPTIGA™ contiene inoltre dispositivi TPM che sono i primi a supportare il recentissimo standard TPM 2.0 di TCG, consentendo una facile implementazione dei più recenti protocolli di sicurezza.
Rilevamento di prossimità intelligente: il rilevamento di prossimità all'interno degli hub d'illuminazione intelligente si basa sulla più piccola soluzione di chip per radar industriale da 24 GHz presente sul mercato, il BGT24LTR11. Il dispositivo versatile consente la misurazione di numerosi parametri, tra cui la velocità di un oggetto sulla base dell'effetto Doppler e misurazioni della distanza sulla base delle onde elettromagnetiche. Ulteriori canali di ricezione consentono inoltre il rilevamento di angolo/direzione sulla base del rilevamento della fase sulle antenne.
I 24 GHz offrono un elevato livello di precisione; fino a 50 m per i pedoni e 150 m per i veicoli. È inoltre molto più sensibile rispetto alla tecnologia a infrarossi (PIR) passiva che, alla fine, sostituirà in molte applicazioni, offrendo la possibilità di rilevare, ad esempio, i movimenti respiratori fino al range di mm. La tecnologia a 24 GHz è anche in grado di funzionare in un'ampia gamma di condizioni atmosferiche, inclusi significativi sbalzi di temperatura ed elevati livelli di umidità e polvere, rendendola quindi adatta per l'uso esterno persino nelle città globali connesse più inospitali.
Figura 3: diagramma a blocchi e dimensioni della confezione di BGT24LTR11N16
Per i progettisti che non hanno ancora familiarità con la tecnologia a 24 GHz, Infineon offre un set di kit dimostrativi come la scheda dimostrativa Sense2GoL. Accanto al BGT24LTR11 stesso, questa scheda dalle funzioni complete viene fornita insieme a un microcontroller XMC1302 ARM® Cortex® da M032-bit in una compatta PCB quadrata da 25 mm che include anche antenne a microstriscia dedicate per il percorso di ricezione e trasmissione. La scheda dimostrativa è connessa a una scheda di breakoff del debugger Segger per la riprogrammazione e la valutazione.
Il kit completo include anche un firmware per il rilevamento del movimento e una GUI del software per l'osservazione del segnale radar, oltre a un manuale utente, schemi completi del PCB e file gerber per progetti in rapido movimento in produzione. Infineon intende potenziale il supporto per il progetto a 24 GHz con il rilascio, nel prossimo futuro, di progetti di riferimento e configurazioni software.
Rilevamento aggiuntivo: quasi ogni sensore può essere incluso in questi hub d'illuminazione intelligente. I sensori di gas possono monitorare la qualità dell'aria e i sensori audio possono riconoscere i livelli di inquinamento acustico. Specifici casi d'uso possono includere il rilevamento audio di incidenti automobilistici o di spari. Sebbene a livello molto semplice, i sensori luminosi rivestono un ruolo molto importante nel rendere più intelligente l'illuminazione stradale. Rilevando l'illuminazione dell'ambiente, possono accendere i lampioni nei periodi di cattive condizioni meteo. Attraverso il monitoraggio della luce reale, sono in grado di fornire feedback al controller per garantire di raggiungere sempre i corretti livelli di luce, indipendentemente dall'invecchiamento della lampada. I dati sull'esaurimento possono essere forniti ai tecnici da remoto per consentire una migliore pianificazione della manutenzione e gli allarmi possono segnalare qualsiasi guasto prematuro.
Controller d'illuminazione: il XDPL8220 contiene un core digitale che consente a un'ampia gamma di sistemi di essere basati sullo stesso dispositivo. Il suo algoritmo di controllo avanzato consente sia corrente e tensione costanti, sia schemi di controllo della potenza limitata all'interno dello stesso circuito ed è adattabile ad applicazioni target mediante la regolazione di un ampio set di parametri.
Compatibile con le elevate aspettative dei moderni sistemi di alimentazione, il dispositivo offre una gamma di tensione d'ingresso di 90-305 V CA, efficienza > 90% e THD < 15%,="" garantendo="" la="" conformità="" con="" la="" norma="" iec="" 61000-3-2="" classe="" c.="" una="" pfc="" attiva="" e="" un="" controllo="" armonico="" che="" funzioni="" attraverso="" un="" ampio="" range="" di="" correnti="" d'uscita="" garantiscono="" un="" fattore="" di="" potenza="" superiore="" allo="" 0,9="" in="" tutte="" le="" condizioni="" di="" funzionamento="" e="" garantiscono="" di="" ridurre="" al="" minimo="" ulteriori="" perdite="" di="" alimentazione="" a="" causa="" di="" potenza="" reattiva="" e="">
Riepilogo
Insieme, Infineon ed eluminocity hanno trasformato il modesto lampione stradale in un hub intelligente e sicuro che sarà al centro dell'infrastruttura delle città intelligenti. La soluzione end-to-end sviluppata congiuntamente include lampioni sviluppati da eluminocity e soluzioni per le comunicazioni di Intel. L'ampia gamma di soluzioni Infineon include sensori radar da 24 GHz, semiconduttori di potenza, microcontroller e chip di sicurezza; tutti elementi che rendono questi hub molto versatili.
La piattaforma aperta consente alle altre parti interessate di utilizzare le ampie reti di sensori e gli innovatori sono invitati a sviluppare nuove e innovative applicazioni su questi sistemi per supportare e migliorare le città connesse globalmente del futuro.
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