現在、存在検出アプリケーションでは、パッシブ赤外線 (PIR) 技術が主に採用されていますが、環境干渉の影響を受けやすく、人が静止している場合には検出できません。しかし、mmWaveレーダーはこれらの欠点を克服し、より正確なソリューションを提供できます。この記事では、mmWaveレーダーの技術開発の現状と、Infineon XENSIV™ 60 GHzレーダー チップをベースにしたJorjinのMM5D91-00 mmWaveレーダー センサー モジュールの製品特性を紹介します。
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PIR技術に課せられた課題
PIRモーション センサーを使用すると、物体がセンサーの範囲内にあるときはいつでも、センサーは物体の熱信号を検出します。PIRセンサーは、感知した赤外線量の変化を検出し、その変化を電圧に変換し、その電圧をしきい値と比較して、照明を有効にするかアラームをトリガーする信号をトリガーします。
PIR技術は現在、人体センシングの主要用途によく使用されていますが、固有の制限により、PIR技術には多くの課題が課せられています。たとえば、屋内照明に適用する場合、PIR技術はレーダー技術と比較して範囲が限られており、カバー範囲が限られているためより多くのセンサーが必要になり、PIRは外部から見える必要があるため設置後の見た目も美しくありません。
PIR技術を自動ドアに適用すると、動きしか検出できないため、PIRセンサーは、物体が静止している場合は物体を検出できず、誰かが建物に入っているかどうかも判断できず、人間と動物のどちらが入ったのかを区別することもできません。PIR技術はスマート街路照明に適用すると厳しい気象条件の影響を受けやすく、信頼性が低下します。また、物体認識能力が不足しているため、誤作動を起こしやすく、方向測定が不可能となります。さらに、侵入警報に適用する場合、PIR技術も目に見える必要があるため、美観が低下し、厳しい気象条件の影響を受けやすく、信頼性に影響を及ぼし、検出範囲とカバレッジが限られているため、より多くのセンサーを使用する必要があります。
mmWaveレーダーはより優れた存在検知ソリューションです
レーダー技術の使用はより複雑です。レーダーはドップラー原理を利用して物体の動き、速度、さらには方向までも測定することができます。物体を検出すると、レーダーは24 GHzの波形を放射し、センサーの視野内に物体を反射します。反射波はレーダートランシーバーによって受信されます。受信信号にはドップラー周波数と呼ばれる周波数差があり、これを使用して動きと速度を検出します。
PIR技術の欠点と比較すると、mmWaveレーダーは、数センチメートルから数百メートルの距離内で動作し、直接視線がなくても動作し (乾式壁や合板を透過するなど)、環境条件 (暗闇など) に適応できるなど、より優れた技術的特性を備えています。例えば、屋内照明に関しては、ミリ波レーダーは検知範囲が長く、照明を自動的に消灯することで省エネが可能です。パイプラインの後ろに隠して設置することもできます。
自動ドアにミリ波レーダーを適用すると、人体の進行方向を検知できるため、必要なときだけドアを開けることができ、ドアの開閉回数を減らすことで建物の省エネ化を図ることができます。mmWaveレーダーはスマート街路照明に適用すると、検出範囲が広くなり、正確な物体認識が可能になります。24GHzの周波数で動作し、高温の影響を受けにくくなっています。侵入警報に適用する場合、mmWaveレーダーは検出範囲が広く、検出感度を調整することで精度を高め、エラーを減らすことができます。
最終的な選択ではパフォーマンスとコストを考慮する
レーダーの能力向上に伴い、取得できる情報量も増加します。現在のレーダー技術はより幅広い機能を提供しており、これまではPIRが唯一の実現可能なソリューションであったとしても、mmWaveレーダーは特定のアプリケーションにさらなるメリットをもたらすことができるようになりました。近接情報や動きの情報を検出するためのセンサー システムを設計する場合、設計者は使用するテクノロジの種類の柔軟性とコストを考慮する必要があります。
センサーの性能は範囲、物体の感度、環境要因などの影響を受けるため、設計者はこれらのテクノロジーの主要な機能と設計コストを決定する必要があります。レーダー技術のコストは継続的に低下しており、よりコンパクトで設計がシンプルになっていますが、PIRのコストは低いため、機能の適用、設計方法、コストなどのシステム要件に応じて、どの技術を採用するかを決定する必要があります。
高度に統合されたレーダーチップが高精度の存在検出ソリューションを提供
インフィニオンは、サブミリメートルの動きを高速かつ高精度に追跡できるXENSIV™ 60 GHzレーダー チップを発表しました。この高度に統合されたレーダー センサー ソリューションは、小型で消費電力が低いのが特徴で、多くのアプリケーションに革新的で直感的なセンシング機能をもたらします。水平方向と垂直方向の速度、距離、角度を測定し、正確な位置マッピングと3Dトラッキングが可能で、最大2.5 cmの高解像度検出機能を備えています。
さらに、インフィニオンは、設定された範囲内での人間の存在を検出できるレーダー存在検出ソリューションも導入しました。XENSIVを通じて™ このソリューションは、60 GHzレーダーとその高度なレーダー存在検出アルゴリズムにより、ミクロおよびマクロの動きを非常に高い精度で検出できます。
インフィニオンは、レーダー チップに加えて、リファレンス デザインと開発プラットフォームも提供しています。Sense2Goは、インテリジェントなモーション センサーに使用できるシンプルでコンパクトな開発プラットフォームです。Sense2Goプラットフォームを使用すると、ドップラーベースの移動検出、ドップラーベースの移動方向検出、ドップラーベースの速度推定、静止ターゲットの周波数変調連続波 (FMCW) ベースの距離測定など、24 GHz ISM帯域でさまざまなセンシング アプリケーションを実装およびテストできます。
mmWaveレーダーセンサーモジュールが存在検知製品の開発を加速
この潜在的市場を開拓するために、Arrow ElectronicsとJorjinはmmWaveレーダー技術で協力しています。JorjinはARとIoTに取り組んでいる台湾の企業です。ワイヤレス モジュール開発で10年以上の経験を持つJorjinは、mmWaveレーダー テクノロジーを使用して、既存のセンサー製品のポートフォリオを補完しています。Jorjinは、Arrow Electronicsが長年協力してきた独立系デザインハウス (IDH) です。Arrow ElectronicsはJorjinの世界的な販売代理店であり、MM5D91-00 mmWaveレーダー センサー モジュールの販売を担当しています。
MM5D91-00
Jorjinは、Infineon XENSIV™ 60 GHzレーダー チップをベースにしたMM5D91-00統合mmWaveレーダー センサー モジュールを発表しました。このモジュールにより、61.0～61.5GHz帯域でのmmWaveセンサーの実装が簡素化されます。ARM Cortex-M4F 150MHz、1024KBフラッシュメモリ、288KB RAM、1Tx/3Rxアンテナ、オンボードレギュレータをベースにしたプロセッサシステムと組み合わせることで、UARTインターフェイスとGPIOを備え、3.6 ～ 5.5 V電源入力を使用し、コンパクトなサイズ (20 x 15 x 2.3 mm)、高解像度、低消費電力という3つの利点があります。
このモジュールは、方位角 ±45° 、仰角 ±40° のレーダー視野を持ち、温度、風、日光、ほこり/破片などの環境要因の影響を受けません。距離が10m以内であればマクロ検出、距離が5m以内であればマイクロモーション検出が可能です。したがって、mmWaveレーダー技術は、スマート ホーム、オフィス オートメーション、セキュリティ、ジェスチャー検出などのさまざまな新しいアプリケーションに拡張でき、低消費電力で高解像度の存在検出ソリューションを提供します。
Jorjinは、このモジュールに加えて、MM5D91-00レーダー センサー モジュールに基づいて構成され、60 GHzレーダー センサーの存在検出機能と高度なレーダー存在検出アルゴリズムを実証するMM5D91E00評価ボードも発表しました。MM5D91E00評価ボードには、エンドユーザーがパラメータを変更するための、簡単に構成できるUARTポートがあります。標準モードでは、検出範囲、感度、リセットなどの設定が可能です。検出範囲、感度、ステータスの設定はフラッシュメモリに保存され、電源再起動後も設定が保持されます。
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結論
mmWaveレーダーは、PIR技術よりも高い精度と優れたパフォーマンスを提供する実証済みの強力なセンサーであり、民生用電子機器、ヘルスケア、監視、運転支援、産業用アプリケーションでの短距離測位やバイタルサイン追跡に使用できます。市場アプリケーションにおける大きな発展の可能性を秘めているため、これらのアプリケーションでビジネスチャンスを獲得することに関心のあるメーカーは、このテクノロジーについて深く理解する価値があります。