都市化の進展とテクノロジーへのアクセスの増加により、将来の生活がいかに便利になるかという消費者の期待が高まっています。これまでは、モバイル デバイスや製品に重点が置かれてきましたが、強化されたインフラストラクチャが、私たちが住む世界を定義し、発展させる上で重要な役割を果たすことは明らかです。
この期待の高まりには課題も伴います。行政機関は、国民のプライバシーやセキュリティに関する懸念など、重要な経済的、社会的問題を考慮しながら、移行計画を策定する必要があります。設計者は、時には競合する要件を伴う、ますます複雑化する課題に直面しています。一方では、街灯などの以前はありふれた用途にさらなる機能を追加するために新しいテクノロジーを急速に取り入れており、他方では、高騰し続けるエネルギーコストに直面してエネルギー消費を最小限に抑えようとしています。
この素晴らしい新世界では、街灯はもはや単なる照明ではなく、スマート シティ インフラストラクチャの重要な部分を形成する、高度に機能的で接続されたポータルへと急速に移行しています。しかし、重要な機能と接続性を提供するために、照明設計者は現在、セルラー接続と、アクティブとパッシブの両方の複数のセンシング技術、およびセキュリティ ソリューションに取り組んでいます。
24GHzレーダー技術
レーダーは、電波を使用して電磁波を通じて物体の距離、角度、速度を測定する物体検出方法です。一般的なレーダー システムは、無線またはマイクロ波周波数範囲で電磁パルスまたは波を生成する送信機、送信アンテナ、別の受信アンテナ、受信信号を処理する機能を備えた受信機など、いくつかの要素で構成されています。
パルスレーダーは、物体から反射する短く強力なパルスを送信することで、静止物体または移動物体の距離を測定します。送信されたパルスと受信されたパルスの間の時間は、レーダー システムから物体までの距離に正比例します。
連続波方式は、さまざまな方法で変調できる電磁波を連続的に送信します。FMCWレーダー (周波数変調連続波) は、受信信号と混合された「チャープ」を送信することで、静止物体と移動物体の両方を検出できます。低周波出力は距離と速度を表します。FSK（周波数シフトキーイング）は、移動する物体の距離を検出するために使用されます。ここでは、2つの周波数が順番に送信され、位相シフトされたドップラー信号が距離を表します。
図1: 連続波レーダーは静止物体と移動物体の位置を検出できる
多くのスマート システムやデバイスにとって物体の検出がますます重要になるにつれ、24 GHzレーダー技術は、マルチコプター/ドローン、インテリジェント ドア オープナー、家庭や工場の自動化、速度計、ロボット工学、その他多くのIoTベースのアプリケーションを含む複数のアプリケーションで使用されています。
スマート街路照明
最近、Infineonはeluminocityと提携し、明日のスマートでグローバルに接続された都市を実現するプロジェクトに取り組んでいます。3社はそれぞれのノウハウと技術を組み合わせることで、精密な検知機能と安全なデータ伝送を備えた、高度で高効率なLED街路照明アプリケーションを開発しました。共同開発されたスマート街路灯ソリューションは、スマート アプリケーションのハブとして機能するeluminocity設計の街路灯をベースにしています。インフィニオンのテクノロジーは、高度な電子システムの中核を成しており、24 GHzレーダー、効率的なパワー半導体、XMC™ マイクロコントローラ、およびインフィニオンの高度なOPTIGA™ シリーズのセキュリティ ソリューションなどが含まれます。
Infineon OPTIGA™ テクノロジーは、拡張性が高く、既存のインフラストラクチャから完全に独立し、同時に非常に安全なオープン システムを提供します。街路灯の運営者（多くの場合、行政機関）は、照明ハブが既に提供されているインフラストラクチャに接続されていることを確認するだけで済みます。
インフィニオンの電源管理およびスイッチング デバイスを適用することで、照明自体は本質的に効率的ですが、物体の存在を検出する24 GHzレーダーの機能により、必要な場合にのみ光の強度を上げることができるため、最も効率的な「常時オン」照明ソリューションよりもはるかに効率的なソリューションが提供されます。
図2: スマート照明は、スマート シティ向けのインテリジェント ハブの機能の1つにすぎません
しかし、これらのeluminocityスマート ライトは、単なる高効率な照明ソリューションではありません。近接検知機能により、近くの空いている駐車スペースを検出でき、接続性と組み合わせることで、利用可能なスペースを付近のドライバーに即座に伝えることができます。これは、真にインテリジェントな交通管理の要素の1つです。地域の交通状況を監視することで、周辺地域の都市計画者や商店主に貴重なデータを提供できます。このデータにより、交通信号や標識を制御したり、車載衛星ナビゲーション システムに瞬時にデータを提供したりすることで、ドライバーは渋滞エリアを回避できるようになります。
最新のスマート ライトには、電気自動車の充電ステーションも装備できます。これは、追加のスペースを占有することなく電気自動車を成功させるための重要な前提条件です。
スマート照明: テクノロジーの概要
OPTIGA™ セキュリティ ソリューション: これらのハブは、スマート シティのバックボーンを形成する高度な機能をもたらしますが、メリットを実現する接続性そのものが、潜在的なセキュリティ上の弱点をもたらします。この脅威に対処し、スマート シティが依存するネットワークを保護するために、照明ハブには、信頼性の高いセキュリティ ソリューションであるInfineonのOPTIGA™ ファミリーのテクノロジが実装されています。これらの標準化されたセキュリティ コントローラは、組み込みプラットフォームに幅広いセキュリティ機能を提供します。すべてのOPTIGA™ 製品は、Infineonの高度なハードウェア セキュリティ テクノロジに基づいており、設計者とユーザーにセキュリティに対する高いレベルの信頼を提供します。組み込みのセキュリティ機能には、システムとデータの整合性、認証、安全な通信、安全なデータ ストレージ、安全な更新などがあり、これらはすべて将来のスマート シティの整合性を保護するために不可欠です。
OPTIGA™ シリーズは、最先端の16ビット セキュリティ コントローラを中核に持ち、幅広いIoTシステムに簡単に統合できます。設計者に完全な柔軟性を提供するために、このファミリはMicrosoft Windows、Linuxおよびその派生製品をサポートし、独自システムの統合サポートも提供します。OPTIGA™ ファミリには、TCGの最新のTPM 2.0標準を初めてサポートしたTPMデバイスも含まれており、最新のセキュリティ プロトコルを簡単に実装できます。
スマート近接センシング: スマート照明ハブ内の近接検出は、市場最小の24 GHz産業用レーダー チップ ソリューションであるBGT24LTR11に基づいています。この多用途デバイスは、ドップラーベースの物体の速度や電磁波ベースの距離測定など、複数のパラメータの測定を可能にします。追加の受信チャネルにより、アンテナでの位相検出に基づいて角度/方向を検出することもできます。
24 GHzは、歩行者の場合は最大50メートル、車両の場合は最大150メートルという高い精度を実現します。また、この技術は、多くのアプリケーションで最終的に置き換えられるパッシブ赤外線 (PIR) 技術よりもはるかに感度が高く、たとえば呼吸の動きをmm単位まで検出する機能を備えています。24 GHzテクノロジーは、大幅な温度変化、高湿度、高塵など、さまざまな大気条件でも動作できるため、最も過酷な環境にあるグローバル都市の屋外でも使用できます。
図3: BGT24LTR11N16のブロック図とパッケージサイズ
24 GHzテクノロジーにまだ十分に精通していない設計者向けに、InfineonはSense2GoLデモボードなどのデモキットのセットを提供しています。このフル機能ボードには、BGT24LTR11本体に加え、XMC1302 ARMが搭載されています。® 皮質® コンパクトな25 mm角のPCBに収められたM032ビット産業用マイクロコントローラ。受信パスと送信パス用の専用パッチ アンテナも含まれています。デモボードは、再プログラミングと評価のためにSeggerデバッガー ブレークオフ ボードに接続されます。
この包括的なキットには、モーション検出用のファームウェア、レーダー信号観測用のソフトウェアGUIのほか、設計を迅速に生産に移行するためのユーザー マニュアル、完全なPCB回路図、ガーバー ファイルも含まれています。Infineonは、近い将来にリファレンス デザインとソフトウェア構成をリリースし、24 GHz設計のサポートを強化する予定です。
追加センシング: ほぼすべてのセンサーをこれらのスマート照明ハブに組み込むことができます。ガスセンサーは空気の質を監視し、音声センサーは騒音公害のレベルを認識することができます。具体的な使用例としては、音声ベースの車両事故や銃声の検出などが挙げられます。あるレベルでは非常に単純ですが、光センサーは街路照明をよりインテリジェントにする上で非常に重要な役割を果たします。周囲の光を検知することで、悪天候時にライトを点灯することができます。実際の光出力を監視することで、コントローラにフィードバックを提供し、ランプの経年変化に関係なく、常に正しい光レベルが達成されるようにすることができます。摩耗データは技術者にリモートで提供されるため、メンテナンスをより適切に計画でき、早期の故障をアラームで知らせることもできます。
照明コントローラ: XDPL8220には、さまざまなシステムを同じデバイスに基づいて構築できるデジタル コアが含まれています。高度な制御アルゴリズムにより、同じ回路内で定電流、定電圧、制限電力制御方式の両方を実現でき、包括的なパラメータ セットを調整することで対象アプリケーションに適応できます。
現代の電力システムの高い期待に応えるこのデバイスは、入力電圧範囲90～305 V AC、効率 > 90%、THD < 15% を提供し、IEC 61000-3-2クラスCへの準拠を保証します。広い出力電流範囲にわたって機能するアクティブPFCと高調波制御により、あらゆる動作条件で0.9を超える力率が保証され、無効電力と高調波による追加の供給損失が最小限に抑えられます。
概要
Infineonとeluminocityは協力して、質素な街灯をスマート シティ インフラストラクチャの中核となるスマートで安全なハブに変えました。共同開発されたエンドツーエンドのソリューションには、eluminocityが開発した街灯とIntelの通信ソリューションが含まれています。Infineonの幅広いソリューションには、24 GHzレーダー センサー、パワー半導体、マイクロコントローラ、セキュリティ チップが含まれており、これらすべての要素がこれらのハブの汎用性を高めています。
オープン プラットフォームにより、他の関係者は広範なセンサー ネットワークを活用できるようになり、イノベーターはこれらのシステム上で新しい革新的なアプリケーションを開発して、将来のグローバルに接続された都市をサポートおよび強化することができます。
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