想象一下，家里的暖通空调持续运行，而没有温控器根据室内温度进行调节。看起来既浪费又低效，对吧？智能家居设备和应用也会出现类似的情况。如果这些设备没有配备智能管理器，就会一直运行，浪费能源和金钱。在本文中，了解新型 Infineon XENSIV™ 60-GHz 雷达传感器，及其在占位监测中的应用如何提高现代智能家居的日常生活效率。
智能家居应用和互联设备的数量不断增长，让用户的日常生活变得更加便利。然而，这带来了高能耗，因为这些设备通常长期处于活动状态或待机模式，以便随时准备使用 — 即使没有人在场。为智能设备配备 Infineon XENSIV™ 60-GHz 雷达传感器，这些设备就会变得更加节能，因此更加智能化且可持续。
智能建筑和智能家居正变得越来越流行，预计其数量将在未来几年大幅增长。如今，全球智能家居的数量估计已经超过 2 亿，预测在未来几年内，这一数字将超过 5 亿
（图 1）。
只有通过越来越数字化、功能越来越巧妙的设备，房屋才能变得智能。然而，这需要付出高昂的代价：尽管之前待机功耗呈稳步下降趋势，但对能源的需求仍在增长。智能设备即使在“关闭”时也需要能量，因为待机模式是即时响应用户输入（例如，通过语音控制）或提供来自智能家居或网络的最新信息的唯一方式。此外，在许多情况下，设备完全没有必要在待机模式下运行并因此消耗能量，主要是在无人在场时。
为解决这个问题，同时满足数字化和能效的要求，Infineon 利用其半导体解决方案。其中之一是 XENSIV™ 雷达传感器，它可以应用于几乎所有的智能家居设备。雷达传感器高度敏感，可以检测到是否有人在场，以及设备是否需要准备就绪，这类似于一个屏幕保护程序，在没有鼠标或键盘输入的情况下，经过一定时间后会停用电脑显示器，并在发现新输入时立即重新激活。通过这种可靠的在场和不在场检测，Infineon 的 60 GHz 雷达传感器为真正智能、节能设备的设计提供了动力。
用户在场触发的活动与持续活动或待机
根据 Statista 在 2021 年对德国 3000 名 18 至 64 岁的受访者进行的调查，近四分之三的人至少拥有一台智能家居设备。在美国，这一数字相似（图 2），而在中国，智能家居设备的用户比例高达 90%。这些设备就像其用途一样多种多样：包括照明；安保设备；消费电子产品，如电视、笔记本电脑和音箱；厨房电器；还有空调。但所有这些设备都在增加对能源的需求，带来不利影响，尤其是在能源成本上升的时期，此时客户更喜欢节能、可持续和环保的设备。此外，电网基础设施正面临着越来越大的压力。
除了将温控器、智能音箱和数字助理等设备置于正常待机模式外，降低能耗的一种方法是在无人在场时将其置于“深度睡眠模式”。对于一些设备来说，这可以节省几瓦或小部分能源。但在一些使用情况下，如果将设备置于深度睡眠模式或在无人时临时关闭，可以节省 100 W 以上的功率，例如电视屏幕、笔记本电脑、音响系统和空调。通过使用雷达传感器，这类设备能够感知人的存在或移动；如果这些脉冲仍然不存在，基于雷达的智能设备可以自动切换到睡眠模式并节省能源。根据传感器和实施方式的不同，雷达模块本身的功耗只有几毫瓦，最大功耗为 0.1 W，这大大低于许多电子设备的“开机”或标准待机模式的能量需求（图 3）。
如何使用雷达传感器提高能效
为节约能源，需要重新发明设备必须始终可用和连接的方法（包括耗电的待机模式）。我们需要设备仅在真正必要时（换言之，当用户在场时）才处于活动或待机状态。这就是我们如今“非智能”家居的做法，我们进入房间后才开灯，或者只有在室内太热时才手动启动空调。然而，在许多设备中，超时等节能功能甚至没有实施，或者被用户禁用。这通常是由于这些特性涉及高功能性，会导致开机时间长，缺乏最新信息，尤其是需要手动重新激活带来诸多不变之后，因此大大恶化客户体验。
但一种新的智能方法可能是许多问题的答案：为什么温控器的显示屏总是开着，为什么设备本身总是要连接到互联网才能下载天气数据？为什么家庭安保系统的摄像头总是开着，记录数据，预处理数据，并传输到云端，即使监控区域内并没有人活动？为通过更智能的方式激活设备，最佳方式是实施由雷达传感器支持的运动检测，将设备从深度睡眠模式中唤醒。
例如，智能温控器可以默认关闭，而只有雷达检测模块被激活。一旦雷达探测到室内有动静，温控器就会被激活，更新来自室内的标准数据和来自互联网的天气数据。当有人进入一个限定的区域时，例如在设备的 1 米半径范围内，显示屏就会打开，因此用户不必触摸屏幕就能将其激活，然后等待数据更新和结果显示。这种存在检测的概念可以部署在许多其他智能家居设备和电器中。
此外，还可以应用空位检测的反向原理，这为节约能源提供了更大的潜力。在这种情况下，如果在一段时间内房间内没有检测到任何动静，可以关闭电视、音箱、智能灯和空调等设备。这可显著降低功耗。因为空位检测并不是要立即激活设备，而是在一段时间没有人在附近时有针对性地停用设备，所以传感器模块本身可以保持停用状态，并且仅每隔几秒或几分钟执行一次检查。因此，这种传感器模块可以为整个系统节省大量能量，而自身的消耗则非常少。
配有暖通空调系统的建筑尤其能从这一原理中获益，因为即使无人在场，大多数能源也浪费在供暖和制冷上。更糟糕的是，在许多情况下，这些设备频繁长时间运行。然而，真正的智能家居在房内无人一段时间后立即关闭这些系统。这一功能在照明系统中逐渐普及，但在空调和其他设备中还不常见，如显示器、厨房电器、计算机、音箱和音响系统。
用户还可以从电视等其他应用中的空位检测中受益。例如，Infineon 的 BGT60LTR11AIP 雷达传感器（图 4）已经在三星的 Frame TV 2021（图 5）中实施。在用户指定的时间内没有人在附近时，雷达传感器会将电视从艺术模式切换到睡眠模式。这不仅可节省能源，还可延长显示器的寿命。
雷达传感器是智能家居设备最合适的传感选择
在所有可用的运动检测解决方案中，雷达传感器具有最高的灵敏度，即使是最小的运动，有些运动甚至是肉眼看不到的。PIR 传感器在灵敏度方面无法与之竞争。此外，雷达不像 PIR 传感器那样依赖于体温，因为它是一种主动传感技术。这确保即使个人几乎不动或者根本没有移动，也能被检测到。但可以说，最大的优势之一是通过非导电材料进行检测。虽然红外线、超声波、摄像头和其他基于图像的传感器不能被盖住或必须在产品外壳上开孔，但雷达传感器可以完全隐藏在设备内部。因此，您不必在产品的设计中做出任何妥协，并且可以避免额外的制造步骤和相应调整的外壳成本。
另一种可能性是基于摄像头的运动检测，例如，用于摄像头、电视、笔记本电脑和其他已经拥有合适图像传感器的设备。图像系统的功耗非常高，尽管它们可能需要良好的环境光条件，并且需要图像处理以检测视频中的运动，这进一步需要大量的能量。缺乏隐私也常常被认为是一个问题，因为基于摄像头的系统侵犯了私人空间，所以用户并不完全信任它们。
此外，消费类电子产品价格的下降增加了零部件的成本压力。因此，3D 飞行时间 (ToF) 和相机传感器往往过于昂贵，无法实现存在检测。即使是强大的 PIR 解决方案，也不仅影响产品外壳的设计，而且还需要额外的菲涅尔透镜、放大器、控制器等，从而导致物料清单成本增加。相比之下，Infineon 的 BGT60LTR11AIP 雷达传感器只需要最少的支持组件，特别是在自主操作中，因此对系统成本的影响最小。由于尺寸微小，雷达传感器也可以整合到小而薄的电子设备中。
此外，雷达传感器在多尘、多烟或潮湿的环境中很坚固，而在这些环境中，一些基于激光的 ToF 传感器或其他基于图像的传感器的检测性能可能会下降。
雷达传感器支持的其他智能功能
设备处理不当也会导致不必要的功耗。用户并不能始终意识到这一点，但当他们暂时离开时，如果没有关闭设备或调整设置，他们就会无意中浪费能源。然而，在雷达传感器的帮助下，这可以自动调节，因此用户不必考虑这个问题，但可以保证不会浪费能源。
除了用作在场或不在场检测器，雷达传感器还可以为智能设备添加其他功能，例如在空调系统中。在这种应用中，雷达传感器与温度和 CO2 传感器结合使用时效率最高，因此系统会根据需要激活，例如，当有人在房中、CO2 水平过高或温度超过预定义的限制时。其他传感技术通常只提供二元化信息，如在场或不在场，而雷达传感器还可以检查房间内的人数，并在早期阶段相应地调整水平，甚至检查人的位置和距离，以控制气流的方向。
还有许多其他可能的使用案例，例如，跟踪听众位置并据此不断优化音量和声音参数的音响系统；具有儿童看护功能的电视，可以测量观看者的距离，并在儿童的眼睛离屏幕太近时发出警告；或者用于老年人或需要护理人员的装置，例如在跌倒时呼叫帮助的报警系统。因此，只需一点点努力，雷达传感器就可以节省能源，不仅有助于确保舒适度，还有助于在智能环境中的个人福祉和安全。
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