A Panasonic GridEye Gen2 szenzor használata
A Panasonic intelligens hőmérsékletérzékelője, a GridEye szenzor segítségével megvalósítható a jelenlét érzékelése, az emberek számlálása, több egyidejű mozgás követése, vagy akár a gesztusvezérlés. Cikkünkben a szenzortípus második generációját mutatjuk be.

 

Az emberi jelenlét esetén működtetendő rendszerek – például a világítástechnikai eszközök – tervezői kompakt, intelligens és energiatakarékos megoldás létrehozására törekszenek, melyet általában mozgásérzékelős automatikus kapcsolás vezérlés integrálásával biztosítanak. Manapság erre a feladatra a passzív infra (PIR) technológia terjedt el a legjobban, ami tökéletesen alkalmas az emberi test nagy amplitúdójú mozgásának érzékelésére, azonban nem képes például irodában ülő és nyugalomban dolgozó vagy otthon tévéző ember érzékelésére, illetve nehézkes vele a közeledés és a távolodás, a mozgás irányának érzékelése is.

A Doppler radarszenzor technológia alkalmas a PIR technológia említett hiányosságai egy részének kiküszöbölésére, mint például kis mozgások, illetve a közeledés és a távolodás szétválasztása. Ezek az érzékelők már korántsem elérhetetlen áruak, és így kiválóan alkalmazhatók a PIR technológia hiányosságainak áthidalására.

Az FSK és CW üzemmódban használt radarszenzorok azonban nem adnak megfelelő megoldást a teljesen nyugalomban lévő személyek jelenlétének érzékelésére. Erre, és nyugalmi állapotú tárgy távolságának mérésére csak FMCW radarok alkalmasak. Irányérzékelésük is elsősorban mélységi (közeledés/távolodás), a szenzor felületével párhuzamos mozgást nehezen, vagy egyáltalán nem érzékelik és mivel több személy vagy tárgy elkülönült detektálása sem megoldott, nem kivitelezhető például a helyiségbe be- és kilépő emberek számlálása sem.

A Panasonic fejlesztette GridEye szenzor a fenti célokra tökéletesen megfelel. Termoelemek mátrixos elhelyezésével az érzékelt objektum hőtérképe vehető fel érintésmentes hőmérsékletmérés útján, melynek kiértékelésével sokkal részletesebb információ nyerhető a mozgásról, mint akár a különálló termoelem vagy a fent említett technológiák valamelyikének használatával. A GridEye szenzor előnyei a korábban említett mozgásérzékelőkkel összehasonlítva a táblázatban jól láthatóak.

A GridEye szenzor

A Panasonic GridEye eszköze tulajdonképpen egy 8X8-as MEMS technológiára épülő hőelem mátrix, azaz 64 különálló szenzorral képes abszolút hőmérsékletet detektálni az objektum által kibocsátott infravörös sugárzás érzékelésével. A GridEye képes a hőmérséklet és a hőmérsékleti gradiens észlelésére és egyszerű, kisfelbontású (8X8=64 pixeles) hőkép felvételére is. Könnyedén felismerhető több személy egyidejű jelenléte, mozgásuk iránya, pozíciójuk, amellett, hogy a hőfénykép nem alkalmas a személy azonosítására, tehát a személyiségi jogok sem sérülnek.

 

 

Költséghatékony, kompakt alkalmazások készíthetők vele pontos érintésmentes hőmérsékletmérés útján a teljes lefedni kívánt területre. A beépített szilícium lencse 60°-os látószöget biztosít és a mérési eredmények I2C interfészen keresztül 1 vagy 10 fps sebességgel olvashatók ki. A kimeneti interrupt jel alkalmas olyan kritikus beavatkozások indítására, melyeket késlekedés nélkül végre kell hajtani érzékeléskor, ezáltal nagy szabadságot ad a rendszerek tervezőinek. A különálló termoelemektől és piroszenzoroktól eltérően a mátrixos elrendezés lehetővé teszi az alakfelismerésen alapuló érzékelést, az SMD kivitel pedig a késztermék elektronikájának korszerű gyárthatóságát biztosítja.

 

  Mozgó objektum Álló objektum Mozgás iránya Hőmérsékletmérés Sebességmérés Hőkép
PIR Igen X X X X X
Radar Igen Korlátozott (csak FMCW) Korlátozott (közeledés/távolodás) X Igen X
Diszkrét thermopile Igen Igen X Igen X  
GridEye Igen Igen Igen Igen Kalkulálható Igen

 

Működés közben a szenzor a szilícium lencsén keresztül a környezet felől érkező infravörös sugárzást elnyeli, az egyes pixelek pedig a termikus energiát arányos elektromos jellé alakítják. A 64 különálló jel erősítés és analóg-digitális átalakítás után, a referencia-hőmérsékletet szolgáltató beépített NTC termisztor jelével összehasonlítva, az I2C interfészen keresztül a mikroprocesszorra érkezik, mely kikalkulálja az észlelt tér hőmérsékleteloszlását.

 

 

A GridEye első generációja max. 2.5oC pontosságot tett lehetővé 0-80oC hőmérséklettartományon, vagy a low-gain verzió 3 oC pontosságot -20-100 oC tartományon, 5m érzékelési távolság és 0.5 oC felbontás mellett. A fenti szenzorok új második generációját az előző generációhoz képest sokkal nagyobb mérési pontosság (±2°C) jellemzi, a jel-zaj viszonyt leíró NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) 10 Hz-es mintavételezésnél 0.16°C és 1 Hz-es mintavételezésnél 0.05°C értékű.  Az érzékelési távolság 5 méterről 7 méterre nőtt, úgy, hogy közben az új szenzorok teljesen kompatibilisek maradtak az első generációs társaikkal, így nincs szükség a már meglévő áramkör áttervezésére.

A Panasonic GridEye Gen2 ötvözi az érintésmentes infra hőmérsékletérzékelést a MEMS (Micro Electro Mechanical System) technológiával, mindezt kiegészítve a továbbfejlesztett digitális applikáció specifikus integrált áramkörrel (I2C interfész) és a szilícium lencsével, mely a mindössze 0.3mm magasságával egyedülálló a piacon és szintén helyet kapott a 11.6mm x 8mm x 4.3mm-es tokban, ami a versenytársakénál mintegy 70%-kal kisebb. Az ábrán látható, hogy az emberalak érzékelése érintkezésmentes hőmérsékletmérés útján történik. Az eltérő színű pixelek különböző hőmérsékletet jelentenek.

 

 

Az egyes termoelemek a tér felosztott részeinek hőmérsékletét mérik, ezáltal feltérképezhető a megfigyelt területen fellehető összes hőforrás és az általuk sugárzott hő eloszlása. Az adatok a mikroprocesszor által az I2C interfészen keresztül pixelenként kiolvashatók és kiértékelhetők. A detektálási távolság növelésével az objektum képének mérete összemérhetővé válik a szenzor elem kiterjedésével, ez kihasználható például több objektum egyszerre történő megfigyelésére, követésére, esetleg megszámlálására.

 

Adott területen mozgó, vagy álló objektum hőtérképe a szenzor kiolvasásával előállítható. Közeli érzékeléskor az objektum vagy személy hot spotjai kiemelhetők:

 

 

Amennyiben távolabbi detektálást választunk, akár több objektum egyidejű megfigyelésére is lehetőség van, illetve a mintázat változásának követésével a haladás iránya is monitorozható:

 

 

Közeli érzékeléskor a szenzor felhasználható például gesztusvezérlésre, ilyen lehet például az autóban egyes funkciók kézmozdulattal történő aktiválása:

 

 

A GridEye szenzorok felhasználási területe rendkívül széles:  

Biztonságtechnika foglaltság érzékelés • emberek számolása, több ember mozgásának egyidejű monitorozása

Háztartás mikrohullámú sütőkben az étel hőmérsékleteloszlásának követése • Klíma berendezések kapcsolása • fűtés kapcsolása

Orvoselektronika • páciens követés • mozgásérzékelés • hőtérképezés • pozíció érzékelés

Világítástechnika • energiamegtakarítás • mozgásérzékelés nélküli jelenlét érzékelés

Ipari hőmérsékletmérés • ipari folyamatirányítás • érintésmentes hőmérsékletmérés

 

 

A végtermék fejlesztés megkönnyítésére és a gyors piacra kerülés biztosítása érdekében a GridEye szenzorokhoz kapható egy kiértékelő kit is. Ez a panel a szenzoron kívül kommunikációs interfészt is tartalmaz, mellyel USB porton keresztül számítógéphez, a beépített PAN1470 Bluetooth Smart modulon keresztül pedig akár okostelefonhoz is kapcsolható ez az, ATMEL mikroprocesszorral működő áramköri kártya. A letölthető kiértékelő szoftver segítségével gyors prototípus fejlesztés valósítható meg. A kártya kialakítása alkalmassá teszi azt Arduino miniszámítógéphez illeszkedő „shield” -ként való használatra.

Eldönthetjük, hogy a 64 pixel és a beépített termisztor adatait az USB porton, a személyi számítógépünkre telepített virtuális soros porton keresztül olvassuk ki, vagy az Arduinora írt szoftver segítségével, esetleg a Bluetooth Smart modulon keresztül vezeték nélküli kapcsolattal és okostelefonra vagy tabletre készített iOS applikációval dolgozzuk fel.

 

 

A PC-s adatlekéréshez készített Panasonic szoftver mellett újdonságként már elérhető a kiértékelő modul támogatására készített mobiltelefonos applikáció is iOS rendszerekre, mely az alábbi QR kód alapján az AppStore-ból letölthető.

 

 

A szoftver segítségével lehetőség van az iPhone vagy iPad készüléket egyszerű 64 pixeles hőkameraként használni. Akár a 8X8-as mátrix direkt hőmérsékletadatainak felhasználásával előállított pillanatnyi, akár a másodpercenkénti 10 mérésből interpolált hőeloszlás képet is létrehozhatjuk. A program képes az iOs eszköz kamerája által közvetített kép és a GridEye szenzor által felvett hőeloszlási kép egymásra vetítésére is.

 

 

A cikksorozat következő részeiben bemutatjuk a GridEye Gen2 szenzorral szerelt evaluation kit programozását Arduino és PC-s környezetben.

 

Cikkünk az Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH közreműködésével készült. Szerzője Kiss Zoltán okleveles villamosmérnök, kelet-európai értékesítési vezető.
 
Értékesítési iroda: H-1188 Budapest, Kölcsey u. 102/A.
 
E-mail: z.kiss@endrich.com
 
Web: www.endrich.com
 
További konzultációért és mintákért, adatlapokért keresse a szerzőt!

 

Túlfeszültség elleni védelem TVS diódával
Az ESD, EFT, surge és elsősorban autóiipari alkalmazásokban a Load Dump jellegű tranziensek olyan potenciális fenyegetést jelentenek az elektronikai eszközök I/O portjai számára, ami elleni védekezésről az áramkör tervezésekor feltétlenül intézkedni kell.
Mobil hálózati technológia drónokhoz
Alacsony légtéri mobil adathálózati lefedettséget biztosító technológiát fejleszt a Huawei a drónok hasznosításában rejlő gazdasági potenciál kiaknázása érdekében - jelentette be a Huawei Wireless X Labs Londonban.
Drónok energia- és közüzemi alkalmazása
Az energia- és közüzemi szektorban a drónalapú megoldások piaca globális szinten évente 9,46 milliárd dollárra becsülhető – derül ki a PwC új tanulmányából, amely azt vizsgálja, hogy a pilóta nélküli légi járművek kreatív használata miként befolyásolja a vállalkozások működését.
Robotok már az irodában is
A GE Hungary budapesti szolgáltató központjában 19 robot támogatja a pénzügyi, HR, jogi és értékesítési területen dolgozók munkáját. Az ellátási lánchoz kapcsolódó folyamatok egyes elemeinek automatizációjával a hatékonyságot kívánják javítani.
A jövő közúti áruszállítása
A különféle vezetéstámogató rendszerek és az automatizálás kombinációja biztonságosabbá és megbízhatóbbá teszi majd a teherautókat – csaknem annyira, mintha sínen közlekednének.