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!

 

Ipar 4.0 Technológiai Központ nyílt
Szakmai megnyitón mutatták be az „Ipar 4.0 Modern Gyárak” kiemelt projekt és a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) partnerségének eredményét, az Ipar 4.0 Technológiai Központot.
Mesterséges intelligencia kutatására is lehet pályázni
Az utóbbi két évhez hasonlóan idén is jelentős forrásra, 30 milliárd forintra pályázhatnak a vállalkozások az NKFI Alapból.
A szoftveralapú digitális átállás mozgatórugója
A Rockwell Automation bővülő Connected Services szolgáltatáskínálata segít kiépíteni és ezt követően kihasználni a hálózatba kapcsolt műveletek előnyeit.
Nem nyugszanak az orosz hackerek
Az amerikai szenátus elleni kémtevékenységet készítettek elő az elmúlt hónapokban azok az orosz számítógépes kalózok, akik kapcsolatban állnak az orosz kormánnyal.
Nem a robotoktól kell félni
A következő tíz évben az Egyesült Államokban több mint 6 millió kiskereskedelmi dolgozót, az alkalmazotti kör 38 százalékát fogja várhatóan leváltani a robotizálás és a nagyfokú digitalizáció.