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Sicherheit

Grenzen von PIR-Sensoren beim Smart-Home-Schutz

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Passive Infrarotsensoren erfassen zu wenig Details

Die heutigen PIR-Sensoren, so hochentwickelt sie auch sind, können nicht genug Einzelheiten für solche Dienste erfassen. Doch es stehen verschiedene alternative Technologien zur Verfügung.

Eine videobasierte Erfassung könnte Betreuern zum Beispiel die Möglichkeit geben, regelmäßig zu überprüfen, ob eine ältere Person in ihrem Zuhause sicher ist, oder den genauen Aufenthaltsort einer Person innerhalb eines Raums ermitteln. Videoüberwachung in Innenräumen ist jedoch im Hinblick auf die Privatsphäre keine wünschenswerte Lösung.

In Betracht kommen könnte eine teilweise Überwachung oder das Video kann nach der Analyse vernichtet werden – aber die Bewohner könnten sich trotzdem mit dieser Lösung nicht wohl fühlen.

Komfortable Radar-Einzelchiplösung

In den vergangenen Jahren ist die radarbasierte Sensortechnologie in die Verbrauchermärkte vorgedrungen. Ein Beispiel dafür sind Fahrerassistenzsysteme in der Automobiltechnik, beispielsweise zur Kollisionsvermeidung.

Energiesparende Radarsender im lizenzfreien ISM-Frequenzbereich bei 24 GHz sind jetzt für einen Preis erhältlich, der im Smart-Home-/Gebäudeautomatisierungsmarkt als annehmbar gelten kann. Die Funktionsprinzipien, eine Anwesenheit durch die Überwachung reflektierter Funkwellen zu erfassen und Abstände durch die zeitliche Bestimmung des Rückwegs zu messen, wurden erstmals zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelt.

Ein 24-GHz-Radar-Transceiver-IC wie der Infineon BGT24MTR11 kann für einen Sensor mit niedriger Leistungsaufnahme für die Anwesenheitserkennung in Innenräumen verwendet werden. Die Radartechnologie ermöglicht Funktionserweiterungen wie die Erfassung von Personen, die sich nicht bewegen, die Bestimmung des genauen Aufenthaltsorts der Person und die Erfassung der Richtung einer Bewegung.

Ein weiterer Vorteil beim Einsatz von Radartechnologie im Wohnbereich ist, dass zwischen Sender, Sensor und Ziel keine freie Sichtverbindung bestehen muss, sodass sie an einer unauffälligen Stelle angebracht werden können. Das könnte auch hinter leichten Baumaterialien wie Deckenplatten sein, sodass der Sensor gar nicht mehr sichtbar ist.

Der BGT24MTR11 integriert einen Sende- und einen Empfangskanal für die Erfassung der Anwesenheit und der Bewegungsgeschwindigkeit und -richtung in einer Komponente, die nur eine kleine Anzahl externer Kondensatoren benötigt, um eine voll funktionsfähige Schaltung zu bilden.

Das spart nicht nur Leiterplattenfläche, sondern beseitigt auch die Probleme bei der HF-Abstimmung. Soll das System den Aufenthaltsort des Bewohners erfassen, werden zwei Empfänger benötigt. Der BGT24MTR12, der zwei Empfangskanäle und einen Sender integriert, ist ideal für diesen Zweck geeignet.

Design für einen energieeffizienten Betrieb

Mit einer maximalen HF-Ausgangsleistung von 15 dBm kann der BGT24MTR11BGT24MTR11 im ISM-Band verwendet werden. Der IC-Gesamtverbrauch von 528 mW im kontinuierlichen Betrieb mit maximaler Sendeleistung kann durch die Anwendung eines Betriebszyklusschemas, mit dem die Stromversorgung des Chips zwischen den Messungen ausgeschaltet wird, wesentlich reduziert werden.

Basierend auf den Messzeiten, die zur Erfassung einer Dopplerverschiebung bei geringen Zielgeschwindigkeiten benötigt werden, ermöglicht eine Aktivierung des ICs für nur 10 ms alle 0,5 Sekunden die Messung von Zielgeschwindigkeiten von bis zu ca. 25 km/h mit einer Auflösung von ca. ±1 km/h. Dies ist ausreichend für die typischen Sensoranwendungen in Innenräumen und reduziert den Stromverbrauch auf nur 12 mW pro Zyklus.

Bild 2 (siehe Bildergalerie) zeigt, wie der Radar-IC in Verbindung mit dem Mikrocontroller XMC4500 von Infineon verwendet wird, der die BGT24MTR11-Register über den SPI-Port programmiert, die VCO-Frequenz überwacht und die VCO-Abstimmspannungen über seine On-Chip-DACs steuert, und einen Lastschalter steuert, der für die Abschaltung der Versorgung des BGT24MTR11 zwischen den Messzyklen verantwortlich ist. Wie das Schaltbild 2 zeigt, sind nur wenige Schlüsselkomponenten erforderlich, um das Design zu vervollständigen.

Aktivitäten in Wohnbereichen und Gebäuden erfassen

Während die Umwälzungen in der Gebäudeautomatisierung an Momentum gewinnen, erfordern neue Anwendungen und Dienstleistungen detailliertere Informationen zur Beschreibung der Aktivität in Wohnbereichen und Gebäuden. Weiterentwickelte Technologien zur Anwesenheitserkennung sind gefragt, um diese Daten zu erfassen, ohne die Privatsphäre zu stören.

Die radarbasierte Erfassung im ISM-Frequenzbereich bei 24 GHz ist sicher und diskret und heute mithilfe der neuesten Transceiver-Chips, die das Systemdesign stark vereinfachen, leichter denn je zu verwirklichen. Energiespartechniken ermöglichen die Entwicklung wartungsarmer Sensoren für Innenräume mit einem durchschnittlichen Stromverbrauch von nur 10 mW.

* Jason Gums ... ist Product Manager Semiconductors bei Digi-Key

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