Configuración
Entrega rápida
Entrega Gratis
Incoterms
Tipos de pago
Producto del mercado
Cómo utilizar una solución de entrada para acelerar el desarrollo de diseños sofisticados de control de la ocupación
Colaboración de Editores de DigiKey de América del Norte
2021-11-03
El control de la ocupación desempeña un papel fundamental en la automatización de edificios, la salud, la seguridad y la protección. Aunque los desarrolladores pueden reunir soluciones de recuento de personas adecuadas a partir de los componentes disponibles y desarrollar los algoritmos apropiados, esto puede llevar mucho tiempo y ser costoso. En medio de las crecientes expectativas de una entrega más rápida de soluciones con capacidades y características más sofisticadas y actualizadas, incluido el apoyo a los requisitos de distanciamiento social, se requiere un enfoque más simple y rápido.
En este artículo se habla de la supervisión de la ocupación y de por qué se ha convertido en una característica tan importante. A continuación, presenta y describe cómo empezar a utilizar un completo kit de recuento de personas de extremo a extremo de Analog Devices. Con el kit, los diseñadores pueden satisfacer los diversos requisitos de una lista cada vez más amplia de aplicaciones sofisticadas basadas en la funcionalidad de control de la ocupación.
Por qué es importante el control de la ocupación
La capacidad de controlar el número de personas, su ubicación y sus movimientos dentro de un edificio está encontrando un papel cada vez más importante en múltiples aplicaciones. Dentro de los sistemas automatizados de gestión de edificios (BMS), la capacidad de rastrear la utilización de las salas y los movimientos de los ocupantes sigue siendo fundamental para sacar todo el provecho de las oficinas, las salas de reuniones y otras zonas comunes. Durante las oleadas pandémicas, esta capacidad ayuda a garantizar que los ocupantes puedan mantener una separación segura en los espacios interiores.
Incluso cuando las personas regresan a los edificios de oficinas, la capacidad de controlar la ocupación de las salas ayuda a las empresas a limitar el derroche de energía en el elevado número de espacios del edificio que no se utilizan. Las tasas de ocupación de las oficinas, que ya habían bajado a cerca del 68% en 2019 [a], se desplomaron durante la pandemia, volviendo a ser solo de cerca del 32% a mediados de 2021 [b].
Sin embargo, más allá de optimizar el uso de los espacios del edificio y ayudar al distanciamiento social, una medida activa de la ocupación se ha convertido en algo esencial para frenar el creciente consumo de energía. Según el World Green Building Council [1], los edificios y la construcción contribuyen al 39% de todas las emisiones de carbono a nivel mundial. Más concretamente, la energía utilizada para iluminar, calentar y refrigerar los edificios representa el 28% de las emisiones de carbono en todo el mundo. (El 11% restante se refiere a los costes de carbono del ciclo de vida de los materiales y la construcción)
Después de permanecer estables durante la mayor parte de la última década, las emisiones de carbono relacionadas con la construcción aumentaron a un máximo histórico en 2019 debido a la mayor demanda de energía impulsada por un clima más extremo. De hecho, 2019 resultó ser el año más caluroso registrado desde 2016, cuando los patrones climáticos globales y el aumento de las temperaturas globales se combinaron en una "tormenta perfecta" de clima inusualmente cálido.
Esta tendencia de clima más cálido ha continuado, y el año 2020 resultará más cálido que el 2019. Como resultado, los tres años más cálidos registrados hasta la fecha incluyen ahora 2016 (1º), 2020 (2º) y 2019 (3º), según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA) [2]. La tendencia continúa y julio de 2021 ha sido el mes más caluroso jamás registrado en todo el mundo [3]. Dado que los cuatro meses anteriores a julio se encuentran entre los 10 meses más cálidos jamás registrados [4], la NOAA prevé que 2021 se convertirá probablemente en uno de los 10 años más cálidos jamás registrados a nivel mundial.
En todo el mundo, las estrategias nacionales para reducir las emisiones de carbono que afectan al clima consideran que una utilización más eficiente de la energía en los edificios es fundamental para su planificación. Para las empresas individuales, la reducción del consumo de energía ofrece beneficios directos a su cuenta de resultados, así como al bienestar de sus empleados.
A pesar de la creciente importancia de los datos básicos de ocupación para minimizar el uso de la energía, la mayoría de las empresas confían en los datos de las tarjetas de acceso o en la observación visual, ninguno de los cuales puede proporcionar la información precisa y actualizada sobre la utilización de las habitaciones necesaria para una gestión eficaz de la energía en los edificios. Se necesita un medio más eficaz de detección de la ocupación.
Implantación de una solución de detección de ocupación
El diseño y la implantación de una solución de detección automática de la ocupación requiere conocimientos en múltiples áreas para combinar sensores, procesadores de bajo consumo y conectividad con algoritmos precisos de recuento de personas en aplicaciones completas, capaces de responder al instante cuando las personas entran y salen de los espacios interiores. Desarrollarlo y apoyarlo requiere tiempo y recursos. Analog Devices ofrece una vía más sencilla: el ADSW4000 EagleEye, una plataforma completa basada en sensores de visión 2D, de bajo consumo y ancho de banda, diseñada específicamente para proporcionar datos actualizados con el fin de optimizar la utilización del espacio y minimizar el consumo de energía.
El kit comprende el algoritmo de recuento de personas patentado por Analog Devices que se ejecuta en un miembro de la serie ADSP-BF707 de procesadores de señales digitales (DSP) Blackfin de Analog Devices. El ADSW4000 EagleEye proporciona datos de utilización para espacios interiores separados, lo que permite a las empresas equilibrar la utilización del espacio de la oficina y el consumo de energía para obtener la máxima utilidad.
Dado que realiza sus tareas de análisis de imágenes y recuento de personas únicamente en el procesador Blackfin, el algoritmo de EagleEye garantiza que todas las imágenes permanezcan en el ADSW4000, por lo que ninguna información personal identificable sale nunca de la plataforma, de conformidad con un conjunto cada vez mayor de normativas de privacidad en todo el mundo. De hecho, los resultados generados por el procesador Blackfin se limitan a un paquete de datos que contiene el número de personas en una región de interés (ROI) monitorizada, su ubicación x,y en esa región y si están o no en movimiento.
Para ayudar a acelerar el desarrollo de aplicaciones de monitorización de ocupación de alto nivel, Analog Devices integra su plataforma ADSW4000 EagleEye People Count en su kit de prueba EVAL-ADSW4000KTZ EagleEye. El kit de prueba, que es una implementación completa de su algoritmo EagleEye desde el sensor hasta la nube, permite a los usuarios implementar inmediatamente la monitorización de la ocupación utilizando la aplicación disponible y el panel de control en línea basado en la nube. Alternativamente, el kit puede servir como base de sistemas personalizados, permitiendo a los desarrolladores centrarse en sus aplicaciones de alto nivel en lugar de los detalles de la implementación de sus propios métodos de recuento de personas.
Los subsistemas individuales aceleran la aplicación
El kit de prueba EagleEye consta de un par de subsistemas, uno basado en el DSP Blackfin para generar los datos de recuento de personas y otro basado en la unidad de microcontrolador (MCU) ADuCM4050 de Analog Devices para gestionar la conectividad y la funcionalidad de la aplicación de nivel superior (Figura 1). Como se ha mencionado anteriormente, la funcionalidad crítica de recuento de personas se encuentra en el subsistema DSP EagleEye del kit de prueba que ejecuta el algoritmo ADSW4000 EagleEye.
Figura 1: En el kit de prueba EagleEye de Analog Devices, un subsistema DSP adquiere y procesa imágenes utilizando el algoritmo ADSW4000 EagleEye PeopleCount que se ejecuta en un miembro de la serie ADSP-BF707 Blackfin DSP de Analog Devices. (Fuente de la imagen: Analog Devices).
Para la adquisición de imágenes de la región de interés, el subsistema utiliza un módulo de detección de visión 2D basado en el sistema en chip (SoC) de imagen digital CMOS ASX340AT3C00XPED0-DPBR de onsemi, combinado con un filtro de infrarrojos (IR). Al trabajar con los servicios de marco EagleEye de Analog Devices, el algoritmo EagleEye PeopleCount ADSW4000 se ejecuta en el DSP Blackfin ADSP-BF707 utilizando la memoria flash serieIS25LP512M de 512 megabits (Mbit) de ISSI y la memoria de acceso aleatorio dinámico síncrono (SDRAM) MT46H64M16LF de 1 gigabit (Gbit) de bajo consumo.
En este subsistema, el DSP Blackfin ADSP-BF707 es muy adecuado para manejar las complejas tareas de adquisición y procesamiento de imágenes necesarias para el recuento de personas. Su canal de procesamiento de señales incluye múltiples unidades hardware de multiplicación-acumulación (MAC) junto con capacidades de instrucción única y datos múltiples (SIMD).
El algoritmo ADSW4000 ADI EagleEye PeopleCount, que se ejecuta en el procesador Blackfin ADSP-BF707, consigue un recuento de hasta el 90% de precisión dentro del área objetivo. Igual de importante es que el subsistema devuelva los resultados rápidamente. Por ejemplo, el subsistema solo necesita 300 milisegundos (ms) desde el momento en que una persona entra en un ROI para identificar que ha pasado de un estado vacante a uno ocupado. El tiempo necesario para identificar un cambio en el estado del ROI de ocupado a vacante es configurable por el usuario, con un ajuste por defecto de cinco minutos.
La latencia es igualmente baja para el recuento de personas y los datos de localización generados. El algoritmo proporciona datos actualizados sobre el recuento de personas y su ubicación en un plazo de 1.5 segundos después de que un individuo se desplace a una zona definida por el usuario durante la puesta en marcha. Tras detectar a un individuo, el algoritmo solo necesita 113 ms para proporcionar datos actualizados de recuento y localización.
Como se ha señalado anteriormente, la plataforma EagleEye de Analog Devices no transmite ninguna imagen capturada. En su lugar, el DSP utiliza su puerto receptor-transmisor asíncrono universal (UART) en modo push para transmitir los metadatos de ocupación. Transmitido en formato JSON, este paquete de metadatos incluye el estado de ocupación (ocupado o vacante), el recuento de personas, la ubicación de las personas como coordenadas x,y, junto con otros datos (Tabla 1).
Tabla 1: El algoritmo EagleEye de Analog Devices mantiene la privacidad de los usuarios al no transmitir información de identificación personal, sino que genera un paquete que incluye los metadatos aquí enumerados. (Fuente de la tabla: Analog Devices)
Debajo del subsistema DSP, el subsistema ADuCM4050 MCU se ejecuta en el entorno AWS FreeRTOS, soportando la aplicación EagleEye de alto nivel y los servicios de conectividad necesarios para la puesta en marcha del sensor y la comunicación con el servicio asociado basado en la nube de Analog Devices (Figura 2).
La MCU ADuCM4050 de 32 bits ofrece un entorno de procesamiento completo para las aplicaciones del Internet Industrial de las Cosas (IIoT) como EagleEye de Analog Devices. Para soportar complejas cargas de trabajo de aplicaciones industriales, el ADuCM4050 se basa en un núcleo de procesador Arm®Cortex®-M4F de 52 megahercios (MHz) con unidad de punto flotante (FPU) integrada, unidad de protección de memoria (MPU), acelerador criptográfico de hardware y almacenamiento de claves protegido.
Figura 2: Basado en el ADuCM4050 de Analog Devices, el subsistema MCU del kit de prueba EagleEye admite la aplicación IIoT de nivel superior y proporciona servicios de conectividad a nivel local y entre el kit y la nube u otros sistemas de gestión de edificios. (Fuente de la imagen: Analog Devices).
Un conjunto de funciones de gestión de la energía integradas, que incluyen múltiples modos de energía y capacidades de regulación del reloj, permiten al dispositivo lograr una ejecución de bajo consumo. Como resultado, la MCU requiere solo 41 microamperios por megahercio (μA/MHz) (típico) en modo activo y 0,65 μA (típico) en modo de hibernación. Durante los periodos de inactividad, el procesador solo consume 0.20 μA (típicos) en su modo de apagado rápido o solo 50 nanoamperios (nA) en el modo de apagado total.
Cómo empezar rápidamente a contar personas
En el kit de prueba, Analog Devices combina los subsistemas DSP y MCU con un sensor de cámara, una lente, LEDs y botones en un paquete compacto (Figura 3).
Figura 3: Diseñada para un despliegue rápido, la unidad de sensor de visión 2D del kit de prueba EagleEye dede Analog Devices puede montarse fácilmente sobre una región de interés para el recuento de personas. (Fuente de la imagen: Analog Devices)
Los desarrolladores pueden desplegar rápidamente el conteo de personas simplemente montando la unidad de sensor en una habitación o espacio interior, directamente sobre una región de interés. El sensor puede utilizar la energía de diversas fuentes. Los usuarios pueden llevar un cable al conector de CC de la unidad para suministrar una fuente de CC de 5.5 a 36 voltios, o alimentarla mediante una fuente de alimentación USB utilizando un cable micro USB, o una extensión USB activa para distancias superiores a 1 metro (m).
Tras montar la unidad de sensor, los usuarios pueden confirmar visualmente la posición del sensor y el campo de visión (FOV) deseado mediante la aplicación complementaria EagleEye PeopleCount, disponible en la App Store de Apple para tabletas iOS, o en Google Play para tabletas Android (Figura 4).
Figura 4: La aplicación EagleEye PeopleCount de Analog Devices permite confirmar fácilmente la colocación de la unidad de sensor antes de la puesta en marcha. (Fuente de la imagen: Analog Devices).
Después de que los usuarios verifiquen el FOV del sensor, proceden al breve proceso de puesta en marcha del dispositivo. Durante la puesta en marcha y posteriormente durante el funcionamiento, los usuarios pueden observar los LEDs del DSP y del MCU incorporados en la unidad de sensor para controlar el estado actual de los respectivos subsistemas (Tabla 2).
Tabla 2: Los LEDs separados incorporados en la unidad de sensor del kit de prueba EagleEye de Analog Devices proporcionan una indicación continua del estado de los subsistemas DSP y MCU. (Fuente de la tabla: Analog Devices)
La aplicación guía a los usuarios a través de los pocos pasos necesarios para la puesta en marcha del sensor. En este proceso, los usuarios indican qué zonas debe vigilar el algoritmo dentro del FOV marcando una serie de máscaras inclusivas, como la máscara del suelo (Figura 5, izquierda). Las áreas a excluir son igual de importantes para un recuento preciso. Durante el proceso de puesta en marcha, la aplicación complementaria permite a los usuarios especificar diferentes máscaras de exclusión, por ejemplo, ventanas y pantallas de visualización (Figura 5, derecha).
Figura 5: Durante la puesta en marcha, los usuarios utilizan la aplicación complementaria para identificar las áreas que el algoritmo EagleEye PeopleCount debe examinar o ignorar, utilizando máscaras inclusivas, como la máscara del suelo (izquierda), y máscaras exclusivas (derecha) para las ventanas u otras áreas que degradan la precisión del recuento de personas. (Fuente de la imagen: Analog Devices)
Una vez montada y puesta en marcha, la unidad de sensor comienza a transmitir sus metadatos a la nube de Analog Devices. Al conectarse a la nube con las credenciales proporcionadas durante el registro, los usuarios pueden examinar una serie de representaciones gráficas de la ocupación (Figura 6).
Figura 6: Tras el montaje y la puesta en marcha de la unidad de sensor del kit de prueba EagleEye de Analog Devices, los usuarios pueden iniciar sesión en un panel online en la nube de Analog Devices para ver los datos de ocupación en tiempo real. (Fuente de la imagen: Analog Devices)
La plataforma tecnológica EagleEye PeopleCount de Analog Devices puede integrarse en diseños personalizados construidos con el procesador Blackfin adecuado y una memoria flash externa apropiada. Analog Devices también pone el paquete de software EagleEye a disposición de los clientes del kit de prueba registrado. Para el subsistema MCU descendente, los desarrolladores pueden proporcionar funcionalidad adicional, incluyendo más sensores, utilizando cualquier diseño de plataforma de sistema capaz de ejecutar la interfaz sensorial EagleEye y proporcionar la conectividad requerida. Sin embargo, para los desarrolladores que buscan emplear rápidamente el conteo de personas en sus sistemas de gestión de edificios, el kit de prueba EagleEye de Analog Devices ofrece una solución de sensor a nube llave en mano.
Conclusión:
Dado que las empresas pagan el precio de un importante consumo de energía de los edificios por la iluminación, la calefacción y la refrigeración de las oficinas, la gestión eficaz de los recursos de los espacios de oficina, a menudo vacíos, está impulsando la necesidad de disponer de datos de ocupación más precisos. Basado en un algoritmo propio que se ejecuta en un procesador de señal digital de baja potencia, el kit de prueba ADSW4000KTZ proporciona una plataforma integral de sensor a nube para evaluar e implementar la monitorización de la ocupación, capaz de proporcionar los datos en tiempo real y a nivel de habitación sobre la ocupación necesarios para una gestión energética más eficaz del edificio.
Referencias
Descargo de responsabilidad: Las opiniones, creencias y puntos de vista expresados por los autores o participantes del foro de este sitio web no reflejan necesariamente las opiniones, las creencias y los puntos de vista de DigiKey o de las políticas oficiales de DigiKey.
España