La próxima generación de sensores infrarrojos con el MAXREFDES131

Todo se está moviendo hacia la automatización, incluyendo los automóviles, las operaciones industriales, e incluso su propio hogar. Para apoyar esta automatización, se requiere una gran variedad de sensores. El enfoque de este artículo será en aplicaciones domésticas y de oficina que son necesarias a fin de saber cuándo una persona entra, sale, o simplemente está presente en una habitación o área.

La detección de ocupación en el hogar o la oficina ofrece muchas comodidades que van desde el encendido o apagado de las luces cuando las personas entran y salen de una zona, el control del sistema HVAC según dónde están las personas, hasta los sistemas de seguridad de edificios que pueden detectar la actividad cuando se supone que no debe haber ninguna.

Muchos sistemas que admiten estos tipos de aplicaciones utilizan sensores infrarrojos pasivos (PIR). Los sensores PIR han sido comúnmente utilizados en la construcción de sistemas de seguridad y automatización para la detección de ocupación y de objetos. Incluso funcionan bien cuando se trata de la detección de movimiento de objetos o personas. Sin embargo, las aplicaciones de detección más avanzadas tienen requisitos que los sensores PIR son incapaces de satisfacer dadas sus limitaciones.

Requisitos de ocupación de próxima generación

Los sensores PIR pueden detectar objetos inmóviles, la dirección de movimiento con precisión, o crear imágenes térmicas. Estas tareas son cruciales en el desarrollo de la próxima generación de sistemas de seguridad y automatización inteligente. La capacidad de detectar personas inmóviles es esencial para la detección de ocupación. Cuando una persona entra a una habitación, el sistema de oficina o casa inteligente detecta y ajusta automáticamente la iluminación y el HVAC para esa área a fin de adaptarse a su ocupación. Si esa persona permanece en un lugar durante un periodo de tiempo, el sistema debe ser capaz de detectar que todavía están allí independientemente del movimiento.

La detección de dirección del movimiento habilitaría así a un sistema inteligente que enciende las luces y ajusta los parámetros de HVAC en las habitaciones y áreas hacia donde una persona se dirige antes de que realmente entre en las mismas.

La capacidad de crear imágenes térmicas ayudaría a un sistema a determinar si el objeto detectado es una persona, un animal, o algo totalmente distinto basado en patrones predeterminados. Esto permitiría que un sistema inteligente pueda ignorar las mascotas u otros animales a la hora de determinar si debe ajustar parámetros ambientales o si el objeto detectado debe ser ignorado en las aplicaciones de seguridad.

La solución de Panasonic

Los sensores PIR simples no son capaces de hacer todas estas cosas, pero con Panasonic Grid-EYE puede hacerlo (Figura 1). Mientras que la mayoría de sensores PIR utilizan sólo un elemento termosensible, el Grid-EYE utiliza una matriz 8 x 8 de 64 termopilas que permiten medir la temperatura real y los gradientes de temperatura dentro de un área de visión de 60°. El Grid-EYE tiene un ASIC que convierte todas las señales de las 64 termopilas a un formato digital y realiza referencias con una temperatura ambiente proporcionada por un termistor interno antes de enviarlas a un microprocesador. Una vez que el microprocesador recibe estas señales, puede realizar cálculos que asignarán los datos de temperatura a una imagen térmica.

Figura 1: Sensor de matriz infrarroja Grid-EYE de Panasonic

Además, el Grid-EYE puede detectar el movimiento hacia arriba, abajo, izquierda, derecha y en diagonal de personas o de los objetos (Figura 2). Incluso se pueden detectar varios objetos que se mueven en diferentes direcciones. Este dispositivo también es capaz de detectar la proximidad de movimientos de manos, permitiendo el control de gestos simples.

Figura 2: La dirección de movimiento puede determinarse mediante el uso de un sistema de imágenes térmicas desde Grid-EYE de Panasonic.

Diseño de referencia de Maxim

Para las típicas aplicaciones de seguridad y automatización de casa/oficina, se necesitarían varios de estos sensores para cubrir las distintas habitaciones y/o entradas. Hacer que todos ellos se conecten con una ubicación principal de procesamiento eficiente podría ser un problema de logística. Afortunadamente, Maxim ha desarrollado una solución con sus placas de diseño de referencia MAXREFDES131# (Figura 3).

Figura 3: Placa de diseño de referencia Grid-EYE de 1 cable MAXREFDES131# de Maxim

Esta placa incorpora el Grid-EYE AMG8833 de Panasonic y el DS28E17 de 1 cable de Maxim a un puente I²C en un diseño de referencia. Con el puente I²C DS28E17, el MAXREFDES131# tiene la capacidad para comunicarse con el procesador principal a una distancia de hasta 100 metros a través de un solo cable, comparado con sólo unos metros en un típico bus I²C. Según el sitio web de Maxim, hay una demostración GUI disponible que permite la "realimentación visual de hasta 10 dispositivos de sensores Grid-EYE de 1 cable MAXREFDES131# en cadena margarita". Sin embargo, el alcance máximo de comunicación de 100 metros todavía se aplica sin importar cuántas tarjetas se conecten entre sí. Esto permite que estos dispositivos estén colocados en ubicaciones remotas y proporcionen información pertinente a un solo procesador host a través de solamente un cable sin necesidad de procesadores host separados, cada uno con un conjunto de unos pocos sensores, en varias ubicaciones para interactuar unos con otros a fin de cubrir las zonas deseadas en su hogar o negocio.

Si se utiliza más de un MAXREFDES131# en una aplicación, las placas deben ser identificables individualmente por el procesador para saber la ubicación física que cada una está controlando. A tal fin, existe un interruptor direccionable, canal doble y 1 cable DS2413 que permite a cada unidad incluida en la placa ser individualmente enumerada (Figura 4).

Figura 4: Diagrama de bloques del diseño de referencia MAXREFDES131#. (Imagen cortesía de Maxim Integrated)

Cuando el DS2413 recibe su código de enumeración, hará que el interruptor dual SPD MAX4717 se conecte con COM2 para la comunicación con el DS28E17. Cuando la placa no está dirigida, el MAX4717 se conecta a COM1 para permitir que el procesador principal pueda comunicarse con otras placas MAXREFDES131# que puedan ser conectadas aguas abajo. Desconectar el COM2 del DS28E17 también provoca que entre en modo de suspensión, al desconectar la alimentación desde AMG8833. Cuando está en modo de reposo, el MAXREFDES131# utiliza aproximadamente 0,5 mA en comparación con alrededor de 8 mA cuando no está en modo de reposo.

Maxim proporciona código de ejemplo para las plataformas mbed y Arduino junto con la GUI de demostración mencionada anteriormente en su sitio web. Con este código y la interfaz gráfica de usuario, los desarrolladores pueden configurar rápidamente su propia red de placas MAXREFDES131# para evaluar y refinar según sus aplicaciones.

Conclusión

Con MAXREFDES131#, los diseñadores pueden crear las bases para la próxima generación de aplicaciones de detección de movimiento y ocupación de casas u oficinas inteligentes y sistemas de seguridad. Este diseño de referencia satisface los requisitos avanzados de detección de objetos inmóviles o personas, y determinar la dirección del movimiento, y generación de imagen térmica junto con un medio sencillo y flexible para comunicarse con un procesador host - todo en una sola unidad.