česky english Vítejte, dnes je pondělí 04. červenec 2022

Jak může spolehlivé a cenově dostupné sledování přítomnosti osob v budoucnu ovlivnit nakládání s prostorem

DPS 5/2021 | Vývoj - články
Autor: Christoph Kämmerer, Analog Devices

V tomto článku se nejprve zaměříme na rostoucí význam detekce přítomnosti osob. Poté zmíníme aktuálně dostupné systémy pro sledování a zvláště pak výhody aktivních infračervených senzorů v porovnání s pasivními čidly téhož druhu. Také si představíme nové řešení pro aktivní infračervené sledování prostoru.

Obr.  1 (jpg)

Detekce přítomnosti osob − co to znamená?

Detekcí přítomnosti, příp. též detekcí výskytu osob, rozumíme schopnost systému rozpoznat či lokalizovat výskyt lidí v daném místě či prostoru.

Proč je důležité vyhodnocovat přítomnost lidí?

Detekce výskytu osob má ve vnitřních prostorách budov stále větší význam, což dále umocňuje i současná pandemie COVID-19. Zajímavé způsoby využití tak nacházíme např. v kancelářích, kabinách výtahů, na chodbách či v maloobchodě. Detekce může být nesmírně užitečná právě ve výtazích, kde dokáže v nouzových situacích zachránit i život. V prodejnách lze systém zase využít k monitorování vzorců chování. Získaná data pak mohou pomoci optimalizovat umístění produktu, takže z toho nakonec těží jak prodejci, tak i zákazníci.

Detekce výskytu osob se rovněž uplatní při sledování kancelářských prostor. Pokud jsou třeba z důvodu cestování či práce z domova málo využívané, může firma takový systém nasadit při vyhodnocování jejich obsazenosti a snižovat počet stolů v těch kancelářích, kde to bude dávat smysl. Detekce přítomnosti osob najde rovněž uplatnění ve světě mobilních kanceláří, kde pracující nemusí mít pokaždé vyhrazen konkrétní stůl, ale dostupný prostor najdou díky danému poskytovateli. Takové aplikace však vyžadují chytrá a cenově dostupná řešení, která bude možné v konkrétní situaci jednoduše použít.

Aktuální systémy pro detekci výskytu osob

Na trhu máme k dispozici řadu řešení pro sledování přítomnosti, třeba jako systémy ToF, radary, 2D kamery a také pasivní či aktivní infračervené detektory. Jejich cena, ale také dosahovaná přesnost se však mohou výrazně lišit. A tak zatímco špičkové senzory s technologií „time of flight“ nabídnou při vyhodnocování přítomnosti nejvyšší přesnost, budou se zároveň pohybovat na horním konci cenové stupnice. Z tohoto důvodu se uplatní v klíčových aplikacích, kde např. dochází k vzájemné spolupráci mezi člověkem a robotem. Infračervené snímače na druhou stranu dokážou nabídnout potřebnou úroveň přesnosti, zatímco v méně náročných případech vyjdou rovněž mnohem levněji.

Výhody aktivních infračervených snímačů oproti pasivním systémům

Jak aktivní, tak i pasivní senzory nabízí cenově vyvážená řešení, aktivní snímače však bude možné využít v režimu počítání s vysokou přesností. Senzory detekující výskyt osob musí kromě toho rozpoznat dokonce i ty nejmenší pohyby navzdory různým světelným podmínkám. Aktivní infračervený snímač zde bude pracovat mnohem efektivněji, protože za účelem detekce lidí aktivně vyzařuje v infračervené oblasti. Pasivní přístup naproti tomu spoléhá pouze na odrazy takového záření od lidského těla.

Obr. 2  (jpg)

Aktivní infračervené řešení může rovněž zahrnovat aktivní IR senzor, který nemusí sloužit výhradně k detekci pohybu, ale zaznamená i osoby v klidu, čímž dále předchází falešným výstupům. Díky svému optickému principu je možné snímač ukrýt za tónované sklo či plast, tedy materiály, které budou v IR oblasti transparentní, a lze jej tudíž pohodlně zapracovat do návrhu daného produktu, resp. interiéru.

Řešení pro aktivní infračervené snímání

Aktivní infračervené sledování řeší vývojová deska pro obvody ADPD1080 [1] od společnosti Analog Devices, kterou vidíme na obr. 1. Deska zde zahrnuje řízení napájení, jednu fotodiodu, šest LED a také fotometrický front-end, obvod ADPD1080. Záření budou emitovat infračervené LED, zatímco odrazy, pokud jde o intenzitu, lze měřit až do vzdálenosti pěti metrů od senzoru. Pohyb se přitom detekuje na základě změny intenzity. Pokud se tedy v místnosti nic nehýbe, nedochází k takové změně. Fotodioda své místo dostala mezi LEDkami a lze ji dále umístit za černě zbarveným plastovým krytem, což také nahrává diskrétnímu způsobu osazení. Vývojová deska počítá se dvěma nastaveními. První je určené pro menší vzdálenosti, zatímco to druhé pak pracuje nejlépe s většími rozsahy. Důvodem je intenzita LED. Obvod ADPD1080 zde přitom vystupuje jako kompletní fotometrický front-end s osmi příslušnými vstupy spojenými s fotodiodami. Rovněž zde nalezneme tři integrované budiče LED a k dispozici jsou též dva time sloty, které lze nezávisle naprogramovat pro práci s fotodiodami a řízení LED. Díky zmíněným time slotům lze uvažovat různé režimy, aniž by přitom bylo nutné přeprogramovat registry, čímž také snižujeme spotřebu (ve srovnání s předchozí verzí jde zhruba o 20 %). Výrobce dále pamatoval i na vlastní potlačování okolního světla, tedy filtraci dalších vlivů spojených se slunečním svitem, žárovkami a jinými zdroji. Efektivně tak budou potlačovány dokonce i fluorescenční zdroje, navzdory jejich širokému kmitočtovému spektru, a také svítidla s LED, známá svou spínací frekvencí.

Blokový diagram obvodu ADPD1080 sledujeme na obr. 2. Proud tekoucí fotodiodou je zde zesílen a konvertován s využitím transimpedančního zesilovače. Poté následuje filtr typu pásmové propusti a integrátor pro účely potlačení okolního osvětlení. Pásmová propust zde přitom blokuje DC vlivy, zatímco integrátor již odfiltruje AC složku okolního prostředí, kterou potlačuje o 80 dB. Princip činnosti analogového front-endu vyplývá z obr. 3.

Výhody dokládané skutečným měřením

Vývojová deska byla testována po připevnění ke stropu kanceláře a za odlišných podmínek. Testovaná osoba chodila v různých intervalech pokaždé okolo, zatímco byl signál ze snímače zaznamenáván.

Obr. 4 nám zachycuje signál senzoru a také zřetelnou odezvu na pohyb. Vlevo je vykreslena intenzita a na pravé straně pak vidíme její změnu. Změna v intenzitě odpovídající pohybu je zde výrazná.

Obr. 3 (jpg)

V případě druhého testu již byla vývojová deska prověřena za mnohem náročnějších okolností. Testovaná osoba nyní stála prakticky nehybně, takže bylo možné prověřit schopnost detekce nejen za předpokladu pohybu, ale též prosté přítomnosti lidí.

Příslušný signál a také zřetelnou změnu v intenzitě zachycuje obr. 5.

Závěr

Co říci závěrem? Obvody ADPD1080 jsou připravené k okamžitému nasazení. Řešení s aktivní infračervenou detekcí přítomnosti osob však není pouze levné a velmi přesné, ale nezabere ani spoustu místa. Pracuje s výrazně nižší spotřebou, než je tomu v případě systémů s technologií ToF či radarů, a dokáže měřit s dosahem až pěti metrů. Robustní návrh umožňuje pohodlnou integraci do stávajících produktů, zatímco se zde neomezujeme pouze na sledování výskytu lidí, protože pole působnosti je mnohem širší a zahrnuje třeba i sledování posunků. Sečteno a podtrženo, zmíněné výhody umožňují za sníženou cenu navyšovat účinnost a také bezpečnost, a do budoucna se tak postavit k otázce řízení ještě lépe.

Obr. 5 (jpg)

Odkazy:

[1] Obvody ADPD1080, https://www.analog.com/en/products/adpd1080.html

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik