Ocean’sEleven（《十一羅漢》）和MissionImpossible（《碟中諜》）等好萊塢動(dòng)作片中展示了許多巧妙方法，用于檢測(cè)不懷好意的入侵者。身手不凡的黑衣襲擊者亮相大熒幕，通過(guò)智取戰(zhàn)勝了壓力墊、激光場(chǎng)、熱感攝像機(jī)以及其他棘手的設(shè)備。現(xiàn)實(shí)生活中，在無(wú)數(shù)的家庭和辦公室，通常認(rèn)為房間角落里“不斷眨眼”的無(wú)源紅外傳感器就足以阻止投機(jī)取巧的入室竊賊。

屋主和安防公司認(rèn)為PIR是最適合家庭應(yīng)用的入侵者檢測(cè)技術(shù)：經(jīng)濟(jì)、可靠、可調(diào)節(jié)以去除假警報(bào)，PIR是目前首選的人員檢測(cè)技術(shù)。

一直的最愛(ài)

PIR制造商已改良其傳感器，克服了紅外傳感技術(shù)的已知弱點(diǎn)。傳感器依賴目標(biāo)與背景的溫差，并且還需要目標(biāo)移動(dòng)才能檢測(cè)到其存在。為了將這些影響降到最低，PanasonicMP系列中的傳感器（例如AMN11112）集成了四個(gè)感受器來(lái)精確檢測(cè)幅度很小的運(yùn)動(dòng)。這些感受器對(duì)小幅溫差也很敏感，即使在環(huán)境溫度接近人體體溫的炎熱氣候下也可確保準(zhǔn)確檢測(cè)。

Panasonic還對(duì)其感受器進(jìn)行微型化處理，確保通過(guò)配有小透鏡的小型裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)高靈敏度和準(zhǔn)確度。內(nèi)置放大器、無(wú)源元件、光學(xué)濾波器及電磁屏蔽的高度集成（圖1），可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并提升可靠性。不斷的改良確保了PIR傳感器一直是安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的最愛(ài)。

智能建筑要求更多

雖然智能家居時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，但人們更期望PIR這類傳感器不僅可支持入侵者檢測(cè)，還能通過(guò)監(jiān)控房間使用情況來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化照明、加熱和其他服務(wù)。PIR感應(yīng)的部分已知特征在此背景下成為弱點(diǎn)。由于傳感器依靠檢測(cè)所觀測(cè)的熱場(chǎng)景中的變化，目標(biāo)必須移動(dòng)才能被檢測(cè)到。這在安防系統(tǒng)中是可以接受的，因?yàn)榭梢栽O(shè)想入侵者在進(jìn)入房間后可能在其中四處移動(dòng)。另一方面，屋主及其客人可能在房間內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間坐著不動(dòng)，例如在交談或觀看電影。系統(tǒng)不應(yīng)錯(cuò)誤地確定房間未被占用，并開(kāi)始關(guān)閉照明或加熱等服務(wù)。

此外，未來(lái)的智能家居服務(wù)可能依賴收集有關(guān)占用者的更詳細(xì)信息，例如其在房間內(nèi)的具體位置。這讓系統(tǒng)可以自動(dòng)優(yōu)化局部區(qū)域（例如辦公桌或廚房工作臺(tái)面）的照明，同時(shí)調(diào)暗房間其余部分的照明，以達(dá)到最佳能效。

鑒于目前老齡化人群晚年試圖在自己家中安全獨(dú)立地生活，更智能的人員感應(yīng)也有助于提供輔助生活服務(wù)。年輕的親戚通常無(wú)法擔(dān)任全職看護(hù)者，而專業(yè)護(hù)理又過(guò)于昂貴。自動(dòng)監(jiān)控可以檢測(cè)老年屋主是否需要協(xié)助，以便于快速提醒看護(hù)者或提供緊急服務(wù)。

目前的PIR傳感器雖經(jīng)過(guò)了充分改良，但仍無(wú)法捕捉驅(qū)動(dòng)這類服務(wù)所需的大量信息。現(xiàn)在出現(xiàn)了大量替代感應(yīng)技術(shù)。例如，基于視頻的感應(yīng)可用于讓看護(hù)者定期檢查老人在家是否安全，或確定房間內(nèi)人員的具體位置。出于隱私原因，室內(nèi)視頻監(jiān)控并非可取的解決方案。或許可以考慮部分監(jiān)控，或者在分析后丟棄視頻，但屋主通常仍會(huì)感覺(jué)不舒服。

單芯片雷達(dá)解決方案

近年來(lái)，基于雷達(dá)的感應(yīng)技術(shù)已開(kāi)始進(jìn)入消費(fèi)者相關(guān)市場(chǎng)。其中一個(gè)示例是汽車駕駛員輔助系統(tǒng)，例如防撞。在不要求許可的24GHzISM頻率范圍內(nèi)工作的低功耗雷達(dá)發(fā)射器，目前在智能家居/智能建筑市場(chǎng)上能夠以可接受的價(jià)格購(gòu)買到。其檢測(cè)在場(chǎng)狀況的原理是監(jiān)控反射的無(wú)線電波，并通過(guò)對(duì)傳輸回程計(jì)時(shí)來(lái)測(cè)量距離，這一概念大概最早在20世紀(jì)初形成。

InfineonBGT24MTR11等24GHz雷達(dá)收發(fā)器IC可用于打造適合室內(nèi)人員檢測(cè)的低功耗傳感器。雷達(dá)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多種高級(jí)功能，例如檢測(cè)不移動(dòng)的人員、確定人員的具體位置以及感應(yīng)任何運(yùn)動(dòng)的方向。作為在家庭環(huán)境中使用雷達(dá)技術(shù)的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，不需要在發(fā)射器和傳感器與目標(biāo)之間存在暢通無(wú)阻的視線，因此發(fā)射器和傳感器可放在不顯眼的位置。這個(gè)位置可以是吊頂板材等輕質(zhì)建筑材料后面，因此允許將傳感器置于視線范圍外。

BGT24MTR11在一個(gè)器件中集成了檢測(cè)人員以及運(yùn)動(dòng)速度和方向所需的一個(gè)傳輸通道和一個(gè)接收通道，只需少數(shù)電容器就能構(gòu)成完整運(yùn)算電路。這不僅可以節(jié)省電路板空間，還消除了RF匹配難題。如果要求系統(tǒng)感應(yīng)人員的位置，則需要使用兩個(gè)接收器。BGT24MTR12集成了兩個(gè)接收通道和一個(gè)發(fā)射器，最適合此用途。

專為低功耗工作而設(shè)計(jì)

BGT24MTR11的最大RF輸出功率為15dBm，可安全地用于ISM頻帶。在連續(xù)模式下且發(fā)射功率最高時(shí)，IC總功耗為528mW，也可通過(guò)應(yīng)用在兩次測(cè)量之間關(guān)閉芯片電源的工作循環(huán)方案來(lái)大幅降低。根據(jù)目標(biāo)慢速移動(dòng)時(shí)檢測(cè)多普勒頻移所需的測(cè)量時(shí)間，每0.5秒僅需啟動(dòng)IC10毫秒就能測(cè)得高達(dá)25km/h的目標(biāo)速度，分辨率約為±1km/h。這對(duì)典型室內(nèi)感應(yīng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了，并可將功耗降低至每個(gè)周期僅12mW。

圖2顯示了雷達(dá)IC如何與InfineonXMC4500微控制器結(jié)合使用，該微控制器可通過(guò)SPI端口對(duì)BGT24MTR11寄存器編程、通過(guò)其片載DAC監(jiān)控VCO頻率并控制VCO調(diào)諧電壓，以及控制在兩個(gè)測(cè)量周期之間負(fù)責(zé)關(guān)閉BGT24MTR11電源的負(fù)載開(kāi)關(guān)。如框圖所示，完成該設(shè)計(jì)只需要使用少量的關(guān)鍵元件。

結(jié)論

隨著智能建筑變革步伐的加快，新應(yīng)用和服務(wù)將需要更多描述居家和建筑內(nèi)所發(fā)生活動(dòng)的詳細(xì)信息。要在不損害隱私的情況下捕獲這些信息，就需要增強(qiáng)的人員感應(yīng)技術(shù)。24GHzISM頻帶的雷達(dá)感應(yīng)技術(shù)安全、獨(dú)立，現(xiàn)在通過(guò)利用能顯著簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最新單芯片收發(fā)器，可比以往更輕松地實(shí)現(xiàn)。事實(shí)證明，節(jié)能技術(shù)讓設(shè)計(jì)師能夠?yàn)槭覂?nèi)應(yīng)用打造平均功率僅10mW的低維護(hù)傳感器。