利用 MAXREFDES131 達到新一代的紅外線感測

所有事物正朝著自動化的方向發展，包括汽車、工業操作，甚至是居家環境。為了支援自動化作業，需用到多種感測器。本文將著重於居家與辦公室應用，此類應用能偵測人員何時進入與離開，或偵測人員是否在房間或某一區域內。

居家或辦公室環境的在場感測功能可以帶來諸多便利，舉凡人員進出某區域時燈光開關、依人員所在位置控制 HVAC 系統，以及房屋保全系統（偵測不應出現的活動）等。

許多支援此類應用的系統皆採用被動式紅外線 (PIR) 感測器。PIR 感測器常用於大樓自動化與保全系統，以偵測人員或物件是否在場。甚至可用來感測物件或人員的動作，且效果很好。然而，礙於 PIR 感測器自身的限制，因此無法滿足更高階的偵測應用需求。

新一代的在場偵測需求

PIR 感測器無法偵測靜止不動的物件，無法準確偵測移動方向，也無法建立熱影像。若要開發新一代智慧自動化與保全系統，這些作業都非常重要。感測靜止不動的人員是達到在場偵測的必要能力。當人員進入房間內，智慧家庭或辦公室系統會感測人員，並自動調整其所在區域的照明與 HVAC，提供人員舒適感受。若人員待在同一位置，不論時間長短或是否移動，系統皆須感測人員是否依然在場。

若能感測移動方向，智慧系統就能在人員要進入房間或某區域前，將室內燈光打開並調整 HVAC 參數。

建立熱影像的能力，將有助於系統根據預先決定的模式，判定偵測到的物件是人、動物或其他物體。如此一來，智慧系統就能在決定是否調整環境參數時，忽略寵物或其他動物，或是否應在保全應用中忽略偵測到的物體。

Panasonic 的解決方案

簡單的 PIR 感測器無法實現所有這些功能，但是 Panasonic 的 Grid-EYE 做得到（圖 1）。大部分 PIR 感測器僅使用一個熱感測元件，但是 Grid-EYE 使用 8 x 8 陣列共 64 個熱電堆，因此能在 60° 的觀測範圍內，測量實際溫度與溫度梯度。Grid-EYE 具有一個 ASIC，能將全部 64 個熱電堆的訊號轉換成數位格式，並且與內部熱敏電阻提供的環境溫度進行對照，然後再傳送到微處理器。微處理器接收到這些訊號後，即可進行計算，將溫度資料對應到熱影像。

圖 1：Panasonic 的 Grid-EYE 紅外線陣列感測器

另外，Grid-EYE 還可偵測人員或物體的上、下、左、右及對角線方向移動（圖 2）。甚至能偵測朝不同方向移動的多個物件。此裝置也能偵測相當靠近的手部動作，因此可達到簡易的手勢控制。

圖 2：使用 Panasonic Grid-EYE 的熱影像系統就可判定移動方向。

Maxim 的公版設計

對於一般的住家／辦公室自動化與保全應用來說，必須使用多個感測器，才可涵蓋多個房間和／或入口。要有效率的將這些感測器全部介接到單一主要處理位置，牽扯到後勤作業。幸好 Maxim 已經運用 MAXREFDES131# 公版設計板（圖 3）開發出一套解決方案。

圖 3：Maxim 的 MAXREFDES131# 單線式 Grid-EYE 公版設計板。

此板件在單一公版設計中整合了 Panasonic 的 AMG8833 Grid-EYE 與 Maxim 的 DS28E17 單線對 I²C 橋接器。透過 DS28E17 I²C 橋接器，MAXREFDES131# 能透過單一電線與最遠 100 公尺外的主處理器進行通訊，而一般 I²C 匯流排僅支援數公尺的通訊。Maxim 網站提供了一個示範 GUI，允許進行「最多 10 個菊鏈式 MAXREFDES131# 單線 Grid-EYE 感測器的視覺回饋」。然而無論將多少個板件接在一起，仍受到最遠 100 公尺的最長距離限制。憑藉此特性，這些裝置可以放置在遠端位置，且仍可透過單一電線，向單一主機處理器傳送相關資訊，而無需個別的主機處理器（每個處理器涵蓋一組至若干個感測器，且遍布在不同位置並彼此介接，以便涵蓋家中或辦公室內的目標區域）。

如果在應用中使用超過一個 MAXREFDES131#，處理器必須能個別辨識各個板件，以便瞭解各個板件所監測的實體位置。為此，我們提供 DS2413 單線雙通道可定址開關，讓板上所包含的各個單元都能個別列舉出來（圖 4）。

圖 4：MAXREFDES131# 公版設計方塊圖。（圖片來源：Maxim Integrated）

當 DS2413 接收到自己的列舉代碼，就會將 MAX4717 雙通道 SPDT 開關接至 COM2，與 DS28E17 進行通訊。板件尚未定址前，MAX4717 接到 COM1，以便主機處理器與可能在下流連接的其他 MAXREFDES131# 板進行通訊。若將 DS28E17 從 COM2 斷開，會導致進入睡眠模式，中斷來自 AMG8833 的電源。MAXREFDES131# 在睡眠模式中僅耗用大約 0.5 mA，而非睡眠模式時約消耗 8 mA。

Maxim 為 mbed 與 Arduino 兩個平台提供範例程式碼，並在網站上提供上述的示範 GUI。透過此程式碼與 GUI，開發人員就可迅速架設 MAXREFDES131# 板件本身的網路，以便進行評估並進行細部調整，以配合應用。

結論

設計人員將能運用 MAXREFDES131# 針對智慧家庭或辦公室以及保全系統開發新一代的人員在場與動作感測應用。此公版設計能滿足進階需求，進而偵測靜止的物件或人員、判定移動方向，並且產生熱影像，更提供簡單靈活的方法，與主機處理器進行通訊，這只需單一裝置即可達成。