MAXREFDES131을 사용한 차세대 적외선 감지

자동차, 산업 및 가정에 이르기까지 모든 것이 자동화되어 가고 있습니다. 이러한 자동화를 지원하려면 다양한 센서가 필요합니다. 이 문서에서는 사람이 들어오거나 나갈 때를 감지하거나 방이나 특정 구역에 사람이 있는지를 감지하는 데 필요한 가정 및 사무실 응용 분야를 집중적으로 다룹니다.

집이나 사무실의 존재 여부 감지는 사람이 특정 구역에 들어오거나 나갈 때 전등을 켜거나 끄고, 사람의 위치에 따라 HVAC 시스템을 제어하는 등의 편리성을 제공하거나 움직임을 감지할 수 있는 자산 보호 시스템의 구현에 널리 사용됩니다.

이러한 종류의 응용 분야를 지원하는 많은 시스템은 수동 적외선(PIR) 센서를 사용합니다. PIR 센서는 건물 자동화 및 보안 시스템에서 존재 여부 및 물체 감지에 주로 사용됐습니다. 또한, 물체나 사람의 동작을 감지하는 용도로도 사용됩니다. 하지만 더 발전된 감지 응용 제품의 경우에는 PIR 센서의 제한 때문에 충족시킬 수 없는 요구 사항이 있습니다.

차세대 존재 여부 감지 요구 사항

PIR 센서는 움직이지 않는 물체나 움직임의 방향은 감지할 수 없고 열 이미지도 만들 수 없습니다. 이러한 모든 기능은 차세대 스마트 자동화 및 보안 시스템의 개발에 필수 사항입니다. 존재 여부 감지를 위해서는 움직이지 않는 사람도 감지할 수 있는 기능이 필수적입니다. 사람이 방에 들어가면 스마트 홈 또는 사무실 시스템이 이를 감지하여 해당 영역의 조명 및 HVAC를 적절하게 자동 조정합니다. 이 사람이 장시간 한곳에 머물러 있는 경우 시스템은 사람의 움직임에 상관없이 아직 해당 영역에 있다는 것을 감지할 수 있어야 합니다.

움직임의 방향을 감지할 수 있으면 지능형 시스템은 사람이 움직일 때 그 방향을 감지하여 방이나 영역에 실제로 들어가기 전에 미리 조명을 켜고 HVAC 파라미터를 조정할 수 있습니다.

열 이미지를 만드는 기능은 시스템이 사전 결정된 패턴에 기반을 두어 감지된 대상이 사람인지, 동물인지 또는 다른 것인지를 결정하는 데 도움을 줍니다. 스마트 시스템은 이를 통해 환경 파라미터의 조정 여부를 결정할 때 애완동물이나 기타 동물을 무시하거나, 보안 응용 제품에서 감지된 사물을 무시해야 할지를 결정할 수 있습니다.

Panasonic의 솔루션

일반 PIR 센서는 이러한 기능 모두를 수행하지는 못하지만 Panasonic의 Grid-EYE는 수행할 수 있습니다(그림 1). 대부분의 PIR 센서는 하나의 열 감지 요소만 사용하지만, Grid-EYE는 8 x 8 배열의 열전 64개를 사용하여 60°의 시야 범위 내에서 실제 온도 및 온도 변화를 측정할 수 있습니다. Grid-EYE에는 64개 열전퇴 신호 모두를 디지털 형식으로 변환하고 내부 서미스터가 제공하는 주위 온도에 참조하여 마이크로 프로세서로 보내는 ASIC를 갖추고 있습니다. 이러한 신호를 받은 마이크로 프로세서는 온도 데이터를 열 이미지로 매핑하는 계산을 수행할 수 있습니다.

그림 1: Panasonic Grid-EYE 적외선 어레이 센서

또한, Grid-EYE는 사람 또는 물체의 상, 하, 좌, 우 및 대각선 이동을 감지할 수 있습니다(그림 2). 여러 물체가 서로 다른 방향으로 움직이더라도 감지할 수 있습니다. 또한, 이 장치는 근접한 손의 움직임도 감지할 수 있어서 간단한 동작 제어도 가능합니다.

그림 2: Panasonic Grid-EYE의 열 이미지를 사용하여 동작의 방향을 시스템이 인식 가능

Maxim의 참조 설계

일반적인 가정/사무실 자동화 및 보안 응용 분야의 경우 여러 개의 방 및/또는 출입구를 감지하려면 이러한 센서가 여러 개 필요합니다. 이러한 모든 센서를 하나의 메인 처리 위치로 효율적으로 인터페이스하는 작업이 까다로운 문제가 될 수 있습니다. 다행히 Maxim에서는 MAXREFDES131# 참조 설계 기판을 사용한 솔루션을 개발했습니다(그림 3).

그림 3: Maxim의 MAXREFDES131# 1선 Grid-EYE 참조 설계 기판

이 기판은 Panasonic의 AMG8833 Grid-EYE 및 Maxim의 DS28E17 1선 대 I²C 브리지를 하나의 참조 설계로 통합합니다. 일반적인 I²C 버스의 경우 몇 미터만 가능하지만 MAXREFDES131#의 경우는 DS28E17 I²C 브리지를 통해 단일 선을 통해 최대 100미터 거리까지 메인 프로세서와 통신할 수 있습니다. Maxim의 웹 사이트에 따르면 최대 10개의 데이지 체인 MAXREFDES131# 1선 Grid-EYE 센서의 시각적 피드백”이 가능한 데모 GUI를 사용할 수 있습니다. 하지만 최대 통신 범위 100미터는 함께 연결된 기판의 개수에 상관없이 적용됩니다. 따라서 집이나 회사 근처의 원하는 구역을 포괄하려고 할 때 서로 인터페이스하기 위한 몇 개의 위치에 몇 개의 센서 세트가 있는 별도의 호스트 프로세서를 적용할 필요 없이, 이러한 장치들을 원격지에 설치하고 하나의 선만으로 단일 호스트 프로세서에 적절한 정보를 제공할 수 있습니다.

응용 제품에 둘 이상의 MAXREFDES131#가 사용되는 경우 프로세서가 기판을 개별적으로 식별하여 각각이 모니터링되는 물리적 위치를 파악해야 합니다. 이를 위해, 각 장치를 개별적으로 열거할 수 있도록 해주는 1선 이중 채널 주소 지정 가능 스위치인 DS2413이 기판에 포함됩니다(그림 4).

그림 4: MAXREFDES131# 참조 설계의 제품 구성도 (이미지 츨처: Maxim Integrated)

DS2413이 열거 코드를 수신하면 MAX4717 이중-SPDT 스위치가 DS28E17과의 커뮤니케이션을 위해 COM2에 연결합니다. 기판이 주소 지정되지 않으면 MAX4717이 COM1에 연결되므로 호스트 프로세서가 다운스트림에 연결되었을 수 있는 다른 MAXREFDES131# 기판과 통신할 수 있습니다. DS28E17에서 COM2를 분리해도 절전 모드로 전환되어 AMG8833에서 전원이 차단됩니다. MAXREFDES131#은 절전 모드가 아닐 때는 약 8mA를 소비하지만 절전 모드에서는 약 0.5mA를 소비합니다.

Maxim은 mbed 및 Arduino 플랫폼용 코드 예제와 앞서 언급한 데모 GUI를 웹 사이트에서 함께 제공합니다. 개발자는 이 코드와 GUI를 사용하여 MAXREFDES131# 기판의 자체 네트워크를 빠르게 설정하여 평가하고 응용 제품에 맞게 수정할 수 있습니다.

결론

MAXREFDES131#을 사용하면 설계자는 스마트 홈/오피스 및 보안 시스템을 위한 차세대 존재 여부 및 동작 감지 응용 제품의 토대를 개발할 수 있습니다. 이 참조 설계는 움직이지 않는 물체나 사람의 감지, 움직임의 방향 감지, 열 이미지 생성 등의 고급 기능 및 호스트 프로세서와 통신할 간단하고 유연한 방법을 일체형 장치에서 충족해 줍니다.