Durch die Kombination von Radar-Technologie und IoT-Sensoren wird das intelligente Haus nicht nur sicherer und komfortabler, sondern auch energieeffizienter.
Die Zahl der Smart Home-Anwendungen und der vernetzten Geräte wächst – kein Wunder, denn sie machen den Alltag bequemer. Statista schätzt, dass es heute weltweit rund 350 Millionen Smart Homes gibt – Tendenz steigend. Die Schattenseite ist ein hoher Energieverbrauch. Denn viele der Geräte sind permanent aktiv oder im Stand-by-Modus, um jederzeit einsatzbereit zu sein.
Tiefschlaf statt Stand-by-Modus
Oft ist es jedoch unnötig, dass sich ein Gerät im Stand-by-Modus befindet, beispielsweise, wenn die Bewohner und Bewohnerinnen nicht zu Hause sind. Dann könnten Thermostate, intelligente Lautsprecher und digitale Assistenten in einen „Tiefschlafmodus“ versetzt werden, um den Energieverbrauch zu senken. Das Einsparpotenzial reicht dabei von einigen wenigen Watt bis hin zu mehr als 100 Watt. Je nach Menge an Geräten und Zeiträumen, die für einen solchen Tiefschlaf in Frage kommen, summiert sich das jedoch. Eine Beispielrechnung zeigt: Bei fünf smarten Geräten pro Haushalt könnten dadurch pro Tag durchschnittlich 0,5 kWh eingespart werden. Für 300 Millionen Haushalte ergibt das eine Einsparung von 55 TWh pro Jahr.
Dennoch sind in vielen Geräten Stromsparfunktionen wie der Ruhezustand nicht implementiert oder werden von den Nutzerinnen und Nutzern deaktiviert, weil sich damit der Bedienkomfort verschlechtert. Denn der Tiefschlafmodus in Verbindung mit einer hohen Funktionalität der Anwendung führt oftmals zu langen Startzeiten und somit Wartezeiten für die Nutzerin oder den Nutzer.
Energieeffizient dank Radar-Technologie und IoT-Sensoren
Wie lässt sich also Bedienkomfort mit Intelligenz und Energieeffizienz vereinen? Neue Möglichkeiten bietet die Kombination der Radar-Technologie mit IoT-Sensoren. Ein Radarsensor, integriert in ein Smart Home-Gerät, lässt sich beispielsweise nutzen, um die Anwesenheit von Personen zu erkennen. Bleiben derartige Impulse aus, wechselt das intelligente Gerät automatisch in den Tiefschlafmodus. Je nach Sensor und Ausführung hat das Radarmodul selbst eine Leistungsaufnahme von nur wenigen Milliwatt und eine maximale Leistungsaufnahme von nur 0,1 W, was deutlich unter dem Energiebedarf des „On“- oder Standard-Stand-by-Modus vieler elektronischer Geräte liegt.
Welche Vorteile die Radar-Technologie gegenüber anderen Sensoren (z. B. Infrarot) bietet, zeigt sich am Beispiel einer Lüftung. Sie funktioniert am effizientesten, wenn sie mit Temperatur- und CO2-Sensoren kombiniert wird und das System nur dann aktiviert ist, wenn es gebraucht wird – also wenn jemand anwesend ist, der CO2-Gehalt zu hoch ist oder die Temperatur das voreingestellte Limit übersteigt. Im Gegensatz zu anderen Sensoren erkennt das Radar dabei nicht nur, ob überhaupt Personen anwesend sind, sondern auch, wie viele und wo (in welchem Abstand zum Sensor) sich diese befinden. So kann der Sensor den Luftstrom der Klimaanlage optimal darauf anpassen.
24- und 60-GHz-Radare ermöglichen vielfältige Applikationen
Ein vielfältiges Portfolio an Radarlösungen für zahlreiche Anwendungen bietet Infineon Technologies. Die Produkte ermöglichen beispielsweise eine präzise Bewegungs- und Anwesenheitserkennung für intelligente Beleuchtungssysteme, eine Gestenerkennung für intuitive Mensch-Maschine-Schnittstellen in Smart Home-Geräten sowie die berührungslose Erfassung von Vitaldaten in Systemen zur Überwachung von Gesundheit und Wohlbefinden, aber zum Beispiel auch die fortschrittliche Objektsegmentierung und -verfolgung für die Optimierung industrieller Abläufe.
Die 24-GHz-Radar-Familie besitzt eine hohe Flexibilität beim Systemdesign und deckt ein breites Spektrum an Anwendungsfällen ab: Mit ihr lassen sich Bewegung sowie Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit, Ankunftswinkel und Position von Einzel- sowie Mehrfachzielen bestimmen.
Für Anwendungen, die eine große Bandbreite und eine höhere Genauigkeit erfordern, hat Infineon kostengünstige und kompakte 60-GHz-Radare mit einem geringen Stromverbrauch im Portfolio (Bild 2). Neben Anwendungen wie der Nahbereichslokalisierung bei Überwachungs-, Beleuchtungs- und Smart Home-Geräten, werden die 60-GHz-Radarsensoren auch für die Vitaldatenerfassung in der Unterhaltungselektronik, im Gesundheitswesen, bei Fahrassistenzsystemen und in industriellen Anwendungen eingesetzt. Alle 60-GHz-IoT-Radarsensoren sind größenoptimiert und werden mit Antennen im Gehäuse geliefert. So verfügt das Modell BGT60TR13C über eine Sende- und drei Empfangsantennen. Dank der L-förmigen Antennenanordnung können horizontale und vertikale Winkelmessungen vorgenommen werden. Die extrem hohe Genauigkeit ermöglicht Bewegungserkennung im Submillimeterbereich. Anwendung findet der Radarsensor beispielsweise zur Vitaldatenerfassung in der Unterhaltungselektronik.
Der BGT60LTR11AIP ist ein 60-GHz-Doppler-Radarsensor mit einer integrierten Sende- und Empfangsantenne sowie integrierten Detektoren für die Bewegung und die Bewegungsrichtung. Er unterstützt mehrere Betriebsmodi, darunter einen völlig autonomen Modus, der keinerlei Software- oder Hardwaredesign erfordert. Im autonomen Modus kann das Radar einen Menschen in einer Entfernung von bis zu sieben Metern erkennen, wobei es weniger als 5 mW verbraucht. Damit eignet er sich ideal für die Bewegungserkennung z. B. für die intelligente Beleuchtungs- oder Klimatisierungssteuerung, die automatische Türöffnung oder berührungslose Schalter sowie intelligente Sicherheits- und Alarmsysteme einschließlich IP-Kameras. Das BGT60UTR11AIP ist das jüngste Mitglied der BGT60-Familie und mit nur 4,05 mm x 4,05 mm das kleinste und kompakteste Radar auf dem Markt. Es wurde für anspruchsvolle Anwendungsfälle entwickelt und zeichnet sich durch die Empfindlichkeit sowie Zuverlässigkeit der frequenzmodulierten Dauerstrich-Radartechnologie aus.
Mit Entwicklungskits für die Embedded- und PC-basierte Evaluierung inklusive umfangreicher Software Development Kits (SDKs) und Beispielen für die Algorithmenentwicklung, Prototyping und Embedded-Implementierung unterstützt Infineon die Entwicklung.
Vorteile von Radarsensoren:
- Sie sind kompakt und ermöglichen so die Entwicklung von IoT-Systemen mit relativ geringer Größe.
- Sie sind robust und funktionieren unter verschiedenen Umwelt- und Klimabedingungen. Ihr Betrieb wird selbst durch Temperaturschwankungen oder Lichtverhältnisse nicht wesentlich beeinträchtigt.
- Sie senden HF-Signale mit hohen Frequenzen (24 bzw. 60 GHz), die die meisten Materialien (z. B. Kunststoff, Glas und Holz) durchdringen. Dadurch liefern sie genaue Messwerte auch für Objekte hinter Wänden oder Hindernissen und lassen sich unter Produktabdeckungen bzw. Gehäusen verbergen.
- Sie haben eine hohe Messempfindlichkeit und können sehr kleine Bewegungen erkennen. Damit können sie zur Erfassung von Vitaldaten eingesetzt werden.
- Sie verbrauchen relativ wenig Strom, sodass sie energieeffiziente IoT-Anwendungen ermöglichen. Batteriebetriebene Geräte können sehr lange mit einer Batterie arbeiten.
Weitere Informationen und eine direkte Bestellmöglichkeit finden Sie auch auf unserer e-Commerce-Plattform www.rutronik24.com.
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