智能家居不可或缺的人体存在传感器

电子发烧友网报道（文/黄山明）随着智能家居技术的发展，人体存在传感器已经成为其中必不可少的组件，甚至可以认为是目前智能家居系统中最重要的传感器。相比门磁传感器而言，人体存在传感器让智能家居能够更主动地进行人机交互。
 
在智能家居体系中，人体存在传感器的主要作用是被当作感应开关来使用，通过检测人体来设定智能家居的开关。比如与灯光结合，可以实现人来灯开，人离关灯的效果。
 
当前大多数人体存在传感器使用的方案为红外热释电传感器，将空间切割成多个小区域，当人体等热能源经过这些区域后，便会反馈一个信号，进而控制智能设备的开关。
 
但这种红外人体传感器有着明显的缺点。由于红外传感的共性，主要依靠热成像来感知物体，分辨率也较低，一旦环境中红外线源过多，设备很容易出现误判。除了热源以外，包括光源、射频辐射、热气流等，都会对红外传感器带来干扰。
 
同时，人体的红外辐射很容易被遮挡，一旦在红外人体存在传感器附近有遮挡物，便会极大地影响其灵敏性。另外，如果当前环境温度与人体温度接近时，也会造成探测和灵敏度的下降。还有如人在范围内长时间静止不动时，也会因为红外辐射较少而失灵。
 
即便如此，市场中几乎有90%以上的方案仍然采用红外传感，最大的原因在于成本足够低廉，大多几十元就能买到，部署成本也不高，同时被动探测时，用电量极小，能够使用纽扣电池实现长时间供电。
 
如果想要实现主动地检测，则需要人体存在传感器使用到微波或者毫米波技术，可以对人体微小的动作进行检测。此前笔者曾拜访过一家专注于毫米波检测的企业，其产品用在睡眠检测，通过毫米波技术甚至能够检测到用户睡觉时身体轻微的起伏。
 
不过之前这种传感器成本较高，需要上千元，并且是主动检测，功耗相对较大，必须要常供电的方式。
 
从技术原理上来看，毫米波的人体存在传感器与人体红外传感器有一定区别，毫米波人在传感器是通过对外界一定时间持续侦测来判断人员是经过还是停留，如果同时进入和离开，甚至能够判断从左侧还是右侧方向。
 
排除价格以及功耗的问题外，毫米波人体存在传感器几乎可以实现当前对人体检测的所有功能，也能联动智能家居完成更多精细的操作。比如通过感知人体的呼吸强度后自动调整空调气温，或者更精确地进行智能灯光跟随等。
 
不过毫米波人体存在传感器除了必须接电使用外，在面对出风口、流水等造成的干扰依然无法识别，加上当前仍然较为高昂的价格，需要斟酌使用。
 
除了使用红外以及毫米波技术外，还有厂商使用UWB人体存在传感器，比如一家挪威的NOVELDA公司便专注于UWB技术。目前已经推出了一款UWB SoC，面积为12*12mm，可以通过探测人体静坐时微小、难以察觉的动作来感知人类的存在，比如呼吸，或者微小的移动。
 
相比毫米波而言，UWB具有高速的传输速率以及更好的穿透性，甚至可以穿透一些非金属障碍物。并且UWB技术是发射机发射持续时间极短的脉冲信号，而收发机的重频周期较长，因此单位时间内消耗的功耗极低。
 
据NOVELDA介绍，该公司的UWB传感器获得了2021年最佳传感器技术奖，是目前市面中顶级的脉冲雷达传感器，能够探测到10米以外人的呼吸，并且功耗低于2mW，同时还有高达180度视场（FOV）的精确探测区域。
 
虽然优点很多，但目前UWB人体传感器的开发难度并不小，例如针对复杂环境的干扰，强反射杂波干扰对雷达回波的信噪比影响也非常重要，普通信号处理方法很难将其去除，从而让UWB造成误判或者漏判。
 
从目前的市场发展来看，由于其低廉的价格，长时间下红外人在传感器可能仍然会是主流，但UWB与毫米波的发展不容小觑。随着人体存在传感器的普及率增加，不仅能够让家居更智能，同时也能更节能。