Aplicaciones IoT Eficientes con Sensores de Radar

Autores: Vidya Sriram, Corporate Product Manager Analog & Sensor en Rutronik, y Okan Kamil Sen, Sensor Systems & IoT FAE en Infineon Technologies

Casas inteligentes

Al combinar tecnología de radar y sensores IoT, las casas inteligentes no sólo se convierten en lugares más seguros y confortables, sino también en espacios más eficientes energéticamente.

El número de aplicaciones en hogares inteligentes y dispositivos conectados está aumentando rápidamente, algo que no es de extrañar, ya que hacen que la vida cotidiana sea más cómoda. Statista calcula que ya hay alrededor de 350 millones de casas inteligentes en todo el mundo y esta cifra sigue creciendo. El mayor inconveniente es el elevado consumo de energía, consecuencia de que muchos de los dispositivos se encuentran permanentemente activos o en modo en espera (standby) con la intención de estar listos para su uso en todo momento.

Figura 1: El creciente número de sensores en los hogares inteligentes también aumenta el consumo de energía.

Sueño profundo (deep sleep) en lugar del modo en espera (standby)

No obstante, suele ser innecesario que un dispositivo esté en modo en espera. Por ejemplo, cuando los habitantes no se encuentran en el hogar, los termostatos, los altavoces inteligentes y los asistentes digitales podrían ponerse en modo de sueño profundo (deep sleep) para reducir el consumo de energía. El ahorro potencial puede oscilar entre unos pocos y más de 100 W. Y, dependiendo del número de dispositivos y el tiempo que pasan en sueño profundo, los ahorros pueden acumularse rápidamente. Así pues, con cinco dispositivos inteligentes por casa, se podría ahorrar una media de 0,5 kWh al día: para 300 millones de hogares, esto equivale a 55 TWh al año.

Sin embargo, muchos dispositivos no cuentan con funciones de ahorro de energía como el modo de reposo-suspensión (sleep) o los usuarios las desactivan porque son incómodas de utilizar. Esto se debe a que el modo de sueño profundo, combinado con la alta funcionalidad de aplicación, a menudo provoca una puesta en marcha larga y tiempos de espera para el usuario.

Eficiencia energética gracias a la tecnología de radar y los sensores IoT

Entonces, ¿cómo se puede combinar la facilidad de uso con la inteligencia y la eficiencia energética? La unión de tecnología de radar con sensores IoT abre nuevas posibilidades. Por ejemplo, se puede emplear un sensor de radar integrado en un dispositivo del hogar inteligente para detectar la presencia de personas. Si no hay tales impulsos, el dispositivo inteligente cambiará automáticamente al modo de sueño profundo. En función del sensor y el diseño, el módulo de radar actual sólo consume unos pocos milivatios (mW) y tiene un nivel máximo de consumo de energía de 0,1 W, que se encuentra muy por debajo de los requisitos energéticos del modo ON (encendido) o de espera estándar de muchos dispositivos electrónicos.

Las ventajas de la tecnología de radar sobre otros sensores (como los infrarrojos) se pueden observar en el ejemplo de un sistema de ventilación. Funciona de manera más eficiente cuando se combina con sensores de temperatura y CO₂ y el sistema sólo se activa cuando resulta necesario – esto es, si alguien llega, el nivel de CO₂ es demasiado alto o la temperatura supera el límite preestablecido. A diferencia de otros sensores, el radar no sólo detecta la presencia de personas, sino que también determina cuántas hay y dónde se encuentran (a qué distancia del sensor). Esto permite al sensor ajustar de manera óptima el flujo del sistema de aire acondicionado.

Figura 2: Resumen del catálogo de radar de 60 GHz.

Los radares de 24 y 60 GHz respaldan una amplia variedad de aplicaciones

Infineon Technologies posee un amplio catálogo de componentes de radar para numerosas aplicaciones. Entre otras cosas, estos productos posibilitan la detección precisa de movimiento y presencia en sistemas de iluminación inteligentes, el reconocimiento de gestos para interfaces hombre-máquina (HMI) intuitivas en dispositivos de hogares inteligentes, la adquisición de signos vitales sin contacto en sistemas de monitorización de la salud y el bienestar, y la segmentación y el rastreo de objetos para optimizar procesos industriales.

La familia de radares de 24 GHz proporciona alta flexibilidad en el diseño de sistema y cubre múltiples casos de uso. Se puede emplear para determinar el movimiento y la dirección, así como la velocidad el ángulo de llegada y la posición de uno o varios objetivos.

Para aquellas aplicaciones que requieren un amplio ancho de banda y mayor precisión, la oferta de Infineon incluye radares de 60 GHz compactos y de bajo coste con mínimo consumo de energía (Fig. 2).

Además de aplicaciones como localización de corto alcance en sistemas de vigilancia, iluminación y dispositivos en casas inteligentes, los sensores de radar de 60 GHz también se pueden utilizar en soluciones de adquisición de signos vitales en electrónica de consumo, escenarios de atención sanitaria, sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) y entornos industriales. Todos los sensores de radar IoT de 60 GHz están optimizados en tamaño y se presentan con antenas en el encapsulado.

Por ejemplo, el modelo BGT60TR13C tiene una antena de transmisión y tres antenas de recepción. La disposición de antena en forma de “L” permite medidas de ángulo horizontal y vertical. Su precisión extremadamente alta ayuda a detectar movimiento en el rango de los submilímetros. Así pues, este sensor de radar se puede utilizar en tares de adquisición de signos vitales en electrónica de consumo.

El BGT60LTR11AIP es un sensor de radar Doppler de 60 GHz que integra una antena de transmisión y recepción y detectores de movimiento y dirección. Soporta múltiples modos de operación, como un modo completamente autónomo que no requiere diseño de software ni de hardware. En el modo autónomo, el radar puede “percibir” a una persona a una distancia de hasta 7 metros, consumiendo menos de 5 mW. Esto hace que sea el sensor de radar ideal en tareas de detección de movimiento, como sucede en iluminación inteligente o control de climatización, apertura de puertas automática o interruptores sin contacto y sistemas de alarma y seguridad inteligentes, incluyendo cámaras IP.

El BGT60UTR11AIP es el último miembro de la familia BGT60 y, con unas dimensiones de 4,05 × 4,05 mm, se convierte en el radar con el formato más pequeño y compacto del mercado. Diseñado para aplicaciones exigentes, aporta mejoras en sensibilidad y fiabilidad de tecnología de radar de onda continua de frecuencia modulada.

Infineon respalda el proceso de desarrollo a través de kits para evaluación integrada y basada en PC, incluyendo kits de desarrollo de software (SDK) completos y ejemplos para desarrollo de algoritmos, prototipado e implementación embebida.

Figura 3: Los kits de desarrollo complementan a los radares: Distance2goL demo de 24 GHz (a la izquierda), MMIC BGT60TR13C demo (en el centro) y kit de sensor conectado de 60 GHz (a la derecha).