Wie wählen Sie einen Bewegungssensor: PIR, Radar oder ToF?

Was erkennt ein PIR-Sensor?

PIR nutzt passive Infraroterfassung und sendet kein Licht zum Zielobjekt. Panasonic erläutert, dass die Erkennung auf Änderungen der Infrarotenergie im Sichtfeld beruht. Die Zonenanordnung der Linse, die Bewegung des Zielobjekts und der Temperaturunterschied zur Umgebung beeinflussen das Ergebnis. Deshalb betrachten wir einen PIR-Ausgang nicht als eindeutige Information über die dauerhafte Anwesenheit oder Position einer bestimmten Person.

Wird für Durchgangserkennung oder bewegungsgesteuertes Aufwecken eine wenig komplexe Lösung gesucht, kann PIR infrage kommen. Bei der Auswahl werden Einbauhöhe, Annäherungsrichtung und erwartete kleine Bewegungen bewertet. Ein Softwaretimer, der den Sensorausgang länger aktiv hält, verändert nicht die physikalische Erfassung, sondern lediglich die Reaktion des Systems darauf.

Was bietet Radar bei der Anwesenheitserkennung?

Radar verarbeitet die vom Zielobjekt zurückkehrenden ausgesendeten Funkwellen und erzeugt daraus anwendungsgerechte Informationen. Die Anwesenheitserkennungsbibliothek von Infineon ist ein Beispiel, das die getrennte oder gemeinsame Bewertung von Makro- und Mikrobewegungen sowie die Einstellung von Erfassungsabstand und Schwellen erlaubt. Das Ergebnis hängt nicht nur vom Radarchip ab, sondern auch von Betriebsart und Algorithmus.

Sind kleine Bewegungen relevant, wird die infrage kommende Radarlösung mit tatsächlichen Zielobjekten erprobt. Aufzeichnungen im leeren Raum, vorbeigehende Personen außerhalb des Bereichs und bewegte Gegenstände in der Umgebung werden geprüft. Eine höhere Empfindlichkeit ist nicht automatisch eine bessere Einstellung; übersehene Zielobjekte und unnötige Auslösungen werden gemeinsam bewertet. Einstellungen und Softwareversion werden in den Pilotbericht aufgenommen.

Wann wird ToF als Bewegungssensor eingesetzt?

Optisches ToF leitet aus dem Hin- und Rückweg des Lichts zum Zielobjekt eine Abstandsinformation ab. Zeitliche Änderungen des Abstands oder eines Zielobjekts in einem bestimmten Bereich können in Annäherungs- und Bewegungsentscheidungen umgesetzt werden. Diese Daten unterscheiden sich vom Änderungssignal eines PIR-Sensors. Erfassungsziel und Geometrie des optischen Sichtfelds müssen gemeinsam festgelegt werden.

Der ST-Treiberleitfaden erläutert, dass neben dem Abstand auch der Messstatus geprüft und bei Bedarf der Sichtbereich eingestellt werden soll. Im Entwurf wird daher nicht nur das Millimeterfeld gelesen, sondern auch überwacht, ob eine gültige Messung vorliegt. Versuche erfolgen mit erwarteter Objektgröße, Oberfläche, Entfernung und Umgebungsbedingungen; die Reichweite aus dem Datenblatt wird nicht ohne Prüfung auf die Anwendung übertragen.

Warum sind Abdeckung, Linse und Montage technologiespezifisch?

Eine für das Auge transparente Abdeckung ist nicht für jeden Sensor geeignet. Der PIR-Leitfaden von Panasonic weist darauf hin, dass gewöhnliches Glas oder Acryl die betreffende Infraroterfassung blockieren können. Bei ToF behandelt ST das Übersprechen durch im Deckglas reflektiertes Licht als eigenes Thema der optischen Gestaltung. Eine Fensterlösung wird nicht pauschal auf alle Technologien übertragen.

Im Prototyp werden Einbauwinkel des Sensors, Abstand zur Abdeckung und Erfassungsöffnung eingezeichnet. Auch Radarkandidaten werden mit dem tatsächlichen Gehäusematerial und benachbarten mechanischen Teilen geprüft. Die Anordnung soll nach Öffnen und Schließen der Wartungsabdeckung reproduzierbar sein. Ob äußerlich gleich erscheinende mechanische Revisionen erneut geprüft werden müssen, wird anhand der Testaufzeichnungen bewertet.

Wie wird das Erfassungsergebnis in Geräteverhalten umgesetzt?

Bei der Steuerung von Beleuchtung, Display oder anderen Ausgängen anhand von Sensordaten ist ein Zustandsautomat hilfreich. Ersterkennung, Bestätigung, Fortbestehen der Anwesenheit und Freigabe des Bereichs werden getrennt beschrieben. Der Ausfall eines Sensorwerts wird nicht mit dem Verlassen des Bereichs durch eine Person gleichgesetzt. Die Systemreaktion wird entsprechend der Nutzungserwartung definiert und aufzeichenbar gemacht.

Zum Elektronikumfang gehören Stromversorgung, Kommunikation, Interruptleitung und Anbindung an die Hauptsteuerung. In der Software können Rohsignal oder zugänglicher Messwert, Entscheidungsausgang und Zeitinformation getrennt aufgezeichnet werden. Werden mehrere Sensoren kombiniert, wird die Entscheidungsregel erläutert. Vor Ergänzung eines komplexen Fusionsalgorithmus wird geprüft, ob ein einzelner Sensor für die Zielanwendung ausreicht.

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Sind Kalibrierung und Abnahme der Erkennung dasselbe?

Die Verfahren unterscheiden sich je nach Technologie. Der Treiberleitfaden des ST VL53L1X beschreibt Offsetkalibrierung und Kalibrierung des durch die Abdeckung verursachten Übersprechens sowie Speicherung der Daten im Hostsystem und Laden beim Start. Die Empfindlichkeitseinstellung eines Radars gehört dagegen zur Bewertung des Algorithmus in der Zielanwendung. Diese Vorgänge lassen sich nicht angemessen unter einem einzigen Kalibrierknopf zusammenfassen.

Im Abnahmetest werden Ein- und Austrittsrichtungen, langsame und schnelle Bewegungen, kurze Stopps und längeres Verweilen beschrieben. Während der Beobachtung des leeren Bereichs werden auch unnötige Auslösungen gezählt. Für die Rate übersehener Zielobjekte, Entscheidungsverzögerung und Bereichsgrenze werden Projektkriterien festgelegt. Der abschließende Versuch erfolgt in der tatsächlichen Montage mit der vorgesehenen Softwareversion.

Welche Fehler sollten vermieden werden und was wird für das Projekt benötigt?

Häufige Fehler sind die Gleichsetzung von PIR mit der Erkennung bewegungsloser Anwesenheit, die Annahme identischer Algorithmen in allen Radarmodulen und die Nutzung eines ToF-Abstands ohne Statusinformation. Für Beleuchtung, Kioske, automatische Abdeckungen und das Aufwecken von Geräten wird das gewünschte Verhalten jeweils beschrieben. Eine in einem Szenario erfolgreiche Einstellung bildet möglicherweise nicht alle Benutzer ab.

Teilen Sie VOMRO zur Prüfung Zielobjekt, Bereichsabmessungen, Einbauhöhe, Abdeckungsmaterial und gewünschte Reaktion mit. Angaben zu Versorgung, Kommunikation, Zielstückzahl und Fotos der Umgebung erleichtern die Kandidatenauswahl. Der Umfang von Sensorbewertung, kundenspezifischer Platine, Embedded-Software und Pilotaufzeichnung kann festgelegt werden; die am Projektende zu liefernden Quelldateien und Prüfunterlagen werden im Angebot aufgeführt.

• Definieren Sie Durchgang, Anwesenheit und Abstand getrennt als Ziele.
• Prüfen Sie auch Situationen, die nicht erkannt werden sollen.
• Validieren Sie Abdeckung und Softwareeinstellungen gemeinsam.