Questo White Paper esaminerà in primo luogo il ruolo sempre più importante del rilevamento di presenza. Prenderà poi in considerazione i sistemi presenti attualmente sul mercato e, nello specifico, i vantaggi offerti dai sensori a infrarossi di tipo attivo rispetto a quelli passivi. Infine, verrà presentata una nuova soluzione per il tracciamento attivo mediante infrarossi.
di Christoph Kämmerer, Emerging Business Manager, Analog Devices
Che cos’è il rilevamento di presenza?
Il rilevamento di presenza, che è anche indicato come rilevamento di presenza umana, è la capacità di identificare o localizzare l’esistenza di persone in una specifica area o spazio fisico.
Perché è importante?
Il rilevamento di presenza negli spazi interni sta diventando sempre più importante, ed è stato accelerato in modo particolare dai recenti sviluppi del COVID-19. Casi d’uso interessanti di rilevamento presenza si possono trovare ovunque, in tutti gli ambienti interni come uffici, ascensori, corridoi e spazi commerciali. Negli ascensori, ad esempio, il rilevamento può essere uno strumento utile e persino salvavita in caso di situazioni di emergenza. Nelle applicazioni commerciali, il rilevamento di presenza può essere utilizzato per monitorare i modelli comportamentali, ricavando informazioni che possono aiutare a ottimizzare il posizionamento dei prodotti e avvantaggiare, di conseguenza, sia i rivenditori sia i consumatori. Inoltre, il rilevamento di presenza può essere utilizzato per quantificare l’effettiva utilità di un ambiente lavorativo. Ad esempio, se gli uffici sono sottoutilizzati a causa di viaggi di lavoro o smart-working, un’azienda può utilizzare il rilevamento di presenza per valutarne la frequenza d’utilizzo e ridurre il numero di scrivanie, dove e quando necessario. Il rilevamento di presenza può essere utilizzato anche nel caso di uffici mobili, dove in alcune località un lavoratore da remoto potrebbe non avere una scrivania dedicata, ma trovare invece la disponibilità di uno spazio di lavoro attraverso un fornitore di locali a uso temporaneo. Queste applicazioni richiedono soluzioni intelligenti, economiche e facili da integrare nei progetti attuali.
Sistemi di rilevamento di presenza attualmente sul mercato
Sul mercato esistono diverse soluzioni per il rilevamento di presenza come, ad esempio, sensori a tempo di volo, radar, telecamere 2D e rilevatori di presenza a infrarossi, passivi o attivi. La gamma di prezzi ma anche la precisione di questi sensori possono differire in modo significativo. Un sensore a tempo di volo di alto livello, fornendo la massima precisione nel rilevamento della presenza, si colloca nella fascia più alta nella scala dei costi. Ecco perché viene utilizzato per applicazioni con potenziali criticità, come nelle interazioni uomo-robot. I rilevatori di presenza a infrarossi, d’altra parte, possono offrire un livello di precisione allettante per applicazioni meno critiche, a un costo decisamente inferiore.
Vantaggi dei sensori infrarossi attivi rispetto ai passivi
Anche se tanto i sensori attivi quanto i passivi possono fornire una soluzione conveniente, quelli attivi possono essere utilizzati in modalità di conteggio ad alta precisione. Inoltre, per un sensore di rilevamento di presenza è indispensabile riconoscere anche i più piccoli movimenti, in una varietà di scenari di illuminazione. Il sensore attivo a infrarossi risulta molto più efficace in quanto, al fine di rilevare le persone, emette luce infrarossa. Questo differisce dal rilevamento passivo, che si basa solo sulla componente infrarossa emessa dal corpo umano.
Una soluzione attiva a infrarossi può anche contenere un sensore a infrarossi attivo (IR) che può essere utilizzato non solo per rilevare persone in movimento, ma anche soggetti immobili, prevenendo così i falsi negativi. Grazie al suo principio ottico, il sensore può essere nascosto dietro plastica trattata o vetro, trasparenti agli IR, e quindi essere comodamente incorporato nella struttura del prodotto e nell’ambiente interno.
Soluzioni di Sensing attivo a infrarossi
La scheda di valutazione del dispositivo ADPD1080 di Analog Devices, illustrata in Figura 1, realizza active tracking mediante infrarossi.
La scheda di valutazione è composta da un circuito di gestione dell’alimentazione, un fotodiodo, sei LED e un front end fotometrico, l’ADPD1080. I LED infrarossi emettono luce, misurandone la riflessione, fino a una distanza di 5 m dal sensore. Il movimento può essere rilevato attraverso variazioni di intensità, che in assenza di spostamenti non avvengono. Il fotodiodo è situato al centro dei LED e può essere collocato dietro uno schermo in plastica scura, un’ulteriore peculiarità di progetto che consente al cliente di effettuare un’installazione discreta.
La scheda di valutazione può essere impostata in due modalità. La prima è per i rilevamenti da vicino, la seconda è più adatta alle lunghe distanze. Questo dipende dall’intensità del LED. L’ADPD1080 è un front end fotometrico completo, con fino a otto ingressi
collegabili a fotodiodi. Ha anche tre LED driver integrati e offre due time slot, che possono essere programmati in modo indipendente per leggere il fotodiodo e controllare i LED. Con questi slot è possibile abilitare due diverse modalità di funzionamento senza riprogrammare i registri per risparmiare energia (consumi ridotti circa del 20% rispetto alla versione precedente). Inoltre, è dotato di un sistema integrato per la reiezione della luce ambientale, per filtrare fonti luminose esterne come quella solare, di lampade o altra origine ambientale. Vengono filtrate in modo efficace anche le interferenze da lampade fluorescenti, nonostante il loro ampio spettro di emissione luminosa, e da sistemi d’illuminazione a LED, malgrado la loro frequenza di commutazione.
La Figura 2 mostra lo schema a blocchi dell’ADPD1080. La corrente del fotodiodo viene amplificata e convertita con un amplificatore a transimpedenza. Successivamente, per il filtraggio della luce ambiente vengono utilizzati il filtro passa-banda e l’integratore. Il filtro passa-banda blocca la componente DC della luce, mentre l’integratore ne elimina la componente AC, riducendola di 80 dB. Il principio di funzionamento del front-end analogico è mostrato in Figura 3.
La misurazione nella vita reale mostra subito i vantaggi
La scheda di valutazione è stata testata montandola sul soffitto di un ufficio, in svariati ambienti di prova. Per ogni sessione, mentre il segnale del sensore veniva registrato, una persona ha camminato in giro per l’ufficio a intervalli di tempo diversi. La Figura 4 in basso mostra i tracciati del sensore e una risposta molto netta al movimento, per la prova illustrata. Il tracciato del lato sinistro riporta il valore dell’intensità, mentre quello sul lato destro mostra la variazione d’intensità corrispondente al movimento, che in questo caso è molto significativa.
In una seconda prova, la scheda di valutazione è stata testata in circostanze più difficili. Il soggetto della prova era fermo, eseguendo soltanto spostamenti limitatissimi per verificare non solo la capacità di rilevare il movimento, ma anche la presenza delle persone. La Figura 5 in basso mostra il segnale e una chiara variazione d’intensità.
Conclusioni
In conclusione, l’impiego dell’ADPD1080 risulta facile e immediato, offrendo una soluzione attiva a infrarossi per il rilevamento di presenza che non solo è a basso costo e altamente accurata, ma è anche di piccole dimensioni. Funziona a una potenza significativamente inferiore rispetto alle soluzioni con sensori a tempo di volo o radar, e può misurare in un raggio fino a 5 m. Le sue caratteristiche robuste consentono una facile integrazione in prodotti esistenti e, oltre al rilevamento di presenza, può essere utilizzato per una varietà di casi, compreso il rilevamento dei gesti. Soprattutto, i vantaggi possono consentire ai clienti di migliorare l’efficienza e la sicurezza a costi ridotti, contribuendo così a modellare la gestione delle proprie strutture in futuro.
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