Ocean’s Eleven（《十一羅漢》）和 Mission Impossible（《碟中諜》）等好萊塢動作片中展示了許多巧妙方法，用于檢測不懷好意的入侵者。 身手不凡的黑衣襲擊者亮相大熒幕，通過智取戰勝了壓力墊、激光場、熱感攝像機以及其他棘手的設備。 現實生活中，在無數的家庭和辦公室，通常認為房間角落里“不斷眨眼”的無源紅外傳感器就足以阻止投機取巧的入室竊賊。

屋主和安防公司認為 PIR 是最適合家庭應用的入侵者檢測技術：經濟、可靠、可調節以去除假警報，PIR 是目前首選的人員檢測技術。

一直的最愛

PIR 制造商已改良其傳感器，克服了紅外傳感技術的已知弱點。 傳感器依賴目標與背景的溫差，并且還需要目標移動才能檢測到其存在。 為了將這些影響降到最低，Panasonic MP 系列中的傳感器（例如 AMN11112）集成了四個感受器來精確檢測幅度很小的運動。 這些感受器對小幅溫差也很敏感，即使在環境溫度接近人體體溫的炎熱氣候下也可確保準確檢測。

Panasonic 還對其感受器進行微型化處理，確保通過配有小透鏡的小型裝置來實現高靈敏度和準確度。 內置放大器、無源元件、光學濾波器及電磁屏蔽的高度集成（圖 1），可簡化設計并提升可靠性。 不斷的改良確保了 PIR 傳感器一直是安防系統設計師的最愛。

圖 1： 更高的集成度和靈敏度讓 PIR 傳感器一直成為設計師的首選。

智能建筑要求更多

雖然智能家居時代已經來臨，但人們更期望 PIR 這類傳感器不僅可支持入侵者檢測，還能通過監控房間使用情況來實現自動化照明、加熱和其他服務。 PIR 感應的部分已知特征在此背景下成為弱點。 由于傳感器依靠檢測所觀測的熱場景中的變化，目標必須移動才能被檢測到。 這在安防系統中是可以接受的，因為可以設想入侵者在進入房間后可能在其中四處移動。 另一方面，屋主及其客人可能在房間內長時間坐著不動，例如在交談或觀看電影。 系統不應錯誤地確定房間未被占用，并開始關閉照明或加熱等服務。

此外，未來的智能家居服務可能依賴收集有關占用者的更詳細信息，例如其在房間內的具體位置。 這讓系統可以自動優化局部區域（例如辦公桌或廚房工作臺面）的照明，同時調暗房間其余部分的照明，以達到最佳能效。

鑒于目前老齡化人群晚年試圖在自己家中安全獨立地生活，更智能的人員感應也有助于提供輔助生活服務。 年輕的親戚通常無法擔任全職看護者，而專業護理又過于昂貴。 自動監控可以檢測老年屋主是否需要協助，以便于快速提醒看護者或提供緊急服務。

目前的 PIR 傳感器雖經過了充分改良，但仍無法捕捉驅動這類服務所需的大量信息。 現在出現了大量替代感應技術。 例如，基于視頻的感應可用于讓看護者定期檢查老人在家是否安全，或確定房間內人員的具體位置。 出于隱私原因，室內視頻監控并非可取的解決方案。 或許可以考慮部分監控，或者在分析后丟棄視頻，但屋主通常仍會感覺不舒服。

單芯片雷達解決方案

近年來，基于雷達的感應技術已開始進入消費者相關市場。 其中一個示例是汽車駕駛員輔助系統，例如防撞。 在不要求許可的 24 GHz ISM 頻率范圍內工作的低功耗雷達發射器，目前在智能家居/智能建筑市場上能夠以可接受的價格購買到。 其檢測在場狀況的原理是監控反射的無線電波，并通過對傳輸回程計時來測量距離，這一概念大概最早在 ²⁰ 世紀初形成。

Infineon BGT24MTR11 等 24 GHz 雷達收發器 IC 可用于打造適合室內人員檢測的低功耗傳感器。 雷達技術可實現多種高級功能，例如檢測不移動的人員、確定人員的具體位置以及感應任何運動的方向。 作為在家庭環境中使用雷達技術的另一項優勢，不需要在發射器和傳感器與目標之間存在暢通無阻的視線，因此發射器和傳感器可放在不顯眼的位置。 這個位置可以是吊頂板材等輕質建筑材料后面，因此允許將傳感器置于視線范圍外。

BGT24MTR11 在一個器件中集成了檢測人員以及運動速度和方向所需的一個傳輸通道和一個接收通道，只需少數電容器就能構成完整運算電路。 這不僅可以節省電路板空間，還消除了 RF 匹配難題。 如果要求系統感應人員的位置，則需要使用兩個接收器。 BGT24MTR12 集成了兩個接收通道和一個發射器，最適合此用途。

專為低功耗工作而設計

BGT24MTR11 的最大 RF 輸出功率為 15 dBm，可安全地用于 ISM 頻帶。 在連續模式下且發射功率最高時，IC 總功耗為 528 mW，也可通過應用在兩次測量之間關閉芯片電源的工作循環方案來大幅降低。 根據目標慢速移動時檢測多普勒頻移所需的測量時間，每 0.5 秒僅需啟動 IC 10 毫秒就能測得高達 25 km/h 的目標速度，分辨率約為 ±1 km/h。 這對典型室內感應應用來說已經足夠了，并可將功耗降低至每個周期僅 12 mW。

圖 2 顯示了雷達 IC 如何與 Infineon XMC4500 微控制器結合使用，該微控制器可通過 SPI 端口對 BGT24MTR11 寄存器編程、通過其片載 DAC 監控 VCO 頻率并控制 VCO 調諧電壓，以及控制在兩個測量周期之間負責關閉 BGT24MTR11 電源的負載開關。 如框圖所示，完成該設計只需要使用少量的關鍵元件。

圖 2： 用于室內人員監控應用的脈沖式多普勒雷達。

結論

隨著智能建筑變革步伐的加快，新應用和服務將需要更多描述居家和建筑內所發生活動的詳細信息。 要在不損害隱私的情況下捕獲這些信息，就需要增強的人員感應技術。 24 GHz ISM 頻帶的雷達感應技術安全、獨立，現在通過利用能顯著簡化系統設計的最新單芯片收發器，可比以往更輕松地實現。 事實證明，節能技術讓設計師能夠為室內應用打造平均功率僅 10 mW 的低維護傳感器。