由於智慧家庭应用和连线装置的数量不断增加，而智慧装置通常持续作用或处於待机模式，以便随时使用，本文叙述如何应用雷达感测器的功能，将其变得更加节能、智慧和永续。

智慧家庭应用和连线装置的数量不断增加，让使用者的日常生活变得更加便利。然而，这也会提高耗电量，因为这些装置通常持续作用或处於待机模式，以便随时使用即使无人在场。智慧装置配备英飞凌 XENSIV 雷达感测器，将变得更加节能、更加智慧、更加永续。

智慧建筑和智慧家庭日渐普及，预计将在未来几年大幅增加。目前全球智慧家庭数量估计已超过 2 亿户，有预测指出此数字将超过 5 亿户（图一）。

图一 : 未来数年全球智慧家庭数量预计超过 5 亿。

唯有配备日益数位化、功能愈来愈精巧的装置，住宅才能变得智慧。然而，这需要付出高昂的代价：虽然先前的趋势显示待机功耗稳定降低，但对於能源的需求仍在增加。智慧装置即使在「关闭」状态下也需要电力，因为它们唯有保持待机模式，才能对使用者输入（例如语音控制）做出即时反应，或提供来自智慧家庭或网路的最新资讯。此外，在很多情况下（主要是没人在家时），装置完全没有必要以待机模式运作，而平白耗费电力。

为解决此问题并满足数位化和能源效率需求，英飞凌利用了旗下的半导体解决方案。其中之一是 XENSIV雷达感测器，可以应用於几??所有智慧家庭装置。雷达感测器非常灵敏，可以侦测是否有人在场，以及装置是否需要随时待命类似於萤幕保护程式，会在滑鼠或键盘未输入一段时间後停用电脑显示器，若侦测到新的输入，则立即重新启用。凭藉这种可靠的在场侦测功能，英飞凌的60 GHz雷达感测器可为智慧、节能装置的设计提供强大支援。

使用者在场状态触发启用 vs. 持续启用或待机

根据 Statista 2021 年在德国进行的一项调查，3000名年龄在18岁至64岁之间的受访者中，近 3/4 的人至少拥有一台智慧家庭装置。在美国也有相似数据（图二），而在中国，智慧家庭装置的使用者比例则高达 90%。这些装置与其应用一样广泛多元：包括照明、安全装置、电视、笔电和条形音箱等消费性电子产品、厨房电器和空调。但这些装置都会提高能源需求，进而造成负面影响，特别是在能源成本持续上涨，而客户更偏好节能、永续和环保装置的时代。此外，电网基础设施面临日渐庞大的压力。

图二 : 根据 Statista 统计，美国家庭中智慧装置的数量正在快速增加。

减少能耗的方法之一，是让恒温器、智慧扬声器及数位助理等装置在无人时进入「深度休眠模式」，而非一般待机模式。对於特定装置，此功能仅能节省数瓦，甚至不到一瓦电量。但在电视萤幕、笔电、音响系统和空调等使用案例中，让装置在无人时（亦即不需使用时）进入深度休眠模式或暂时关闭，则可节省超过 100 瓦电量。

这类装置使用雷达感测器，将可感知人员的在场或移动；如果这类脉冲仍未出现，采用雷达的智慧装置就可以自动切换到休眠模式，并且节省能源。视感测器和实作方式而定，雷达模组本身功耗仅在数毫瓦至 0.1 瓦之间，明显低於许多电子装置开启或一般待机模式的电量需求 （图三）。

图三 : 配备雷达感测器的智慧家庭节能潜力

如何使用雷达感测器提高能源效率

为了节省能源，必须重新设计让装置保持随时可用和连线的方式，其中包括改变耗电的待机模式。我们要求装置仅在真正需要时（亦即使用者在场时）才处於启用或待机状态。这其实是我们现今「非智慧」家庭的常态，只有在进入房间时开灯，或仅在室内太热时才手动开启空调。

尽管如此，许多装置甚至没有实作（或是被使用者停用）逾时侦测一类的省电功能。另一项常见的原因是相关设计涉及高阶功能，经常会延长启动时间，且无法取得最新资讯，尤其在不便的手动重启程序後更是严重，也因此大幅减损客户体验。

但有一种智慧方法可以解答下列许多问题：恒温器的显示器为何必须随时开启，装置本身为何必须随时连上网路才能下载天气资料？即使监控区域内无人出没，为何家庭安全系统的摄影机还要持续开启、记录资料、预先处理资料，并将其传输到云端？若要更聪明启用装置，最隹方法就是实作雷达感测器支援的运动侦测功能，从深度休眠模式中唤醒装置。

例如，智慧恒温器可以预设为关闭，而仅启用雷达侦测模组。一旦雷达侦测到室内有动静，就会启用恒温器，更新屋中标准资料及网际网路上的天气资料。若有人进入指定区域（例如装置 1 m半径范围内），显示器随即开启。因此，使用者不再需要触摸萤幕启用装置、等待资料更新，然後才能看到显示结果。这种在场状态侦测的概念，可以部署在许多其他智慧家庭装置和电器中。

此外，也可以应用空位侦测的反向操作原理，甚至能提供更大的节能潜力。在这种使用案例中，如果房间内一段时间未侦测到动静，就可以关闭电视、扬声器、智慧灯和空调等装置，进而大幅降低耗电量。

由於空位侦测的设计并非立即启用装置，而是无人在场一段时间後停用特定装置，因此感测器模组本身可以保持停用状态，只需每隔数秒或数分钟执行一次检查。因此，这种感测器模组可以为整个系统节省大量能源，而且本身耗电量极低。

此原理也特别有益於配备 HVAC 系统的建筑物，因为这种设施即使无人在场，通常也会持续提供冷暖气，从而浪费大量电力。更不利的是，这些装置经常处於频繁和长时间运转的状态。然而真正聪明的智慧家庭功能，会在区域空置一段时间後立即停用这些系统。这类功能在照明系统中日益常见，但在空调和显示器、厨房用具、电脑、扬声器和音响系统及其他装置中尚未普及。

使用者亦可受益於其他应用（例如电视）的空位侦测功能。例如，英飞凌的 BGT60LTR11AIP 雷达感测器（图四）已实作於三星的 Frame TV 2021（图五），在使用者指定的时间若无人在场，该感测器可将电视从艺术模式切换到休眠模式，不仅可以节省能源，还可以延长显示器的使用寿命。

图四 : 英飞凌 XENSIV 60 GHz 雷达感测器 BGT60LTR11AIP 可为真正智慧、节能的装置设计提供强大支援。

图五 : 在使用者指定时段内若未侦测有人在场，Samsung Frame TV 2021 会从艺术模式切换到休眠模式。

智慧家庭装置最合适的感测功能选项

在所有可用的运动侦测解决方案中，雷达感测器即使对最细微的运动也具有最高灵敏度，甚至超过人眼所能观测的范围。被动式红外线（PIR）感测器的灵敏度无法??其项背。此外，雷达是一种主动感测技术，不像PIR感测器那样依赖体温，即使在极少或没有移动的情况下，也能侦测到在场的人员。

然而毫无疑问的是，最大的优点之一在於透过非导电材料进行侦测。红外线、超音波、摄影机及其他影像式感测器不得被遮蔽，或是必须在产品外壳上开孔，但雷达感测器可以完全隐藏在装置内部。因此，在产品设计上无需任何妥协，可以免去额外制造工序，也不必耗费成本购置规格相符的外壳。另一种可能性是摄影机运动侦测功能，例如用於摄影机、电视、笔电及其他已经具有合适影像感测器的装置。

不过，影像系统耗电量极高，可能需要良好的环境光源，而且必须透过影像处理功能来侦测影片中的运动，而这又进一步需要大量的电力。加上缺乏隐私也是一项常见的顾虑，由於摄影机系统侵入私人空间，因此无法完全获得使用者的信任。

此外，消费性电子产品价格的下降，也增加了元件的成本压力。因此，3D 飞时测距（ToF） 和摄影机感测器通常过於昂贵，不适合用来侦测在场状态。即使是功能强大的 PIR 解决方案，不但会影响产品外壳设计，还需要额外的菲涅尔透镜、放大器、控制器等，进而增加物料清单（BOM）成本。

相较之下，英飞凌的 BGT60LTR11AIP 雷达感测器仅需最少的支援元件 （尤其在自主运作的系统中），因此对系统成本的影响最低。雷达感测器具有微型尺寸，因此也可以整合至小巧轻薄的电子装置中。此外，雷达感测器也能耐受多尘、烟雾或潮湿的环境，而某些雷射 ToF 感测器或其他影像感测器的侦测效能，在这类环境中可能会下降。

雷达感测器实现的附加智慧功能

装置处理不当也会导致不必要的耗电，然而使用者通常对此浑然不觉。因此，他们可能??得在暂离期间关闭装置或调整设定，而无意间浪费了能源。然而，在雷达感测器的辅助下，装置可以自动调节，无需使用者费心，也可确保不会浪费能源。

除了用作在场状态探测器之外，雷达感测器也可以为智慧装置添加其他功能，在空调系统中的应用就是一例。在这类应用中，雷达感测器搭配使用温度及 CO₂感测器可实现最隹效率，进而在需要时才启用系统例如当房间内有人、CO₂浓度过高或温度超过预定义限制等情况。其他感测技术通常只提供「在场」或「不在场」的二分法资讯，而雷达感测器还可计算室内人数，及早调整温度和风量设定值，甚至确认人员位置和距离，据以控制气流的方向。

此外，还有许多其他可能的使用案例，例如支援音响系统追踪听众位置，并依据追踪资料持续优化音量和声音叁数。或是具备儿童照护功能的电视，可以测量观看者距离，在孩子眼睛距离萤幕太近时发出警告。并且也适用於年长者或照护对象的辅助装置，例如可在跌倒时请求援助的警报系统。由此可见，雷达感测器极具事半功倍的优点，不仅节能省电、增进舒适，还可以确保使用者在智慧环境中享有福祉和安全。

（本文作者Bernd Kohler为英飞凌产品行销经理）