方案 | ST最新一代高靈敏度 STHS34PF80人體感應(yīng)檢測方案

本文介紹ST TMOS傳感器在人體檢測方面的優(yōu)勢，給智能產(chǎn)品帶來了那些創(chuàng)新和解決了現(xiàn)有產(chǎn)品的哪些技術(shù)痛點(diǎn)，以及它的技術(shù)原理和應(yīng)用。

隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，人們不斷追求更低能耗和高準(zhǔn)確率的智能電子產(chǎn)品。意法半導(dǎo)體推出基于紅外信號(hào)的TMOS （溫度感應(yīng)半導(dǎo)體金屬氧化物）人體存在檢測傳感器，助力智能產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提升和功能的更加完善。

優(yōu)勢1：能探測靜止存在的物體。市場上用于人體感知的傳感器有很多，例如PIR紅外熱釋電傳感器和毫米波雷達(dá)，由于工作原理限制PIR傳感器和毫米波雷達(dá)都無法檢測到靜止的物體，而TMOS的存在檢測模式便能解決這些問題。

優(yōu)勢2：定量檢測。TMOS傳感器是定量檢測目標(biāo)物，根據(jù)目標(biāo)物的物體表面溫度的大小，轉(zhuǎn)化成具體的數(shù)值顯示。因此在功能開發(fā)上更多可能，例如可以根據(jù)檢測到的紅外輻射量的變化情況來判斷人的進(jìn)出方向。

優(yōu)勢3：高靈敏。TMOS傳感器對(duì)目標(biāo)物的移動(dòng)變化反應(yīng)靈敏，能解決PIR徑向檢測不靈敏的技術(shù)痛點(diǎn)。

優(yōu)勢4：TMOS傳感器在人體檢測上的優(yōu)勢。因TMOS檢測的波長范圍是5~20um，人體表面溫度散發(fā)的紅外波長是9.8um，剛好位于傳感器檢測帶寬的中心，所以易于檢測人體的存在。

TMOS傳感器是基于ST專有的MEMS技術(shù)，用于測量5~20um紅外波長范圍。TMOS傳感器內(nèi)置一個(gè)精度0.5°C的溫度傳感器，兩個(gè)紅外感應(yīng)區(qū)（一個(gè)亮區(qū)，一個(gè)暗區(qū)），通過差動(dòng)讀數(shù)，消除自身溫度的一個(gè)影響，更加準(zhǔn)確的得到視角范圍（FOV）內(nèi)的目標(biāo)物產(chǎn)生紅外輻射的一個(gè)情況。

TMOS傳感器內(nèi)部示意圖如下：

TMOS根據(jù)監(jiān)測到的紅外輻射量的一個(gè)變化情況，經(jīng)過內(nèi)部算法的一個(gè)處理，能判斷出目標(biāo)物的一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是靜止還是移動(dòng)。

Presence模式圖示：

Motion模式示意圖：

存在檢測：存在檢測是通過觀察TOBJECT的TMOS原始數(shù)據(jù)中每個(gè)低通濾波器(LPF_P_M & LPF_P)兩個(gè)輸出信號(hào)的差值來進(jìn)行的。然后，將這兩個(gè)信號(hào)的差值與可以為目標(biāo)應(yīng)用程序配置的PRESENCE_THS和HYST_PRES兩個(gè)閾值進(jìn)行比較。最后，當(dāng)兩個(gè)濾波信號(hào)的差值超過閾值時(shí)，設(shè)置存在檢測標(biāo)志信號(hào)(PRES_FLAG)，如下圖所示：

運(yùn)動(dòng)檢測：運(yùn)動(dòng)檢測通過觀察TOBJECT的TMOS原始數(shù)據(jù)中每個(gè)低通濾波器(LPF_P_M和LPF_M)兩個(gè)輸出信號(hào)的差值來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測。然后，將兩個(gè)信號(hào)的差值與可以為目標(biāo)應(yīng)用程序配置的兩個(gè)閾值MOTION_THS和HYST_MOT進(jìn)行比較。最后，當(dāng)兩個(gè)濾波信號(hào)的差值超過閾值時(shí)，設(shè)置運(yùn)動(dòng)檢測標(biāo)志信號(hào)(MOT_FLAG)，如下圖所示：

?場景應(yīng)用圖

?產(chǎn)品實(shí)體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術(shù)優(yōu)勢

1、高靈敏度 2、能探測靜止的物體 3、能區(qū)分靜止和移動(dòng)的物體 4、低功耗 5、可編程中斷 6、定量檢測 7、完全集成的小型化模塊：3.2 x 4.2 x 1.455mm 8、溫度測量 9、可編程ODR：0.25~30HZ

?方案規(guī)格

1、人體靜止/移動(dòng)檢測 2、工作電壓: 1.7V to 3.6V 3、目標(biāo)物溫度靈敏度: 2000LSB/’C 4、工作電流：10uA @ 1Hz 5、待機(jī)模式電流: 1uA 6、接口：I2C 和3線SPI 7、靜止/移動(dòng)檢測距離可達(dá)到3M（無透鏡），搭配合適透鏡可有效延長距離 8、內(nèi)置溫度傳感器，精度±0.5°C typ @ -10 ~ 60’C 9、工作波長范圍：5um to 20um 10、視角范圍/FoV: 80degree