新一代可视门铃将慢慢走近大众生活

2019-06-14来源: eefocus关键字:智能家居  人工智能  TI

借助最新的音频/视频处理器和无线通信技术,门铃正从拥 有百年历史的电子音乐门铃转变为完全实现云连接的一线 安全系统。

 

这些变化给系统集成商和嵌入式设计人员带来了挑战,即如何将运动警报、视频分 析、双向音频通信、降噪和云连接等功耗密集型处理功能整合到一个紧凑(有时是电 池供电)、可靠且易于使用的封装中。家庭自动化和家庭安防技术已从小众奢侈品转 变为大多数家庭用得起的一套可行解决方案。同时,用于工业自动化、办公室安防和 安防系统的成像系统也历经发展,如今包括更先进和联网的监控功能。

 

最近进入这一市场并受益于云连接安防摄像头成就的, 便是可视门铃。随着越来越多房主和租客打算掌握自己 的个人安全,或者希望监控前门不断增多的包裹派送, 可视门铃已然起步并稳健发展,功能日益丰富。这一趋 势符合工业部门对于低成本和更复杂的视频/音频安防 与监控系统的需求。

 

如今的可视门铃功能包括采用机器学习技术的高级视 频处理能力、云连接和无线通信、以太网供电 (PoE)、电 池备用电源、高级音频通信和增强型环境感应以及运动 检测。将所有这些功能集成到一个只有几英寸宽的防风 雨电子封装中给设计工程师们带来了挑战,他们不仅要 整合这些功能,还要为下一代留出升级性能和附加功能 的空间。

 

可视门铃的技术发展

带有集中视频和音频功能的门铃和入口安防系统已 经存在了几十年。这些产品通常用于大型公寓楼、办 公室和高端住宅,并依赖于闭路电视和人眼观察。然 而,随着视频/音频门铃进入消费市场,简单的铃声、 单向视频和双向音频已经不能满足精通互联网的家 庭自动化爱好者的需求。

 

工业设施还需要更安全有效的方法来监控和识别潜 在的威胁或安全漏洞。这一要求推动了可视门铃中加 入视频处理功能,使门铃能够识别人类、生成分区警 报并根据视觉证据生成自动响应。

 

多个可视门铃还可用作全天候安防摄像头,或提供类 似的捕捉、存储和分析功能。

 

非常简单的视频处理技术可以检测非静态物体,但更 复杂和有用的视频处理则需要先进的机器学习算法。 这些人工智能系统通常基于各种测试案例进行训练, 但有些训练需要持续使用来自云连接摄像头的信息。

 

因此,通常需要使用微控制器 (MCU) 或更高级的微 处理器 (MPU) 来实现边缘处理并确定与云端之间通 信的信息。

 

 

云连接

设计支持云功能的可视门铃有两个充分的理由:外形 小巧,因此限制了处理能力和存储空间;社区防卫组 织的成功受益于联网的门铃应用。消费者已经喜欢上 了随时随地观察门铃视频并根据视频画面进行实时 响应的功能。

 

对于个人/社区安全(或只是确认收到包裹)而言,支 持云连接可以实现丰富的用户功能,而制造商可以提 供无线更新并获取有价值的使用统计数据和信息。但 是,添加云连接需要互联网接入技术(硬线以太网或 Wi-Fi®)。由于大多数连接门铃的房屋只有某种类型 的交流电源而没有以太网或其他通信线路,因此支持 Wi-Fi 的可视门铃越来越普遍。

 

无线通信

对于简单的音频应用,常见的无线标准(如 Bluetooth® 和 Zigbee)具有支持纯音频门铃的必要 带宽范围。但是,若要进行视频数据传输,Wi-Fi 则是 最方便且最常用的无线标准。如果新住宅的开发商注 重家庭自动化技术,这种房屋可能配备以太网连接: 在前门布设硬线始终是一种选择。考虑到大量房屋和 公寓都是租用的,租户更有可能选择支持 Wi-Fi 的门 铃进行非破坏性安装。然而,Wi-Fi 门铃还需要一个 Wi-Fi 路由器系统,确保在安装可视门铃的每扇门上 都能接收到可靠信号。 

 

以太网供电

对于较新的房屋和愿意进行一些小型翻新以便支持 最新智能家居技术的用户来说,以太网供电 (PoE) 可 确保单线安装,从而实现相对高性能的可视门铃。许 多最新的可视门铃超出了典型(或磨损)门铃变压器 的功率输出能力,可能需要升级,包括布设新的交流 接线。使用 PoE,可视门铃可受益于稳固可靠的硬线 通信以及高达 100W 的功率(根据 2018 年 9 月定义 的电气和电子工程师协会 (IEEE) 802.3bt 标准)。利 用 PoE 可以提供动态功率,而无需担心交流/直流电 源解决方案的电流限制问题。

 

电池电源和备用电池

由于许多家庭和公寓根本没有门铃接线,因此许多潜 在的可视门铃客户可能无法为电源和互联网连接添 加外部接线。此外,大多数可视门铃所有者希望停电、 电压不足或故意破坏等问题不会导致其家庭安防系 统的最新扩展方案无法使用。因此,依靠电池供电的 可视门铃(或者至少包含大容量备用电池的门铃)也 在市场上占有一席之地。电池用于主动电源系统和完 整 Wi-Fi 系统,在这些情况下,智能充电和无缝电源 转换/补充电源是提供备用电源并满足电池寿命期望 的重要要求。

 

先进音频技术

除了视频功能,音频功能是可视门铃的另一项主要技 术。甚至还有竞争性的门铃技术提供没有视频的音频 功能。双向音频、音频触发事件和音频方向感应在大 多数可视门铃中十分常见。虽然双向音频最低限度只 需要扬声器和麦克风,但音频触发事件和音频方向感 应还需要额外的音频处理技术,而且通常需要额外的 麦克风。音频事件触发器和双向音频通常使用数字信 号处理器或编解码器内的算法来实现。编码的音频数 据通常会传送到应用程序或云存储。

 

运动检测和环境监测

可视门铃的主要功能之一是能够检测运动。虽然许多 可视门铃完全依赖基于图像处理的运动跟踪,但是各 种其他方法也有助于进行运动检测并帮助消除误报。

 

这些技术包括一种相对低成本且简单的方法,称为被 动红外 (PIR) 探测器。PIR 探测器在用于安防照明的 运动检测灯中很常见;然而,这种方法仅限于有温度 的对象,如人类和大型动物。为了避免误报,PIR 传感 器通常与其他传感器配对使用。

 

除了视觉和听觉传感器,各种其他环境传感器和功能 也有助于根据外部条件改善可视门铃性能。例如,环 境光传感器有助于图像处理算法根据外部光线正确 调整视频曝光。其他常见传感器包括外部和内部温度 传感器、用于监测充电和放电热变换的电池温度传感 器以及用于提示篡改或盗窃的其他传感器。防盗或防 篡改传感器包括振动、冲击和接近传感器,或连接到 外壳关键部件的简单开关。电源管理电路还可具有电 流和电压监测功能,从而确定电源质量以及是否要启 用备用电池。此外,各种内部故障传感器可监控关键 电路组件是否正常运行,从而进行故障排除和维修。

 

可视门铃技术的主要挑战

与电子设计一样,每个附加的功能通常会加剧其设计 挑战以及增加额外电路。可视门铃肯定也属于这种情 况,可视门铃通常也受到电源、空间、处理能力和成本 的约束,为设计工程师通过硬件、软件和云资源的适 当组合进行创新提出了进一步的挑战。

 

门铃主要由 8V-24V 变压器(额定功率为 5VA-30VA) 供电。随着 PoE 技术的推出,最新的 IEEE 标准支持 高达 71W 的功率输出,因此可以满足更高的可视门 铃功率需求。为了让前端功率级能够应对传统变压器 电源方案以及 PoE 方案,需要使用创新的电源架构, 确保能够在宽输入电压范围内工作,并在轻负载条件 下维持 PSE 控制器链路。

 

可视门铃的尺寸、功率预算和热管理功能在很大程度 上限制了可实现的处理能力。鉴于功能的复杂性(包 括音频和视频处理),MCU 或 MPU 必须在需要时具 有足够强大的处理能力,而且在关闭状态下具有最小 功耗。最高的处理负载可能会导致 MCU 产生大量热 量,但设备仍需要在极端温度条件下正常工作。因此, 设计人员还必须考虑处理能力、热负荷、环境温度和 热管理的平衡问题。

 

在不增加处理能力的情况下增强可视门铃功能的另 一种方法是,将处理能力转移到云服务并流式传输音 频和视频数据。但是,这种方法需要能够进行单向连 续传输且高度可靠的通信基础设施。

 

可视门铃支持以太网连接的情况仍然相对罕见;因 此,Wi-Fi 可作为备用的连接解决方案。然而,要实现 可靠的无线连接来支持高质量视频和音频流所需的 带宽,并不容易,尤其是在考虑到功率限制和门铃位 置的情况下。室外安装会将门铃暴露在恶劣环境中, 并为高速流式传输带来实际问题。

 

无线门铃的紧凑外形也限制了天线设计的空间和增 益。由于消费者几乎无法选择门铃的安装位置,而且 大多数 Wi-Fi 路由器安装人员可能不会将门口视为 Wi-Fi 的主要位置,因此可视门铃设计人员必须仔细 选择具有良好接收灵敏度和低相位噪声的 Wi-Fi 功 能微控制器,以便在信号接收不良的区域中正常工 作。虽然典型的可视门铃应该具有

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编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qrs/ic464628.html
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