Тепловые сети николаев: Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей

• Категория: Новости рынка
• 19. 01.2022
• (0) Комментарии

Тепловизионные датчики предназначены для расширения функциональности и ценности многих товаров в наших домах.

Существует множество бытовых приборов и устройств, которые обещают сделать ваш дом более безопасным и комфортным, а также сэкономить ваше время или облегчить вашу жизнь. Они автоматизируют несколько тривиальных задач или делают управление такими устройствами у вас под рукой благодаря подключению к мобильному телефону.

Эта функция обеспечивается множеством цифровых датчиков, измеряющих все, от температуры и влажности воздуха, условий освещения до газовых датчиков и детекторов движения. С точки зрения информации, которую предоставляют такие сенсоры, у них есть одна общая черта — они точечны и не имеют пространственного разрешения.

Например, обычный датчик температуры или освещенности будет сообщать о температуре или освещенности только в точке установки в помещении. С помощью таких датчиков нельзя вывести ни информацию о людях в помещении, ни их действия, ни уровень их комфорта.

Датчики визуального изображения, напротив, имеют очень высокое пространственное разрешение, обеспечиваемое миллионами детекторов, встроенных в датчик. Таким образом, они генерируют обширную неструктурированную информацию, на основе которой применяется визуальный анализ изображений для получения структурированной информации (например, есть ли люди перед дверным звонком, сколько людей, кто они и т. д.).

Применение датчиков визуального изображения в интеллектуальных роботах и ​​домашней системе безопасности уже очень широкое. Между тем, развитие технологий выводит другие мультипиксельные датчики на арену домашней автоматизации и умных домов. Тепловизионные датчики являются первыми кандидатами, которые могут помочь в предотвращении опасности возгорания на кухне, помочь вам в приготовлении пищи, сохранить конфиденциальность, контролировать присутствие людей, измерять уровень нашего комфорта и повышать осведомленность о благополучии пожилых людей и детей. Ниже мы рассмотрим несколько конкретных случаев.

Ваша более безопасная и умная кухня

Почему тепловидение на кухне? Краткий ответ: для безопасности, здоровья и удобства. Действительно, по данным Национальной ассоциации противопожарной защиты (NPFA) США, приготовление пищи является основной причиной домашних пожаров и причиной 49% таких пожаров. И дело не в том, что все пострадавшие домохозяйства имели неисправный датчик дыма, а в том, что к моменту обнаружения дыма было уже слишком поздно устранять условия, приведшие к пожару. Тепловидение может обеспечить четкий способ минимизировать такие дорогостоящие и разрушительные аварии, определяя повышенные температуры, которые могут привести к пожару, задолго до того, как возникнут опасные условия.

Естественный способ обеспечить тепловидение на кухне – это интегрировать датчик в вытяжку для создания монитора варочной панели. Это показано на Рисунке 1 — первый в мире интеллектуальный помощник для приготовления пищи (устройство медного цвета крепится прямо под вытяжкой). Оттуда тепловизор может постоянно «видеть» распределение температуры на всей варочной панели или плите.

Многие кулинарные ингредиенты чувствительны к температуре, при которой они обрабатываются. Их перегрев может не только истощить их питательную ценность, но даже превратить их в не очень полезные соединения для нашего организма. Тепловизор над варочной панелью может непрерывно «считывать» их температуру и указывать ее нам, помогая нам готовить более здоровую пищу.

«Это приводит нас к концепции кулинарного помощника, помогающего вам каждый раз готовить здоровые и вкусные блюда. По сути, Cooksy позволяет вам делиться своими кулинарными рецептами или следовать чужим рецептам в мельчайших деталях о том, как долго и при какой температуре готовятся ингредиенты — во время самого процесса, в режиме реального времени. Cooksy сочетает в себе визуальные и тепловизионные датчики камеры со сложным интеллектом и возможностью подключения в устройстве, которое легко установить над варочной панелью. Устройство может транслировать вашу варочную панель на ваш мобильный телефон, позволяя вам «видеть» температуру приготовленных ингредиентов и советовать вам, как и когда действовать в соответствии с этой информацией», — сказал Стивен Картрайт, финансовый директор Cooksy Corp. 9.0005

Рис. 1 COOKSY-PRO, первый в мире интеллектуальный помощник по приготовлению пищи (Источник: Cooksy)

Преимущества монитора на варочной панели не ограничиваются кулинарным искусством и питанием, а обеспечивают безопасность на кухне. Например, он может обнаружить оставленное без присмотра открытое пламя газовой плиты или перегретой плиты, перегретые кастрюли и сковородки с маслом или без него, кипящие и переполненные емкости и многое другое. Это показано на рис. 2, где тепловизор отслеживает кипение воды в кастрюле с крышкой во времени.

Хотя непосредственно наблюдаемые температуры никогда не достигают 100°C (212°F), что является температурой кипения воды, применение обработки тепловых изображений и аналитики позволяет определить, когда вода начинает кипеть, когда она начинает переливаться из-под крышки, и при выключении газовой горелки. В контексте умных домов и подключенных устройств идентификация таких событий позволяет не только активировать сигнал тревоги, но и при необходимости смягчить или остановить подачу электроэнергии или газа и предотвратить инцидент или опасность пожара.

Рис. 2 Тепловизионная аналитика для варочных панелей (Источник: Meridian Innovation)

Монитор варочной панели — не единственное место на кухне, где можно найти тепловизионный датчик. Ранний прототип микроволновой печи с тепловизором, первоначально представленный компанией Meridian Innovation на выставке CES 2020, показан на рисунке 3 (видео о ее работе можно посмотреть здесь

). Рисунок 3 Интеллектуальное тепловидение Микроволновая печь (Источник: Meridian Innovation)

Устройство способно нагревать пищу до нужной температуры, а не нагревать ее в течение фиксированного времени при фиксированной мощности. Он основан на стандартной микроволновой печи, которая была модифицирована для интеграции тепловизора и альтернативных элементов управления. Это позволяет нам отказаться от догадок, которые мы часто должны применять при выборе мощности и времени для повторного разогрева нашей пищи. Наконец-то мы можем напрямую передать наше намерение, выбрав желаемую температуру пищи и оставив технические вопросы машине. Это намерение передается либо через беспроводное мобильное устройство, либо через сенсорный экран, встроенный в модифицированную микроволновую печь.

Естественно, можно установить желаемую температуру пищи, а также следить за ее разогревом. Более того, благодаря достижениям TinyML и другим инициативам, направленным на доступность возможностей искусственного интеллекта во встроенных процессорах, эта настройка может позволить устройству угадывать, что мы положили внутрь микроволновой печи, пока она нагревается, так что оптимальная температура автоматически устанавливается. выбрали для нас. Настоятельная необходимость своевременной поставки тепловизионных камер TinyML для обнаружения повышенной температуры и сложность создания хорошего решения привели к многочисленным партнерским усилиям по предоставлению ряда эталонных проектов для OEM и ODM.

Одним из хороших примеров является статья «Arrow Electronics запускает решение для измерения температуры с использованием ИИ на базе ИИ X-CUBE от STMicroelectronics».

Еще одно новое решение также упоминается с нашим партнером ниже — когда тепловидение сочетается с набором микросхем AI.

Кондиционер, который заботится о вашем комфорте

Системы кондиционирования воздуха и вентиляции и кондиционирования — еще один пример, где интеграция тепловизора может оказать положительное влияние. По большей части для контроля температуры в помещении используется простой датчик температуры, встроенный в коробку кондиционера — этот датчик обеспечивает единственную обратную связь с окружающей средой. Этот тип систем можно отнести к первому поколению, и на сегодняшний день он является наиболее распространенным.

Мы можем думать о втором поколении как о системе, которая знает, есть ли люди в комнате, и, возможно, определяет, в какой части комнаты они находятся. Это позволяет более эффективно использовать блок кондиционирования воздуха и может быть достигнуто путем включения тепловизора. Для небольшой жилой комнаты или гостиничного номера может быть достаточно тепловизора в несколько сотен-тысячи пикселей, а для более крупного жилого помещения необходим сенсор в несколько тысяч пикселей вкупе с объективом более 9Угол обзора 0 градусов. Хорошим примером является концепция интеллектуального кондиционера с тепловизором, показанная на рис. 4, продемонстрированная компанией Meridian Innovation на выставке Smart Home Technology Expo 2019 в Шанхае.

что содержание теплового изображения дает представление не только о заполненности отсека, но и об общем распределении температуры в помещении. На основе этой более подробной информации устройство может автоматически регулировать температуру, направление и скорость воздушного потока для экономии энергии и повышения степени комфорта.

Что касается комфорта, существуют различные математические модели, которые устанавливают прямую зависимость между средней температурой кожи человека и воспринимаемым человеком уровнем комфорта. Следует иметь в виду, что целью систем кондиционирования и вентиляции и кондиционирования является обеспечение определенного уровня комфорта и благополучия жильцов, а не просто охлаждение или нагрев воздуха в помещении до заданной температуры. Это приводит нас к концепции того, что мы называем системами HVAC третьего поколения. На этом уровне блок обогрева или охлаждения использует тепловизионное изображение с еще более высоким разрешением — порядка 5000–20 000 пикселей и может получать более подробную тепловую картину, напрямую измерять среднюю температуру кожи пассажиров и оценивать их уровень комфорта. . Эта информация позволяет управлять атмосферой, которая направлена ​​на настоящий тепловой комфорт, а не на температуру, и ставит человеческий опыт в центр петли обратной связи.

Кондиционеры второго поколения уже доступны на рынке, что стало возможным благодаря недавнему появлению экономичных тепловизоров с разрешением от 1000 до 5000 пикселей в очень больших объемах. Мы прогнозируем, что быстрое развитие тепловизионных технологий позволит в течение пяти лет обеспечить функциональность третьего поколения для моделей высокого класса.

Сначала младенцы и пожилые люди!

Радионяни с потоковым видео уже давно присутствуют на рынке и предлагают отличный способ поделиться моментами радости ребенка с родственниками и друзьями или присмотреть за ребенком, занимаясь чем-то по дому. Однако встроенные видеокамеры не могут дать прямого представления о физиологическом состоянии ребенка. Тепловизионный датчик может. Он может непрерывно отслеживать температуру ребенка ненавязчивым способом.

Повышенная температура — частый симптом недомогания младенцев. Такая идея продвигается повсюду, как показано на рис. 5, и новые продукты уже не за горами. Желание каждого родителя – как можно раньше, даже среди ночи, распознать такой симптом. Поэтому предпринимаются большие усилия в области исследований и разработок для создания радионяни, которая сочетает в себе визуальные и тепловизионные камеры, а также для поддержки двух датчиков изображения с помощью мощного вычислительного механизма искусственного интеллекта.

Поле предлагает много возможностей. Например, можно разработать точное отслеживание нормальных температурных режимов ребенка — когда ребенок здоров и счастлив, а затем автоматически обнаруживать возникновение аномальных температурных режимов и вызывать няню или родителей на раннем этапе развития симптома. . Следует иметь в виду, что здоровая модель внутренней температуры тела младенцев демонстрирует значительные суточные колебания, которые могут составлять почти 2° между самым низким и самым высоким значением. Этот паттерн кажется совершенно уникальным для каждого ребенка и медленно развивается по мере развития детской физиологии и потовых желез, и для фиксации этого паттерна требуются постоянные наблюдения. Поэтому радионяня над кроваткой кажется естественным местом для наблюдения и записи такой эволюции.

Помимо состояния здоровья, тепловые и визуальные потоки света могут быть дополнительно использованы в цикле обратной связи с умным детским мобильным устройством для создания интерактивной игры для развивающегося мозга. Одновременно можно анализировать как поведенческий паттерн, так и соответствующие температурные маркеры. Итак, вот и вы — безопасные, умные и здоровые малыши гарантированы!

Рисунок 5 Интеллектуальное наблюдение за ребенком (Источник: предоставлено 5GENCARE)

Мониторинг здоровья с помощью тепловидения распространяется и на пожилых людей. Это крайне важно, учитывая две важные глобальные тенденции — увеличение продолжительности жизни и старение населения, а также увеличение числа пожилых людей, живущих в одиночестве.

Тепловидение может помочь во многих отношениях, от простого наблюдения за жизненно важными показателями температуры и движения до комплексного анализа поведения. Одной из общих и важных тем в уходе за пожилыми людьми является обнаружение и даже предотвращение падений. Хотя этого в принципе можно добиться, установив видеокамеры в гостиной, в ванной этого делать нельзя.

Но наибольший риск представляют собой ванные комнаты. Имея это в виду, команда из LSCM Hong Kong впервые разработала решение для тепловизионной камеры, основанное на датчике LWIR с относительно низким разрешением, чуть менее 5000 пикселей. Этого разрешения достаточно для оценки позы, но достаточно мало для непрерывной обработки тепловых изображений в реальном времени с небольшой вычислительной мощностью и, что наиболее важно, для сохранения конфиденциальности! Устройство локально запускает сложный алгоритм, способный обнаруживать несчастный случай, падение и предупреждать об этом ответственную медсестру или члена семьи. Продукт завоевал золотую медаль на 47-й Международной выставке изобретений в Женеве в 2019 году.. Другие компании разрабатывают камеры для спален в домах престарелых, стремясь предотвратить распространенные несчастные случаи, когда пожилые люди встают с постели, обнаруживая, что человек не спит, и незамедлительно предупреждая опекуна о необходимости приехать.

Когда тепловидение встречается с набором микросхем AI

Generalplus Technology — глобальный поставщик интегральных схем из Тайваня, известный своими потребительскими товарами и решениями для бытовой техники в миллионах продуктов ведущих отраслевых брендов.

«Мы рады сотрудничеству с Meridian Innovation. Их тепловизионный модуль и чип искусственного интеллекта Generalplus — идеальное решение для умных домов. Когда инженер Meridian устанавливает свой тепловизионный модуль на нашу платформу AI SoC, показанную на рис. 6, это настоящий шедевр», — сказал Джеки Чен, менеджер по продажам Generalplus. «Рождено экономичное и автономное решение для интеграции температуры в аудио, видео и графику с функциями сверточной нейронной сети (CNN) для интеллектуальных приложений и приложений искусственного интеллекта. Представляя такое решение, мы увидели большой интерес клиентов к этой передовой технологии для создания инновационного продукта для лучшего будущего».

Рис. 6 Комплект SmartForm (Источник: любезно предоставлен Generalplus)

Заключение

Тепловизионные датчики предназначены для расширения функциональности и ценности многих продуктов в наших домах, решения давних проблем предотвращения пожаров.