はじめに

セキュリティ システムの割合は着実に増加しているため、ドアや窓の接触センサの革新も必要とされています。ドア センサと窓センサは、あらゆるホーム セキュリティ システムの基盤として、家庭内の各ドアと窓のホーム セキュリティによく使用されます。センサは監視対象の各エントリ ポイントの開閉をシステムに警告するため、セキュリティ システムに不可欠な部品です。従来、リード スイッチは簡略性を理由に接点センサでの設計に使用されていましたが、リード スイッチは誤った検出フィールドを使用するため、ホール効果センサとは異なり、システムの改ざんは受けやすくなります。

アラーム システムがアクティブの間にドアまたは窓が開いた場合、ホール効果センサがメイン制御パネルにアラートを送信すると、メイン アラームを直ちにトリガできます。接触センサはほとんどの場合バッテリで駆動され、アクティブ測定モードと低消費電力のスリープ モードをホール効果センサで切り替えて平均消費電流を低減します。これらのシステムはコンパクトな設計を採用し、エントリと終了の各アラートを継続的にチェックするとともに、電力効率が最も高いセンシング設計を採用することが重要です。

ドア センサと窓センサの動作

従来のドア/窓接触センサは、誰かがビルに出入りしたときや、エントリ ポイントが開いたままになっているときにアラートを送信します。センサはセキュリティ システムにとって不可欠であり、安心を確実に確保できます。ドア センサと窓センサという用語は、それぞれコンタクト センサとして分類されるため、相互に交換できます。通常、1 次元の磁気スイッチは、ドアや窓が開いたまたは閉じたときに磁界の変化を認識するために使用されます。ただし、この実装では、これらのセンサが 2 つの状態のうちの 1 つを示していることが懸念されます。検出された 1D 磁束密度はデバイスのトリップ ポイントを上回っているか下回っています。その結果、ドアや窓を開くことができてもスイッチのトリップ ポイントがトリガされるほど強力な外部磁石を使用することでドアや窓が閉じているとシステムを改ざんする可能性があります。

また、リニア 3D ホール効果センサを使用して 3 方向すべての正確な磁束密度を検出でき、システムは、セキュリティ システムをだますために使用される改ざん用磁石と、実際に閉じているドアや窓の磁気シグネチャを区別できます。3D ホール効果センサは、図 1 に示すような位置に取り付けられる変動が必要なスペースに制約のあるアプリケーションで、開閉検出に使用できます。図 1 に示す取り付け位置では、ドア フレームがドアから持ち上げられているため、x 軸と y 軸の両方で距離が変化します。

図 1 ドアに取り付けられた一般的なセンサでフレームを持ち上げた状態

ドアとウィンドウの各アプリケーションでのホール効果の革新

TMAG5233、TMAG5133、および TMAG5134 は、面内磁気センシングを実施するテキサス インスツルメンツの 1 軸ホール効果スイッチの一部です。ほとんどの従来型のホール効果スイッチとは異なり、TMAG5233、TMAG5133、および TMAG5134 は、デバイスパッケージの Z 軸 (水平センサ) ではなく、パッケージ (垂直センサ) と平行な磁界を測定します。さまざまなバリエーションが利用できるので、システムのサンプリングと電力の要件を満たすために、どの磁気サンプリング周波数が最適な設計を選択できます。

TMAG3001 は、専用の割り込み (INT) ピンを備えたテキサス インスツルメンツの 3 軸リニア ホール効果センサの 1 つで、低消費電力のウェークアップおよびスリープ モード時にシステム割り込みとして機能します。このデバイスは、磁気または角度測定用の構成可能な低消費電力スイッチ モードも備えています。TMAG3001 は、接触センサでの開閉の検出や、改ざん検出に使用できます。超小型 WCSP パッケージは、接触型センサなどスペースに制約のあるアプリケーションでフレキシブルな機械的配置を実現します。

さらに、リニア 3D ホール効果センサを改ざんの危険にさらさないように使用できます。TMAG3001 は高度な磁界検出機能を備えており、x、y、z 平面の磁界を検出できるため、センサが改ざんされたことを検出できます。デバイスが改ざんを検出した後、システムはユーザーにアラートを送信できます。図 2 に、スライド式のガラス製入口ドアに取り付けたホール エフェクト センサのテスト設定を示します。このテストでは、ドアの反対側から LED がオフになるまで磁石をドア近くに持ち込み、改ざん用磁石によって磁界の変化がセンサに検出されたことを示します。図 2 に示すように、このテストの改ざん用磁石は、ホール効果センサをドアを通してトリップできました。

図 2 改ざんテストの構成

ウェイクアップおよびスリープ モード

消費電力を最適化するため、TMAG3001 にはウェークアップおよびスリープ モードがあり、特定の間隔でスリープに移行してウェークアップするようにデバイスを構成し、x、y、z 方向、温度データを測定できます。磁気スレッショルド交差が検出されると、本デバイスは割り込み信号をアサートし、ウェークアップおよびスリープ モードを終了して、一定時間待ち状態になる。待ち状態では、最後に測定されたデータが、対応する結果レジスタに保存されます。ウェークおよびスリープ時間は、事前定義された間隔を使用して設定できます。待ち状態でマイクロコントローラが割り込みイベントに応答しない場合、デバイスはウェイクアップ モードとスリープ モードを継続します。割り込み条件が満たされていない場合、デバイスはウェイクアップ モードとスリープ モードにとどまり、指定された間隔でデータをウェークアップして測定します。図 3 以下の図は、待ち状態でコントローラが割り込みに応答し、デバイスをウェークアップおよびスリープ モードに戻す場合の例を示しています。ウェークアップおよびスリープ モードにより、アイドル期間中のエネルギーを節約できるため、TMAG3001 は接触センサなどの低消費電力アプリケーションに最適です。

図 3 TMAG3001 SCL による割り込み

変化時にウェークアップの重要性

同様に、TMAG3001 が実現する重要な機能は変化時にウェークアップされます。これは、このモードでは、デバイスは磁気軸のいずれかまたは角度出力の変化を監視し、割り込みを提供することでシステムをウェークアップします。接触センサなどのバッテリ アプリケーションで電力を節約するため、TMAG3001 は割り込みが検出されるまで変更時ウェイクアップ モードを維持します。本デバイスは、割り込み応答が取得されたときに、スタンドバイ、連続、またはウェイクおよびスリープ モードで、変更時にウェークアップ応答を提供するように構成できます。新しいセンサ測定値が、連続する測定用の基準スレッショルドとして使用されます。図 4 に、デバイスが x 軸の磁界に応答している場合のデバイスの応答を示し、図 5 に、角度測定値にデバイスが応答するデバイスの応答を示します。従来、ドア センサや窓センサは変化を監視するために継続的に電力を消費していましたが、TMAG3001 を使用すると、磁界と角度の両方の測定の相対的な磁気制限チェックを可能にすることで、そのようなエネルギーの非効率性を排除できます。

図 4 TMAG3001 磁気軸測定による変更時ウェイクアップ

図 5 TMAG3001 角度測定による変更時ウェークアップ