CN101866151A - 红外线mcu控制系统的控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及红外线处理技术领域，特别涉及红外线MCU控制系统的控制方法及控制系统；其中，红外线MCU控制系统包括PIR人体红外感应器、放大电路、开关控制电路和外部输出电路，它还包括光敏管PHOT、转换电路和MCU主控制器，所述MCU主控制器内置有人体红外信号A/D转换单元，人体红外信号数字滤波单元，光线亮度信号A/D转换单元，光线亮度信号数字滤波单元，以及中央控制及逻辑控制单元，MCU主控制器还设置有I/O口；本发明所述红外线MCU控制系统的控制方法及控制系统，其电路结构简单，信噪比高，稳定性高，灵敏度高，逻辑功能强。
Description
技术领域：
本发明涉及红外线处理技术领域，特别涉及红外线MCU控制系统的控制方法及控制系统。
背景技术：
现有技术中，红外线MCU控制系统是常见的红外线感应控制技术，已经广泛应用于照明灯具、防盗报警、温度测量等领域。红外线MCU控制系统一般包括PIR人体红外感应器(Passive InfraredRadiation)、运算放大器、控制器和输出电路。
其中，PIR人体红外感应器的工作原理是，其红外感应元为热释电物质，当它所接收到的人体红外辐射强度发生变化时，失去电荷平衡，并开始向外释放电流，从而获得人体发出的红外信号。另外，其运算放大器常采用LM324等。例如，将红外线MCU控制系统应用于LED感应灯时，人体红外感应器PIR感应的红外信号经放大后输出模拟信号，由控制器控制LED感应灯的工作状态，具有自动控制的效果。然而，现有的红外线MCU控制系统将PIR人体红外感应器输出的微小电信号进行滤波，并放大到可以被逻辑电平识别的大小，以此控制输出电路，其模拟信号容易受温度影响，且电路复杂，因此，存在信噪比低，可靠性低，灵敏度低，不能进行复杂的逻辑控制等缺点。
发明内容：
本发明的一个目的在于针对现有技术的不足而提供一种红外线MCU控制系统的控制方法，该红外线MCU控制系统的控制方法稳定性高，灵敏度高，逻辑功能强；本发明的另一个目的在于针对现有技术的不足而提供一种红外线MCU控制系统，该红外线MCU控制系统的电路结构简单，并能有效提高信噪比，稳定性，灵敏度和逻辑功能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
红外线MCU控制系统的控制方法，它包括以下步骤：
步骤A，MCU主控制器上电初始化，包括：
对MCU主控制器的I/O口和RAM进行设置；
开关控制电路的开关信号输入到I/O口；
进入步骤B；
步骤B，初始化完成后，MCU主控制器进入温机状态，温机状态的保持时间为预设的温机时间，温机时间到后即进入步骤C；
步骤C，MCU主控制器进入正常工作状态；进入步骤D；
步骤D，中央控制及逻辑控制单元每隔预设的读取时间读取一次开关信号，并判断开关信号的状态；如果开关信号为ON状态，
进入步骤E；如果开关信号为OFF状态，进入步骤F；如果开关信号为AUTO状态，进入步骤G；
步骤E，外部输出电路保持工作状态，返回步骤D；
步骤F，关闭外部输出电路，返回步骤D；
步骤G，进入自动感应模式，返回步骤D；
在自动感应模式下中央控制及逻辑控制单元从RAM读取光线亮度信号，并判断光线亮度信号；
如果光线亮度信号的数值不小于预设的使光敏管PHOT自动感应的光线强度值，则进入步骤H；
如果光线亮度信号的数值小于预设的使光敏管PHOT自动感应的光线强度值，则进入步骤J；
其中，从RAM所读取的光线亮度信号的来源为：光敏管PHOT感应到的光线亮度信号经转换电路转换后，经光线亮度信号A/D转换单元转换为数字信号，再经光线亮度信号数字滤波单元进行数字滤波处理后存入RAM；
步骤H，中央控制及逻辑控制单元进入人体红外信号侦测状态，该人体红外信号侦测状态具体为：人体红外信号A/D转换单元每隔预设的采样时间，对经过放大电路放大后的PIR人体红外感应器感应到的人体红外信号进行采样，获得采样信号，人体红外信号数字滤波单元对采样信号进行数字滤波处理，中央控制及逻辑控制单元判断数字滤波处理后的采样信号是否符合预设的有效信号；
如果数字滤波处理后的采样信号符合预设的有效信号，则进入步骤I；
如果数字滤波处理后的采样信号不符合预设的有效信号，则进入步骤J；
步骤I，中央控制及逻辑控制单元输出电平信号至外部输出电路，使外部输出电路在逻辑设定时间内保持工作状态；
逻辑设定时间过后，中央控制及逻辑控制单元输出相反的电平信号至外部输出电路，进入步骤J；
步骤J，关闭外部输出电路。
进一步的，所述步骤H中，所述中央控制及逻辑控制单元判断数字滤波处理后的采样信号是否符合预设的有效信号的过程为：当中央控制及逻辑控制单元发现数字滤波处理后的采样信号存在有效的频率的波形变化量，则进行波形识别，如果波形变化量是单边的无效信号干扰且波形变化符合人体红外信号的轨迹，则该采样信号符合预设的有效信号。
进一步的，所述步骤H中，所述人体红外信号数字滤波单元对采样信号进行数字滤波处理包括保留频率范围为0.3～3Hz的信号，并滤除干扰信号。
进一步的，所述步骤B中，所述温机状态表示外部输出电路保持工作状态；在温机时间到后进入步骤C的同时关闭外部输出电路；其中，温机时间为40s。
进一步的，所述步骤D中，读取时间为200ms。
进一步的，所述步骤H中，采样时间为60ms。
进一步的，所述步骤I中，逻辑设定时间为60s。
更进一步的，所述外部输出电路为LED驱动电路。
红外线MCU控制系统，它包括PIR人体红外感应器、放大电路、开关控制电路和外部输出电路，它还包括光敏管PHOT、转换电路和MCU主控制器，所述MCU主控制器内置有人体红外信号A/D转换单元，人体红外信号数字滤波单元，光线亮度信号A/D转换单元，光线亮度信号数字滤波单元，以及中央控制及逻辑控制单元，MCU主控制器还设置有I/O口；
所述PIR人体红外感应器通过放大电路连接人体红外信号A/D转换单元，人体红外信号A/D转换单元连接人体红外信号数字滤波单元；所述光敏管PHOT通过转换电路连接光线亮度信号A/D转换单元，光线亮度信号A/D转换单元连接光线亮度信号数字滤波单元；开关控制电路连接I/O口；所述人体红外信号数字滤波单元、光线亮度信号数字滤波单元、I/O口分别连接中央控制及逻辑控制单元，中央控制及逻辑控制单元连接外部输出电路。
进一步的，所述红外线MCU控制系统，其所述外部输出电路为LED驱动电路。
本发明有益效果为：
本发明所述红外线MCU控制系统的控制方法，该方法使PIR人体红外感应器输出的微小电信号由MCU主控制器进行A/D转换和数字滤波处理，并结合光线亮度信号和开关信号进行逻辑控制输出高低电平信号，以此控制外部输出电路，具有稳定性高，灵敏度高，逻辑功能强的优点。
另外，本发明所述红外线MCU控制系统，其与上述红外线MCU控制系统的控制方法对应，它包括PIR人体红外感应器、放大电路、开关控制电路、外部输出电路、光敏管PHOT、转换电路和MCU主控制器，所述MCU主控制器内置有人体红外信号A/D转换单元，人体红外信号数字滤波单元，光线亮度信号A/D转换单元，光线亮度信号数字滤波单元，以及中央控制及逻辑控制单元，MCU主控制器还设置有I/O口；采用上述结构的红外线MCU控制系统，PIR人体红外感应器输出的微小电信号由MCU主控制器进行A/D转换和数字滤波处理，并结合光线亮度信号和开关信号进行逻辑控制输出高低电平信号，以此控制外部输出电路，减少了电路处理部分，使得电路结构简单，并有效提高信噪比，稳定性，灵敏度和逻辑功能。
附图说明：
图1是本发明的系统原理框图；
图2是本发明的控制方法流程图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
实施例一，红外线MCU控制系统的控制方法，见图1和图2所示。本实施例一中，所述红外线MCU控制系统的控制方法应用于外部输出电路3为LED驱动电路的情况，如LED感应灯等，其LED驱动电路驱动LED亮起或熄灭。该红外线MCU控制系统的控制方法包括以下步骤：
步骤A，MCU主控制器4上电初始化，包括：
对MCU主控制器4的I/O口46和RAM进行设置；
开关控制电路7的开关信号输入到I/O口46；
进入步骤B；
步骤B，初始化完成后，MCU主控制器4进入温机状态，温机状态的保持时间为预设的温机时间，具体为外部输出电路3在预设的温机时间40s内保持工作状态，即LED保持亮起；其中，除了上述的40s之外，温机时间还可以为30s、50s等时间，具体可根据实际环境而做调整；温机时间到后即进入步骤C，同时关闭外部输出电路3，即LED熄灭；
步骤C，MCU主控制器4进入正常工作状态；进入步骤D；
步骤D，中央控制及逻辑控制单元45每隔预设的读取时间为200ms读取一次开关信号，并判断开关信号的状态；如果开关信号为ON状态，进入步骤E；如果开关信号为OFF状态，进入步骤F；
如果开关信号为AUTO状态，进入步骤G；其中，除了上述的200ms之外，读取时间还可以为150ms、250s等时间，具体可根据实际产品需要而做调整；
步骤E，外部输出电路3保持工作状态，即LED保持亮起，返回步骤D；
步骤F，关闭外部输出电路3，即LED保持熄灭，返回步骤D；
步骤G，进入自动感应模式，返回步骤D；返回步骤D的目的是，当进入自动感应模式后，如果判断出的开关信号为OFF或ON，则自动退出自动感应模式，执行OFF或ON时的步骤；如果判断出的开关信号为AUTO，则继续执行自动感应模式；
在自动感应模式下中央控制及逻辑控制单元45从RAM读取光线亮度信号，并判断光线亮度信号；
如果光线亮度信号的数值不小于预设的使光敏管PHOT 5自动感应的光线强度值，则进入步骤H；
如果光线亮度信号的数值小于预设的使光敏管PHOT 5自动感应的光线强度值，则进入步骤J；
其中，从RAM所读取的光线亮度信号的来源为：光敏管PHOT 5感应到的光线亮度信号经转换电路6转换后，经光线亮度信号A/D转换单元43转换为数字信号，再经光线亮度信号数字滤波单元44进行数字滤波处理后存入RAM；
步骤H，中央控制及逻辑控制单元45进入人体红外信号侦测状态，该人体红外信号侦测状态具体为：人体红外信号A/D转换单元41每隔预设的采样时间60ms，对经过放大电路2放大后的PIR人体红外感应器1感应到的人体红外信号进行采样，获得采样信号，人体红外信号数字滤波单元42对采样信号进行数字滤波处理，中央控制及逻辑控制单元45判断数字滤波处理后的采样信号是否符合预设的有效信号；其中，除了上述的60ms之外，采样时间还可以为50ms、70ms等时间，具体可根据实际产品需要而做调整；
如果数字滤波处理后的采样信号符合预设的有效信号，则进入步骤I；
如果数字滤波处理后的采样信号不符合预设的有效信号，则进入步骤J；
步骤I，中央控制及逻辑控制单元45输出电平信号至外部输出电路3，使外部输出电路3在逻辑设定时间60s内保持工作状态，即LED保持亮起；
逻辑设定时间60s过后，中央控制及逻辑控制单元45输出相反的电平信号至外部输出电路3，进入步骤J；其中，除了上述的60s之外，逻辑设定时间还可以为50s、70s等时间，具体可根据实际产品需要而做调整；
步骤J，关闭外部输出电路3，即LED熄灭，返回步骤G。
作为优选实施方式，所述步骤H中，所述中央控制及逻辑控制单元45判断数字滤波处理后的采样信号是否符合预设的有效信号的过程为：当中央控制及逻辑控制单元45发现数字滤波处理后的采样信号存在有效的频率的波形变化量，则进行波形识别，如果波形变化量是单边的无效信号干扰且波形变化符合人体红外信号的轨迹，则该采样信号符合预设的有效信号，有利于提高灵敏度。
作为优选实施方式，所述步骤H中，所述人体红外信号数字滤波单元42对采样信号进行数字滤波处理包括保留频率范围为0.3～3Hz的信号，例如保留频率范围为0.3Hz，或1Hz，或2Hz，或3Hz的信号，并滤除干扰信号，有利于提高抗干扰性能和稳定性。优选的，MCU主控制器的型号为SD7823。
当然，本实施例一所述红外线MCU控制系统的控制方法还可应用于防盗报警、温度测量等领域，其外部输出电路3则进行相应的设计，例如可设计为防盗报警驱动电路、温度测量驱动电路等。
实施例二，红外线MCU控制系统，见图1和图2所示，该红外线MCU控制系统包括PIR人体红外感应器1、放大电路2、开关控制电路7、外部输出电路3、光敏管PHOT 5、转换电路6和MCU主控制器4，所述MCU主控制器4内置有人体红外信号A/D转换单元41，人体红外信号数字滤波单元42，光线亮度信号A/D转换单元43，光线亮度信号数字滤波单元44，以及中央控制及逻辑控制单元45，MCU主控制器4还设置有I/O口46。本实施例二中，所述红外线MCU控制系统应用于外部输出电路3为LED驱动电路的情况，如LED感应灯等，其LED驱动电路驱动LED亮起或熄灭。优选的，MCU主控制器的型号为SD7823。
所述PIR人体红外感应器1通过放大电路2连接人体红外信号A/D转换单元41，人体红外信号A/D转换单元41连接人体红外信号数字滤波单元42；所述光敏管PHOT 5通过转换电路6连接光线亮度信号A/D转换单元43，光线亮度信号A/D转换单元43连接光线亮度信号数字滤波单元44；开关控制电路7连接I/O口46；所述人体红外信号数字滤波单元42、光线亮度信号数字滤波单元44、I/O口46分别连接中央控制及逻辑控制单元45，中央控制及逻辑控制单元45连接外部输出电路3。
上述红外线MCU控制系统的工作原理为：其工作时包括以下步骤：
步骤A，MCU主控制器4上电初始化，包括：
对MCU主控制器4的I/O口46和RAM进行设置；
开关控制电路7的开关信号输入到I/O口46；
进入步骤B；
步骤B，初始化完成后，MCU主控制器4进入温机状态，温机状态的保持时间为预设的温机时间，温机时间到后即进入步骤C；
步骤C，MCU主控制器4进入正常工作状态；进入步骤D；
步骤D，中央控制及逻辑控制单元45每隔预设的读取时间读取一次开关信号，并判断开关信号的状态；如果开关信号为ON状态，进入步骤E；如果开关信号为OFF状态，进入步骤F；如果开关信号为AUTO状态，进入步骤G；
步骤E，外部输出电路3保持工作状态，返回步骤D；
步骤F，关闭外部输出电路3，返回步骤D；
步骤G，进入自动感应模式，返回步骤D；
在自动感应模式下中央控制及逻辑控制单元45从RAM读取光线亮度信号，并判断光线亮度信号；
如果光线亮度信号的数值不小于预设的使光敏管PHOT 5自动感应的光线强度值，则进入步骤H；
如果光线亮度信号的数值小于预设的使光敏管PHOT 5自动感应的光线强度值，则进入步骤J；
其中，从RAM所读取的光线亮度信号的来源为：光敏管PHOT 5感应到的光线亮度信号经转换电路6转换后，经光线亮度信号A/D转换单元43转换为数字信号，再经光线亮度信号数字滤波单元44进行数字滤波处理后存入RAM；
步骤H，中央控制及逻辑控制单元45进入人体红外信号侦测状态，该人体红外信号侦测状态具体为：人体红外信号A/D转换单元41每隔预设的采样时间，对经过放大电路2放大后的PIR人体红外感应器1感应到的人体红外信号进行采样，获得采样信号，人体红外信号数字滤波单元42对采样信号进行数字滤波处理，中央控制及逻辑控制单元45判断数字滤波处理后的采样信号是否符合预设的有效信号；
如果数字滤波处理后的采样信号符合预设的有效信号，则进入步骤I；
如果数字滤波处理后的采样信号不符合预设的有效信号，则进入步骤J；
步骤I，中央控制及逻辑控制单元45输出电平信号至外部输出电路3，使外部输出电路3在逻辑设定时间内保持工作状态；
逻辑设定时间过后，中央控制及逻辑控制单元45输出相反的电平信号至外部输出电路3，进入步骤J；
步骤J，关闭外部输出电路3。
其中，人体发出的红外信号，经PIR人体红外感应器1接收后转换成电信号，再经放大电路2放大后输入到MCU主控制器4的人体红外信号A/D转换单元41和人体红外信号数字滤波单元42，进行数字转换和数字滤波处理后，存入RAM供MCU主控制器4后续运算使用；光线亮度信号经光敏管PHOT 5和转换电路6转换成电信号后，输入到MCU主控制器4的光线亮度信号A/D转换单元43和光线亮度信号数字滤波单元44，进行数字转换和数字滤波处理后，存入RAM供MCU主控制器4后续运算使用；开关信号直接送到MCU主控制器4的I/O口46；
PIR人体红外感应器1采用的是静态电流极低的人体红外线信号输入方式，然后人体红外感应器PIR输出的微小电信号由MCU主控制器4进行A/D转换和数字滤波处理，并结合光线亮度信号和开关信号进行逻辑控制输出高低电平信号，以此控制外部输出电路3，本实施例二为控制LED驱动电路的LED亮起或熄灭。由于采用数字化处理，红外线MCU控制系统受温度影响小，灵敏度高；采用软硬件滤波，抗干扰能力强，减少电路处理部分，电路结构简单，信噪比高，可靠性高；MCU主控制器4采用优化的滤波和信号判断算法，可提高逻辑功能降低功耗。
当然，本实施例二所述红外线MCU控制系统还可应用于防盗报警、温度测量等领域，其外部输出电路3则进行相应的设计，例如可设计为防盗报警驱动电路、温度测量驱动电路等。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (10)
1.红外线MCU控制系统的控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤A，MCU主控制器上电初始化，包括：
对MCU主控制器的I/O口和RAM进行设置；
开关控制电路的开关信号输入到I/O口；
进入步骤B；
步骤B，初始化完成后，MCU主控制器进入温机状态，温机状态的保持时间为预设的温机时间，温机时间到后即进入步骤C；
步骤C，MCU主控制器进入正常工作状态；进入步骤D；
步骤D，中央控制及逻辑控制单元每隔预设的读取时间读取一次开关信号，并判断开关信号的状态；如果开关信号为ON状态，进入步骤E；如果开关信号为OFF状态，进入步骤F；如果开关信号为AUTO状态，进入步骤G；
步骤E，外部输出电路保持工作状态，返回步骤D；
步骤F，关闭外部输出电路，返回步骤D；
步骤G，进入自动感应模式，返回步骤D；
在自动感应模式下中央控制及逻辑控制单元从RAM读取光线亮度信号，并判断光线亮度信号；
如果光线亮度信号的数值不小于预设的使光敏管PHOT自动感应的光线强度值，则进入步骤H；
如果光线亮度信号的数值小于预设的使光敏管PHOT自动感应的光线强度值，则进入步骤J；
其中，从RAM所读取的光线亮度信号的来源为：光敏管PHOT感应到的光线亮度信号经转换电路转换后，经光线亮度信号A/D转换单元转换为数字信号，再经光线亮度信号数字滤波单元进行数字滤波处理后存入RAM；
步骤H，中央控制及逻辑控制单元进入人体红外信号侦测状态，该人体红外信号侦测状态具体为：人体红外信号A/D转换单元每隔预设的采样时间，对经过放大电路放大后的PIR人体红外感应器感应到的人体红外信号进行采样，获得采样信号，人体红外信号数字滤波单元对采样信号进行数字滤波处理，中央控制及逻辑控制单元判断数字滤波处理后的采样信号是否符合预设的有效信号；
如果数字滤波处理后的采样信号符合预设的有效信号，则进入步骤I；
如果数字滤波处理后的采样信号不符合预设的有效信号，则进入步骤J；
步骤I，中央控制及逻辑控制单元输出电平信号至外部输出电路，使外部输出电路在逻辑设定时间内保持工作状态；
逻辑设定时间过后，中央控制及逻辑控制单元输出相反的电平信号至外部输出电路，进入步骤J；
步骤J，关闭外部输出电路。
2.根据权利要求1所述的红外线MCU控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤H中，所述中央控制及逻辑控制单元判断数字滤波处理后的采样信号是否符合预设的有效信号的过程为：当中央控制及逻辑控制单元发现数字滤波处理后的采样信号存在有效的频率的波形变化量，则进行波形识别，如果波形变化量是单边的无效信号干扰且波形变化符合人体红外信号的轨迹，则该采样信号符合预设的有效信号。
3.根据权利要求1所述的红外线MCU控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤H中，所述人体红外信号数字滤波单元对采样信号进行数字滤波处理包括保留频率范围为0.3～3Hz的信号，并滤除干扰信号。
4.根据权利要求1所述的红外线MCU控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤B中，所述温机状态表示外部输出电路保持工作状态；在温机时间到后进入步骤C的同时关闭外部输出电路；其中，温机时间为40s。
5.根据权利要求1所述的红外线MCU控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤D中，读取时间为200ms。
6.根据权利要求1所述的红外线MCU控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤H中，采样时间为60ms。
7.根据权利要求1所述的红外线MCU控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤I中，逻辑设定时间为60s。
8.根据权利要求1至7任一项所述的红外线MCU控制系统的控制方法，其特征在于：所述外部输出电路为LED驱动电路。
9.红外线MCU控制系统，它包括PIR人体红外感应器、放大电路、开关控制电路和外部输出电路，其特征在于：
它还包括光敏管PHOT、转换电路和MCU主控制器，所述MCU主控制器内置有人体红外信号A/D转换单元，人体红外信号数字滤波单元，光线亮度信号A/D转换单元，光线亮度信号数字滤波单元，以及中央控制及逻辑控制单元，MCU主控制器还设置有I/O口；
所述PIR人体红外感应器通过放大电路连接人体红外信号A/D转换单元，人体红外信号A/D转换单元连接人体红外信号数字滤波单元；所述光敏管PHOT通过转换电路连接光线亮度信号A/D转换单元，光线亮度信号A/D转换单元连接光线亮度信号数字滤波单元；开关控制电路连接I/O口；所述人体红外信号数字滤波单元、光线亮度信号数字滤波单元、I/O口分别连接中央控制及逻辑控制单元，中央控制及逻辑控制单元连接外部输出电路。
10.根据权利要求9所述的红外线MCU控制系统，其特征在于：所述外部输出电路为LED驱动电路。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130814 Termination date: 20200514 |
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