CN101951709A - 微波红外感应控制装置及其信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波红外感应控制装置及其信号处理方法。所述微波红外感应控制装置包括微波感应器、第一红外感应器、第二红外感应器、第三红外感应器、信号放大器以及主控制模块。所述第二红外感应器设置在第一红外感应器和第三红外感应器之间的对称轴方位上。微波感应器设置在第二红外感应器的上方或下方并与第二红外感应器的检测方向一致。所述主控制模块包括处理信号的单片机和继电器，所述微波感应器和红外感应器通过各自的信号放大器连接至主控制模块。与现有技术相比，本发明的微波红外感应控制装置提高了横向和纵向的感测灵敏度；同时三个红外感应器的设置提高了有效探测角度范围，并具有很显著的抗干扰效果。

Description

微波红外感应控制装置及其信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种感应控制装置，尤其是涉及一种微波红外感应控制装置及其信号处理的方法。

背景技术

在照明控制领域，目前较常用的灯控人体感应器以单声控感应和单红外感应居多。其中，声控感应主要是通过感测声音来控制灯亮；红外感应是通过红外传感器感测人的走动来控制灯的亮灭。此外，还可采用微波感应来感测，其是通过微波信号源产生的信号遇物体反射，根据多普勒效应，当物理远离时，反射波的频率降低，当物理相向而行时，反射波的频率升高，因此通过分析反射波信号与发射波信号的频率差频信号即可得到物体的移动信息。但是，对于声控感应装置来说，由于需要较大的声音才能被其感测，所以容易产生噪音且影响他人；此外也受自然环境的影响较大，容易发生误操作。对于单红外感应器或者单微波感应器来说，都存在理论和实际使用中的探测盲区，由于人体移动的速度、方向不同则会产生不同的探测距离，因此在单红外或单微波感应器的探测区域移动时，由于移动的方向和速度不同则感应器的反应灵敏度也会不同。此外，红外感应器仅对探测区域横向运动的物体有较高的探测灵敏度，且单个红外感应器的探测角度范围为较小的110°；微波感应器对其正对的纵向运动的物体有较高的探测灵敏度，且其容易受到风、雨和小动物的移动的影响而产生误操作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种能够探测较大角度范围以及在横向和纵向均有较高灵敏度的微波红外感应控制装置。

此外，本发明还提供所述微波红外感应控制装置的信号处理方法，可排除非人动的干扰，达到准确控制的效果。

一种微波红外感应控制装置，包括微波感应器、第一红外感应器、第二红外感应器、第三红外感应器、信号放大器以及主控制模块。所述第二红外感应器设置在第一红外感应器和第三红外感应器之间的对称轴方位上。微波感应器设置在第二红外感应器的上方或下方并与第二红外感应器的检测方向一致。所述主控制模块包括处理信号的单片机和继电器，所述微波感应器和红外感应器通过各自的信号放大器连接至主控制模块。

一种微波红外感应控制装置的信号处理方法，其特征在于：包括步骤

1)每1毫秒进行一次微波信号采样，读取微波信号的幅度值A_n，并将幅度值A_n与一设置的第一参照值D比较，当A_n＞D时，控制幅值计数器累加1；

2)将两次连续的微波信号幅度值A_n-1和A_n分别与0.196V和0.117V做比较，其中n为1、2……n的自然数；当前次幅度值A_n-1＞0.196V，本次幅度值A_n＜0.117V时，控制过零计数器累加1；

3)以每300毫秒为一周期，获得第m周期微波信号幅度值中的最大值M；其中m为2、3、4……m的自然数；

4)比较连续三个周期的过零计数器的累加值F_m-2、F_m-1和F_m，获得

最大过零累加值F_max＝max{F_m-2、F_m-1、F_m}

最小过零累加值F_min＝min{F_m-2、F_m-1、F_m}

最大过零累加值和最小过零累加值之间的差值F_a＝F_max-F_min；

5)判断计数最大过零累加值F_max和差值F_a是否满足条件：F_max＝3～7，F_a≥2；或F_max＝8～10，F_a≥3；或F_max＝11～17，F_a≥4；或F_max≥18，F_a≥5；

6)当同时满足步骤(5)的条件以及第m周期微波信号幅度值的最大值M＞一设置的第二参照值P时，或者满足第m周期内的幅值计数器的累加值大于60，则判断微波信号有效，即检测到行人移动。

相对于现有技术，本发明的微波红外感应控制装置通过将红外感应器和微波感应器相结合，同时提高了横向和纵向的感测灵敏度；同时三个红外感应器的设置提高了有效探测角度范围。

相对于先有技术，本发明的信号处理方法克服了微波感应器不能兼顾灵敏度高和抗干扰的矛盾，在提高微波感应器的灵敏度的同时可有效过滤无效的干扰信号，从而克服了由于风吹树叶摆动或下雨、下雪和小动物造成的困扰。

为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。

附图说明

图1是本发明微波红外感应控制装置的结构示意图。

图2是本发明微波红外感应控制装置的信号处理流程图。

图3是图2所示步骤S5微波采样的具体工作流程图。

图4是图2所示步骤S8处理微波信号的具体工作流程图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的微波红外感应控制装置包括一个红外感应器组10和一个微波感应器20。所述红外感应器组10包括第一红外感应器12、第二红外感应器14和第三红外感应器16。在物理安装位置上，所述第二红外感应器14设置在所述第一红外感应器12和第三红外感应器16之间的对称轴上，从而使红外感应器组10的检测角度扩大至270°。所述微波感应器20的检测方向与第二红外感应器14的检测方向一致，并设置在第二红外感应器14的上方或下方。每一个红外感应器和微波感应器均分别连接至各自独立的放大器(图未示)，从而抑制了各感应器相互间的信号干扰。各红外感应器和微波感应器12经过各自的放大器连接至一主控制模块(图未示)中，所述主控制模块包括处理信号的单片机以及控制电灯开或关的继电器。

此外，本发明的微波红外感应控制装置还设置有分别与主控制模块电连接的采集模式开关、灵敏度调节开关、亮灯时间调节旋钮、环境光探测器和温度探测器。调节所述采集模式开关可选择自动、测试和光控三个档位，从而使本发明的微波红外感应控制装置在选择的工作模式下工作，其中自动模式为在亮灯后延时1分钟到12分钟(根据亮灯时间调节旋纽选定的时间确定)，测试模式为每感应一次亮灯5秒钟不延时，光控模式为根据环境亮度控制灯常亮或常灭；灵敏度调节开关具有15个调节档位供调节微波红外感应控制装置的灵敏度；亮灯时间调节旋钮可连续调节控制1分钟至12分钟的亮灯时间；所述环境光探测器和温度探测器探测周遭环境的亮度和温度信息，并将信息传送至主控制模块中。

以下详细说明本发明微波红外感应控制装置的具体信号处理和控制方法。

请参阅图2，其是所述微波红外感应控制装置的信号处理流程图。

S1：首先进行单片机初始化。

S2：然后向微波感应器提供电源。所述电源是采用方波脉冲的供电方式，从而可降低微波感应器的静态功耗。

S3：预热40秒，并开始计时。

S4：判断计时时间是否为1毫秒；若为否，则返回步骤S4继续判断；若为是，则进入下一步S5。

S5：控制微波感应器20进行微波信号采样。

S6：判断计时时间是否为10毫秒。如果为否，则进入步骤S60：开始进行同步信号处理，然后返回步骤S4，判断计时时间是否为1毫秒，若为是，则进入步骤S5控制微波感应器进行微波信号采样，然后进入步骤S6判断计时时间是否为10毫秒。若为否，则进入步骤S61：对测试信号进行处理，然后再次返回步骤S4，重复上述处理步骤S4、S5和S6。然后在未到10毫秒之前的每一毫秒的步骤分别再依序处理步骤S62：处理第一红外信号；S63：处理模式开关信号；S64：处理第二红外信号；S65：处理手动调节信号；S66：处理第三红外信号；S67：处理灵敏度调节信号；S68：处理环境光信号；S69：处理温度信号。然后返回步骤S4，判断计时时间是否为1毫秒，若为是，则进入步骤S5控制微波感应器进行微波信号采样，然后进入步骤S6判断计时时间是否为10毫秒。若为是，则进入步骤S7。

S7：判断计时时间是否为300毫秒。如果为否，则返回步骤S4；若为是，则进入步骤S8。

S8：处理微波信号。

S9：判断处理后的微波信号是否有效而发出是否亮灯指示，若为否，则返回步骤S4，若为是，则进入步骤S10。

S10：由亮灯计时器对亮灯时间进行计时，判断计时时间是否为设置时间T(通过手动调节亮灯时间调节旋钮设置的1分钟-12分钟可调)。若为否，则返回步骤S4，若为是，则进入步骤S11。

S11：控制灭灯。

在上述信号处理流程中，微波信号用15Bit的A/D转换器按1024us的速率(约1毫秒钟)即控制所述微波感应器采集一次微波信号，并且在连续10毫秒中的每1毫秒的步骤中分别依序处理同步信号、测试信号、第一红外信号、模式开关信号、第二红外信号、手动调节信号、第三红外信号、灵敏度调节信号、环境光信号以及温度信号。每间隔300毫秒即对微波信号进行处理，然后做出是否亮灯的判断。其中，所述同步信号是判断是否存在同步交流电源信号。所述测试信号是本装置在出厂之前供技术人员检测调试红外信号或微波信号所设置的信号处理步骤，若为正常的工作模式则测试信号不工作。手动调节信号是：判断是否为手动调节模式，若为手动调节模式，则控制灯常亮或常灭，若为非手动调节模式，则根据本发明的具体工作流程判断控制灯的开关。

请参阅图3，其是图2所示的步骤5微波采样的具体工作流程图。

S51：读取第n次(n为1、2……n的自然数)微波信号的幅值A_n。

S52：将步骤S51读取的幅值A_n与一第一参照值D作比较。若A_n大于D，则进入步骤S53；若A_n小于D，则进入步骤S54。所述第一参照值D是根据调节灵敏度调节开关所选取的灵敏度值以及温度探测器探测的温度值共同确定的参数值，其取值范围为：0.75V～2.0V，分成15档。

S53：幅值计数器C1加1。

S54：比较n-1次读取的微波信号的幅值A_n-1是否大于0.196V，若为是，则进入步骤S55；若为否，则进入步骤S541：比较第n次微波信号的幅值A_n是否大于0.196V。在步骤S541中，若为否，则进入步骤S511，若为是，则进入步骤S57。

S55：比较第n次微波信号的幅值A_n是否小于0.117V。若为是，则进入步骤S56；若为否，则进入步骤S511。

S56：过零计数器C2加1。

S57：比较第n次微波信号的幅值A_n是否大于存储在记录里的最大值M，若为是，进入步骤S58，若为否，则进入步骤S59。

S58：将第n次微波信号的幅值A_n存储作为最大值M。

S59：比较第n次微波信号的幅值A_n是否小于存储在记录里的最小值K，若为是，进入步骤S510，若为否，则进入步骤S511。

S510：将第n次微波信号的幅值A_n存储作为最小值K。

S511：微波信号采样结束。

在微波采样的具体工作流程中，首先判断微波信号的幅值A_n是否大于第一参照值D，如果是大于第一参照值D，则幅值计数器C1加1。由于第一参照值D是根据灵敏度及温度而设定的可调参数，此幅值计数器C1主要反映了本发明装置在一定灵敏度及温度的条件下的有效幅度值A超过第一参照值D的次数，在后续的处理流程中，只要该有效幅度值A超过第一参照值D的次数达到一定值即可作为微波信号有效的判断依据。第一参照值D的大小确定了检测横向移动目标的灵敏度，克服了现有技术中仅通过判断频率的方法来判断横向移动的目标灵敏度的问题。因此，步骤S52可提高对于横向移动物体的探测灵敏度。

接着判断连续两次采样微波信号的幅值的波动趋势，仅当A_n-1大于0.196V且A_n小于0.117V时，过零计数器C2加1。该过零计数器C2的上限值为100，即当累积计数大于100时停止加1。每300毫秒作为一个周期的过零计数器C2的值反映了物体移动的频率，尤其是在正对微波感应器的纵向方向上具有较高的探测灵敏度。

请参阅图4，其是步骤S8处理微波信号的具体工作流程图。

以300毫秒为一个周期，对微波信号进行一次处理。在此步骤S8中，存储了连续3个周期对微波信号处理的过零计数器C2的计数值，分别设为F_m-2，F_m-1和F_m(m为大于或等于2的自然)，然后对其比较，具体处理方法为：

S81：将第m-2周期的C2的计数值存为F_m-2。

S82：将第m-1周期的C2的计数值存为F_m-1。

S83：将第m周期的C2的计数值存为F_m。

S84：比较F_m-2、F_m-1和F_m，得到

计数最大值F_max＝max{E_m-2、E_m-1、F_m}和计数最小值F_min＝min{F_m-2、F_m-1、F_m}以及差值F_a＝F_max-F_min。

S85：判断计数最大值F_max和差值F_a是否满足以下任一条件：

(1)F_max＝3～7，F_a≥2；

(2)F_max＝8～10，F_a≥3；

(3)F_max＝11～17，F_a≥4；

(4)F_max≥18，F_a≥5；

若满足其中之一的条件，则进入步骤S86，若不满足上述的条件，则进入步骤S87。

S86：判断第m周期存储的最大值M是否大于第二参照值P。若为是，则进入步骤S88，若为否，则进入步骤S87。该第二参照值P同样是由调节灵敏度调节开关所选取的灵敏度值以及温度探测器探测的温度共同确定的参数值，其取值范围为：0.3V～1.0V。

S87：判断检测的微波幅值A超过第一参照值D的次数是否大于60次，若为是，则进入步骤S88，若为否，则进入步骤S89。

S88：判断微波信号为有效。然后进入步骤S9，如果环境光亮度满足亮灯条件，则亮灯，并根据时间电位器的值复位亮灯计时器。

S89：判断微波信号为无效。

在步骤S8的处理微波信号的工作流程中，首先判断过零计数器C2在连续3个周期的计数值(频率)的最大值和最小值以及最大值与最小值之间的差值是否满足设置的参数条件，即当连续3个周期的频率变高或变低时，可判断为有效信号。然后再判断第m周期存储的最大值M是否大于第二参照值P，若同时满足上述条件，则可判断微波信号有效，控制灯亮。此外，不管上述的条件是否满足，只要满足幅度计数器C1累积的次数大于60，即可判断微波信号有效。

即幅度计数器C1的次数反映了探测横向移动物体的情况，而连续三个周期的过零计数器C2的计数值以及在本周期的最大值M反映了探测纵向移动物体的情况。

相对于现有技术，本发明通过将红外感应器和微波感应器相结合，同时提高了横向和纵向的感测灵敏度；同时三个红外感应器的设置提高了有效探测角度范围。此外，本发明的信号处理方法克服了微波感应器不能兼顾灵敏度高和抗干扰的矛盾，在提高微波感应器的灵敏度的同时可有效过滤无效的干扰信号，从而克服了由于风吹树叶摆动或下雨、下雪和小动物造成的困扰。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (8)

1.一种微波红外感应控制装置，其特征在于：包括微波感应器、第一红外感应器、第二红外感应器、第三红外感应器、信号放大器以及主控制模块，所述第二红外感应器设置在第一红外感应器和第三红外感应器之间的对称轴方位上，微波感应器设置在第二红外感应器的上方或下方并与第二红外感应器的检测方向一致，所述主控制模块包括处理信号的单片机和继电器，所述微波感应器和红外感应器通过各自的信号放大器连接至主控制模块。

2.如权利要求1所述的微波红外感应控制装置，其特征在于：包括分别连接于主控制模块的采集模式开关、灵敏度调节开关、亮灯时间调节旋钮、环境光探测器和温度探测器。

3.如权利要求1所述的微波红外感应控制装置，其特征在于：所述主控制模块给所述微波感应器提供方波脉冲电源以降低微波感应器的静态功耗。

4.一种微波红外感应控制装置的信号处理方法，其特征在于：包括步骤

1)每1毫秒进行一次微波信号采样，读取微波信号的幅度值A_n，并将幅度值A_n与一设置的第一参照值D比较，当A_n＞D时，控制幅值计数器累加1；

2)将两次连续的微波信号幅度值A_n-1和A_n分别与0.196V和0.117V做比较，其中n为1、2……n的自然数；当前次幅度值A_n-1＞0.196V，本次幅度值A_n＜0.117V时，控制过零计数器累加1；

3)以每300毫秒为一周期，获得第m周期微波信号幅度值中的最大值M；其中m为2、3、4……m的自然数；

4)比较连续三个周期的过零计数器的累加值F_m-2、F_m-1和F_m，获得

最大过零累加值F_max＝max{F_m-2、F_m-1、F_m}

最小过零累加值F_min＝min{F_m-2、F_m-1、F_m}

最大过零累加值和最小过零累加值之间的差值F_a＝F_max-F_min；

5)判断计数最大过零累加值F_max和差值F_a是否满足条件：F_max＝3～7，F_a≥2；或F_max＝8～10，F_a≥3；或F_max＝11～17，F_a≥4；或F_max≥18，F_a≥5；

6)当同时满足步骤(5)的条件以及第m周期微波信号幅度值的最大值M＞一设置的第二参照值P时，或者满足第m周期内的幅值计数器的累加值大于60，则判断微波信号有效，即检测到行人移动。

5.如权利要求4所述的信号处理方法，其特征在于：所述步骤3)的具体步骤为：将每一毫秒读取的幅度值A_n与存储器内存储的最大值M做比较，若A_n＞M，则将A_n存储作为最大值M。

6.如权利要求5所述的信号处理方法，其特征在于：在所述步骤3)之后还包括步骤：在以300毫秒为一周期内的每连续10毫秒中，在每一毫秒的操作中存储了幅度值最大值M后，分别在每一秒依序处理同步信号、测试信号、第一红外信号、模式开关信号、第二红外信号、手动调节信号、第三红外信号、灵敏度调节信号、环境光信号以及温度信号。

7.如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于：在所述步骤6)之后还包括步骤：控制亮灯，并对亮灯时间计时，达到亮灯预设时间后控制灭灯。

8.如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于：所述第一参照值D和第二参照值P是根据选取的灵敏度值以及探测的环境温度值共同确定的参数值，第一参照值D的取值范围为0.75V～2.0V，第二参照值P的取值范围为0.3V～1.0V。

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