CN102466524B - 温度变化感应装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度变化感应装置及其方法。此温度变化感应装置包含感测单元及控制单元。感测单元用以感测温度变化，并据以产生温差信号。控制单元执行程序码，以根据环境温度而设定非触发范围。当温差信号的位准不在非触发范围内时，控制单元产生控制信号，其中非触发范围相对于环境温度呈第一曲线变化。第一曲线包含第一极值点，第一极值点两端的第一曲线的斜率的乘积为负数。本发明使用软件方式进行温度补偿，实现了较佳的灵敏度(感度)曲线，进而提高了感应准确度。

Description

温度变化感应装置及其方法

技术领域

本发明是关于一种温度变化感应装置及其方法；具体而言，本发明是关于一种使用软件方式来进行温度补偿的温度变化感应装置，实现了较佳的灵敏度曲线，进而提高了感应准确度。

背景技术

焦电型红外线感应器(passive infrared sensor，PIR sensor)利用所谓的焦电效应(pyroelectric effect)来感应移动物体人体与背景环境的温度差异所产生的温度变化，以相应地产生电信号。其产生出来的电信号可输出至例如电灯、电铃或警报器等装置，进而控制电灯的开启、电铃或警报器的作响，或者其他装置的动作。

由于焦电型红外线感应器以被动方式感测热能移动的特性，在实际应用中，使用焦电型红外线感应器的温度变化感应装置容易受到环境因素的影响而发生错误的动作。例如当使用于室外的开放空间中时，会很容易因为温差、气候变化等外在环境状态的影响导致温度变化感应装置错误触发。又例如当环境温度达到某些特定温度点(如接近人体体温)时，很容易将热风吹过等状况误判为有人走过。此时为了抵销外在环境因素对温度变化感应装置的动作所造成的影响，可以对焦电型红外线感应器所产生的电信号进行温度补偿。

温度补偿一般是采用由热敏电阻所组成的温度补偿电路来完成。温度补偿电路可针对特定环境温度相应地调整温度变化感应装置的触发灵敏度(感度)，例如在环境温度较高时减缓温度变化感应装置的触发灵敏度的增加速度，以避免热风吹过等其他状况被误判为有人走过等情形。图1A为已知温度变化感应装置的灵敏度曲线示意图。如图1A所示，当使用负温度系数热敏电阻所组成的温度补偿电路来对焦电型红外线感应器进行温度补偿时，温度变化感应装置的灵敏度曲线在0℃至40℃的环境温度范围内呈现为递增曲线的形式。温度变化感应装置的灵敏度曲线在环境温度接近40℃的部分具有较小的斜率，亦即灵敏度在环境温度接近40℃时的增加速度趋缓，以避免上述因灵敏度过高而发生误判的问题。

然而，欲真正解决上述因灵敏度过高而发生的误判，在环境温度较高时降低温度变化感应装置的灵敏度会是较理想的作法。图1B为理想的温度变化感应装置灵敏度曲线的示意图。如图1B所示，灵敏度曲线可在环境温度接近40℃时呈现为递减曲线的形式。换言之，温度变化感应装置在理想状况下必须实现U形的灵敏度曲线。受限于元件的物理特性，使用单一热敏电阻制作的温度补偿电路只能实现出如图1A所示的递增曲线或是递减曲线，欲实现类似图1B所示的U形曲线就必须使用负温度系数热敏电阻配合正温度系数热敏电阻来制作温度补偿电路。然而，由于热敏电阻本身的工作曲线等物理特性的限制，再加上其误差较大的缺点，即使是由负温度系数热敏电阻及正温度系数热敏电阻所组成的温度补偿电路也往往无法实现图1B所示的理想的U形灵敏度曲线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度变化感应装置及其方法，相较于现有技术，可实现较完美的灵敏度曲线，进而提高了感应准确度。

本发明温度变化感应装置包含感测单元及控制单元。感测单元用以感测温度变化，并据以产生温差信号。控制单元执行程序码，以根据环境温度而设定非触发范围。当温差信号的位准不在非触发范围内时，控制单元产生控制信号，其中非触发范围相对于环境温度呈第一曲线变化。第一曲线包含第一极值点，第一极值点两端的第一曲线的斜率的乘积为负数。本发明温度变化感应装置使用程序码来设定不同环境温度下的灵敏度，亦即以软件方式对感测单元所产生的温差信号进行温度补偿，可实现完美的灵敏度曲线，进而提高感应准确度。

本发明温度感应方法使用于温度变化感应装置，包含下列步骤：执行程序码，以根据环境温度设定灵敏度标准，其中灵敏度标准随着环境温度的不同而呈第二曲线变化，第二曲线包含第二极值点，第二极值点两端的第二曲线的斜率的乘积为负数；根据灵敏度标准调整温度变化感应装置的灵敏度；使温度变化感应装置感测温度变化。本发明温度感应方法使用程序码来设定不同环境温度下的灵敏度，亦即以软件方式进行温度补偿，可实现完美的灵敏度曲线，进而提高感应准确度。

附图说明

图1A为已知温度变化感应装置的灵敏度曲线示意图；

图1B为理想的温度变化感应装置灵敏度曲线的示意；

图2A为本发明温度变化感应装置的一实施例的功能方块图；

图2B为图2A所示温度变化感应装置的感测单元的一实施例的示意图；

图2C为图2A所示温度变化感应装置的控制单元的一实施例的示意图；

图3为如图2B所示温度变化感应装置的非触发范围变化曲线的示意图；

图4A为本发明温度感应方法的一实施例的步骤流程图；

图4B为图4A所示温度感应方法的灵敏度变化曲线的示意图；以及

图4C为图4A所示温度感应方法中调整灵敏度的步骤的一实施例的流程图。

主要元件符号说明

10感测单元

11感应电路

111焦电型红外线感应器

12放大电路

121第一级运算放大器

122第二级运算放大器

20控制单元

100电气装置

NTC1热敏电阻

R20分压电阻

S_T温差信号

S_C信号

VDD电源

具体实施方式

本发明提供一种温度变化感应装置及其方法。在较佳实施例中，本发明的温度变化感应装置及其方法应用于例如PIR感应灯、PIR感应电铃等PIR感应装置中。

图2A为本发明温度变化感应装置的一实施例的功能方块图。如图2A所示，此温度变化感应装置包含感测单元10及控制单元20。感测单元10用以感测温度变化，并据以产生温差信号S_T。当温差信号S_T的电压位准不在非触发范围⊿V(见表2)内时，控制单元20产生控制信号S_C，由此控制电气装置100(例如PIR感应灯、PIR感应电铃等PIR感应装置)的动作。非触发范围⊿V的值视环境温度T(见表2)而定，且通过控制单元20中所执行的程序码来加以设定。

图2B为图2A所示温度变化感应装置的感测单元的一实施例的示意图。如图2B所示，在本实施例中，感测单元10包含感应电路11及放大电路12。感应电路11包含焦电型红外线感应器111。焦电型红外线感应器111利用温度的变化来感应待测人体或其他有热能的物体的移动，并相应地输出电信号至放大电路12。放大电路12包含第一级运算放大器121及第二级运算放大器122，用来将焦电型红外线感应器111输出的mV(毫伏特)级的电信号放大例如约1000倍后成为温差信号S_T，并输出至控制单元20。在本实施例中，当感测单元10未感应到物体的移动时，放大电路12输出2.5V的基准电压。

图2C为图2A所示温度变化感应装置的控制单元的一实施例的示意图。如图2C所示，在本实施例中，控制单元20采用微控制器(Micro ControllerUnit，MCU)来实现；然而在其他实施例中，控制单元20可以采用例如电脑等其他可执行程序码的装置。表1为环境温度T与电压V_NTC1的对照表。控制单元20中所执行的程序码通过输入控制单元20的接脚1的电压V_NTC1来判断表1所示的环境温度T，例如利用程序码中的阵列(array)来储存如表1所示的环境温度T与电压V_NTC1的对照表，当电压V_NTC1的值在2.15V与2.34V之间时，则根据对照表判断出环境温度T的值在25℃与27.5℃之间。在本实施例中，电源VDD供给5V电压至热敏电阻NTC1与510KΩ的分压电阻R20，热敏电阻NTC1上的分压—即电压VNTC1自控制单元20的接脚1输入。在本实施例中，每一段环境温度T的范围为2.5℃，且不同段环境温度T所对应的电压V_NTC1的值之间有约0.03V的缓冲电压；然而在其他实施例中，可视需求调整每一段环境温度T的范围以及缓冲电压的大小，并可视热敏电阻NTC1、分压电阻R20、电源VDD的值等因素调整环境温度T与电压V_NTC1的对应关系。

               表1

T(℃)	VNTC1(V)
		0以下	3.90～5.00
0.0～2.5	3.76～3.93
		2.5～5.0	3.62～3.79
5.0～7.5	3.47～3.65
		7.5～10.0	3.31～3.50
10.0～12.5	3.14～3.34
		12.5～15.0	2.98～3.17
15.0～17.5	2.81～3.01

表2为环境温度T与非触发范围⊿V的对照表，其中每一段环境温度T对应于一个非触发范围⊿V，并进而界定了各自的低界电压V_L与高界电压V_H。感测单元10所产生的温差信号S_T自控制单元20的接脚10输入。当控制单元20中所执行的程序码判断出温差信号S_T的电压不在非触发范围⊿V内时，使控制单元20产生控制信号S_C，并从控制单元20的接脚6往电气装置100输出控制信号S_C。例如环境温度T在25℃与27.5℃之间时，由于非触发范围⊿V为±0.8，因此低界电压V_L为前述2.5V的基准电压减去0.8V而成为1.7V，高界电压V_H则为2.5V的基准电压加上0.8V而成为3.3V。因此，环境温度T在25℃与27.5℃之间时(V_NTC1＝2.15～2.34V)，只有当控制单元20中所执行的程序码判断出自感测单元10输入控制单元20的温差信号S_T的电压小于低界电压V_L或大于高界电压V_H时，控制单元20才会产生控制信号S_C。例如利用程序码中的阵列来储存环境温度T与非触发范围⊿V的对照表，根据对照表判断出当环境温度T在25℃与27.5℃之间时，只有当输入控制单元20的温差信号S_T的电压小于1.7V或大于3.3V时，控制单元20才产生控制信号S_C。

表2

T(℃)	VL(V)	VH(V)	⊿V
				0以下	1.82	3.18	±0.68
0.0～2.5	1.80	3.20	±0.70
				2.5～5.0	1.70	3.30	±0.80
5.0～7.5	1.60	3.40	±0.90
				7.5～10.0	1.49	3.51	±1.01
10.0～12.5	1.38	3.62	±1.12
				12.5～15.0	1.26	3.74	±1.24
15.0～17.5	1.17	3.83	±1.33
				17.5～20.0	1.27	3.73	±1.23
20.0～22.5	1.41	3.59	±1.09
				22.5～25.0	1.55	3.45	±0.95
25.0～27.5	1.70	3.30	±0.80
				27.5～30.0	1.82	3.18	±0.68
30.0～32.5	1.94	3.06	±0.56
				32.5～35.0	2.06	2.94	±0.44
35.0～37.5	1.98	3.02	±0.52
				37.5～40.0	1.90	3.10	±0.60
40以上	1.82	3.18	±0.68

当非触发范围⊿V较小时，由于温差信号S_T的电压值落在非触发范围V外的机率相对地比较大，因而提高控制单元20产生控制信号S_C的机率，进而使灵敏度提高；而当非触发范围⊿V较大时，由于温差信号S_T的电压值落在非触发范围⊿V外的机率相对地比较小，因此降低控制单元20产生控制信号S_C的机率，进而使灵敏度降低。由此可知，非触发范围⊿V的值与温度变化感应装置的灵敏度成反比。

图3为如图2B所示温度变化感应装置的非触发范围变化曲线的示意图。如图3所示，非触发范围⊿V相对于环境温度T呈第一曲线C_A变化。在本实施例中，第一曲线C_A包含极小值点⊿V_min及极大值点⊿V_max。极小值点⊿V_min为第一曲线CA中的极小值，且极小值点⊿V_min两端的第一曲线C_A的斜率的乘积为负数，使得第一曲线C_A对应于极小值点⊿V_min的部分为正立的U型曲线。极小值点⊿V_min对应于高界温度T_H，当环境温度T接近高界温度T_H时，控制单元20随着环境温度T的降低或升高而扩大非触发范围⊿V，亦即降低温度变化感应装置的触发灵敏度，以避免环境温度T较高时的热风吹过等其他状况被误判为有人走过等情形。在较佳实施例中，高界温度T_H介于31℃与36℃之间(在本实施例中介于32.5℃与35℃之间)；然而在其他实施例中，高界温度T_H可以为其他值。

极大值点⊿V_max为第一曲线C_A中的极大值，且极大值点V_max两端的第一曲线C_A的斜率的乘积为负数，使得第一曲线C_A对应于极大值点V_max的部分为倒立的U型曲线。极大值点⊿V_max对应于低界温度T_L，当环境温度T接近低界温度T_L时，控制单元20随着环境温度T的降低或升高而缩小非触发范围⊿V，亦即提高温度变化感应装置的触发灵敏度，以避免环境温度T较低时人们穿着厚重衣物而造成不容易感应人体的移动等情形。在较佳实施例中，低界温度T_L介于15℃与20℃之间(在本实施例中介于15℃与17.5℃之间)；然而在其他实施例中，低界温度T_L可以为其他值。

此外，在其他实施例中，可以视需求仅选择实现极小值点⊿V_min或极大值点⊿V_max，亦即仅在环境温度T接近低界温度T_L时扩大非触发范围⊿V，或仅在环境温度T接近高界温度T_H时缩小非触发范围⊿V，此时表2中环境温度T与非触发范围⊿V的对应关系需要作相应的调整。

本发明温度变化感应装置使用程序码来设定不同环境温度下的灵敏度，亦即以软件方式对感测单元10所产生的温差信号S_T进行温度补偿，相较于现有技术中使用热敏电阻进行温度补偿的作法，可不受限制地实现理想的灵敏度曲线，进而能达到更高的感应准确度。

图4A为本发明温度感应方法的一实施例的步骤流程图。在本实施例中，此温度感应方法使用于包含感测单元及控制单元的温度变化感应装置。其中感测单元感测温度变化并据以产生温差信号，控制单元执行程序码，当温差信号的电压位准不在与灵敏度成反比的非触发范围内时，控制单元产生控制信号，进而控制与温度变化感应装置连接的电气装置。如图4A所示，步骤410执行程序码，以根据环境温度设定灵敏度标准。如图4B所示，灵敏度S相对于环境温度T呈第二曲线C_B变化，在本实施例中，第二曲线C_B包含极小值点S_min及极大值点S_max。灵敏度与非触发范围的值如前所述成反比关系，因此第二曲线C_B与图3所示的第一曲线C_A相反。极小值点S_min为第二曲线C_B中的极小值，且极小值点S_min两端的第二曲线C_B的斜率的乘积为负数，使得第二曲线C_B对应于极小值点S_min的部分为正立的U型曲线。极小值点S_min对应于低界温度T_L，当环境温度T接近低界温度T_L时，控制单元随着环境温度T的降低或升高而提高温度变化感应装置的触发灵敏度，以避免环境温度T较低时人们穿着厚重衣物而造成不容易感应人体的移动。极大值点S_max为第二曲线C_B中的极大值，且极大值点S_max两端的第二曲线C_B的斜率的乘积为负数，使得第二曲线C_B对应于极大值点S_max的部分为倒立的U型曲线。极大值点S_max对应于高界温度T_H，当环境温度T接近高界温度T_H时，控制单元随着环境温度T的降低或升高而降低温度变化感应装置的触发灵敏度，以避免环境温度T较高时的热风吹过等其他状况被误判为有人走过等情形。

步骤420使程序码根据灵敏度标准调整温度变化感应装置的灵敏度。在较佳实施例中，如图4C所示，图4A中的步骤420包含步骤421使程序码比较环境温度与低界温度，当环境温度接近低界温度时，随着环境温度的降低或升高而缩小非触发范围。在本实施例中，低界温度介于15℃与20℃之间；然而在其他实施例中，低界温度可以为其他值。步骤422使程序码比较环境温度与高界温度，当环境温度接近高界温度时，随着环境温度的降低或升高而扩大非触发范围。在本实施例中，高界温度介于31℃与36℃之间；然而在其他实施例中，高界温度可以为其他值。然而在其他实施例中，步骤420可以只包含步骤421或步骤422。

步骤430使温度变化感应装置感测温度变化。此时由于温度变化感应装置已经过温度补偿，因此具有较高的感应准确度。

本发明温度感应方法使用程序码来设定不同环境温度下的灵敏度，亦即以软件方式进行温度补偿，相较于现有技术中使用热敏电阻进行温度补偿的作法，可不受限制地实现理想的灵敏度曲线，进而有更高的感应准确度。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包含于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种温度变化感应装置，包含：

一感测单元，用以感测温度变化，并据以产生一温差信号；以及

一控制单元，电藕接至该感测单元，该控制单元执行一程序码以根据环境温度而设定一非触发范围；其中，该非触发范围具有一高界电压与一低界电压并随环境温度变化，当该温差信号的位准不在该非触发范围内时，该控制单元产生一控制信号，该非触发范围相对于环境温度呈一第一曲线变化，该第一曲线包含至少一第一极值点，该第一极值点两端的该第一曲线的斜率的乘积为负数。

2.如权利要求1所述的温度变化感应装置，其中该第一极值点为极大值并对应于一低界温度，使得当环境温度低于该低界温度时，随着环境温度的降低而缩小该非触发范围，当环境温度高于该低界温度时，随着环境温度的升高而缩小该非触发范围。

3.如权利要求2所述的温度变化感应装置，其中该低界温度实质上介于摄氏15度与20度之间。

4.如权利要求1所述的温度变化感应装置，其中该第一极值点为极小值并对应于一高界温度，使得当环境温度低于该高界温度时，随着环境温度的降低而扩大该非触发范围，当环境温度高于该高界温度时，随着环境温度的升高而扩大该非触发范围。

5.如权利要求4所述的温度变化感应装置，其中该高界温度实质上介于摄氏31度与36度之间。

6.一种温度感应方法，供使用于一温度变化感应装置，该方法包含下列步骤：

执行一程序码以根据环境温度设定一灵敏度标准，其中，该温度变化感应装置包含一感测单元及一控制单元，该感测单元感测温度变化，并据以产生一温差信号，该控制单元执行该程序码，当该温差信号的准位不在与该灵敏度成反比的一非触发范围内时，该控制单元产生一控制信号，该非触发范围具有一高界电压与一低界电压并随环境温度变化，该灵敏度标准随着环境温度的不同而呈一第二曲线变化，该第二曲线包含至少一第二极值点，该第二极值点两端的该第二曲线的斜率的乘积为负数；

使该程序码根据该灵敏度标准调整该温度变化感应装置的灵敏度；以及

使该温度变化感应装置感测温度变化。

7.如权利要求6所述的温度感应方法，其中该第二极值点为极小值并对应于一低界温度，调整该温度变化感应装置的灵敏度的步骤包含：

比较环境温度与该低界温度；

当环境温度低于该低界温度时，随着环境温度的降低而缩小该非触发范围；以及

当环境温度高于该低界温度时，随着环境温度的升高而缩小该非触发范围。

8.如权利要求7所述的温度感应方法，其中该低界温度实质上介于摄氏15度与20度之间。

9.如权利要求6所述的温度感应方法，其中该第二极值点为极大值并对应于一高界温度，且该温度变化感应装置包含一感测单元及一控制单元，该感测单元感测温度变化，并据以产生一温差信号，该控制单元执行该程序码，当该温差信号的位准不在与该灵敏度成反比的一非触发范围内时，该控制单元产生一控制信号，调整该温度变化感应装置的灵敏度的步骤包含：

比较环境温度与该高界温度；

当环境温度低于该高界温度时，随着环境温度的降低而扩大该非触发范围；以及

当环境温度高于该高界温度时，随着环境温度的升高而扩大该非触发范围。

10.如权利要求9所述的温度感应方法，其中该高界温度实质上介于摄氏31度与36度之间。