CN103091725A - 静态人体探测装置及其探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静态人体探测装置及其探测方法，该方法涉及对象空间位置探测，能在一定范围内探测到静止不动的人体；装置由红外发射部件及红外接收部件组成，通过多路扫描方式，减小盲区范围，达到需要的精度。红外发射部件采用高频脉冲方式发射信号，红外接收部件只接收固定频率的信号，对太阳光、灯光等干扰源进行过滤，提高探测灵敏度和精确度。

Description

静态人体探测装置及其探测方法

技术领域

本发明涉及一种红外线探测的方法和装置，特别是一种静态人体探测装置及其探测方法。

背景技术

人体探测在现代社会中应用非常广泛，很多设备都需要配合此类外接设备才能正常工作，如公共通道的照明、安防监控中的人体探测、大厅的感应门等等，目前在人体探测产品中，一般采用的技术有热释电探测、微波探测、红外对射探测三种方式。

热释电方式：普通人体会发射10μm左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的探测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经探测处理后就能产生控制信号。该传感器探头只对波长为10μm左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，于是输出探测信号。

人体红外线传感器容易受各种热源、光源、射频辐射的干扰，其穿透力也较差，人体的红外辐射容易被各种物体遮挡，并且当环境温度和人体温度接近时，探测灵敏度会明显下降，严重时还会造成探测失效。此外，红外线热释电传感器对人体的敏感程度还与人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向（即与半径垂直的方向）移动则最为敏感，在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳探测灵敏度极为重要的因素，因此在设计及安装使用时的局限性较大。

微波探测方式：微波感应器是以微波多普勒原理为基础，平面型天线作感应系统，以微处理器作控制的一种感应器。根据多普勒原理，当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，即多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法探测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。微波感应控制器一般安装在室内靠墙角上方，轴向对准门窗部位安装，室外安装则灵敏度较低。

以上两种方式都只能是人体在移动时才能探测到，当人体静止时，这两种方式均不能探测到是否有人体存在。

红外对射方式：一般采用一组或多组红外发射和接收装置，并且每个发射装置对应一个接收装置，由于红外发射管的发射线束是分散的，呈锥型发散，所以其它接收装置也会接收到非其对应发射装置的信号，为了克服此问题，只能加大两组装置之间的距离，也就加大了探测的盲区，不适合高精度的探测需求。

红外对射方式室外使用受温度和太阳光影响，红外线束的灵敏度会有所降低。为了减少由此引起的误报警，使用中须使各对发射器与接收器轴线重合，安装局限性较大。

以上三种探测方式都有各自的特点，但都不适用于静态人体的探测，特别是对要求比较高的场合。

发明内容

为了克服上述现有技术的问题，本发明提供了一种用于人体静态探测的方法和装置。

本发明解决以上问题所采用的技术方案是：

静态人体探测装置，包括红外发射部件及红外接收部件，所述的红外发射部件包括：发射部件电源、扫描电路和红外发射模块；所述红外发射模块由红外驱动器及若干红外发射管组成；所述的发射部件电源分别与红外发射部件中的需供电电路联接，扫描电路的输出端分别与红外驱动器输入端及各红外发射管输入端联接，红外驱动器输出端也分别与各红外发射管输入端联接；所述的红外接收部件包括：接收部件电源、红外接收模块、信号放大器、微处理器及信号输出电路；所述红外接收模块由若干红外接收管构成，接收部件电源分别与红外接收部件中的需供电电路联接，信号放大器输出端与微处理器输入端联接，微处理器输出端还与信号输出电路输入端联接，其特征在于，所述红外接收模块内设有红外接收管，红外接收管集成有选频滤波电路，红外接收管的输出端分别联接选频滤波电路输入端。

进一步的，所述红外接收电路与信号放大器之间串接有多路混频器，红外接收模块的各选频滤波电路输出端分别与多路混频器输入端联接，多路混频器输出端联接信号放大器输入端。

红外发射部件中，发射部件电源采用5V标准直流电源，为部件中各电路供电，由于系统工作在高频状态，所以电源必须稳定、纹波系数小，自身必须带滤波电路，防止其它设备干扰本装置，同时避免本装置发射脉冲干扰其它设备。

静态人体探测装置，可在一定空间范围内准确探测到人体的存在与否，当探测到有人体在空间内，无论是动态还是静态，都会输出信号，供其它设备使用。

扫描电路由微处理器实现，采用8位51内核单片机，主要作用是提供扫描的信号源，根据红外对射的数量进行扫描信号输出，控制各红外发射管以分时扫描方式，按固定时隙循环发射。如设定发射管的发射时间及间隔时间均为10ms，开始信号源以38kHz的载波频率传输至第一路发射管，经过10ms后停止对第一路发射管供电，暂停10ms后开始对第二路发射管供电，同样采用38kHz的载波频率，发射10ms并暂停10ms，然后继续传输至下一路发射管，直到最后一路发射管，然后又从第一路发射管开始，以相同的方式控制各发射管依次发射，循环至最后一路发射管，周而复始。微处理器的时钟信号由晶体振荡器提供，要求稳定性高，温度影响小，保证时间的稳定性，可采用22.1184M晶体振荡器。

红外驱动器的作用是为各红外发射管提供更大的驱动能力，由于微处理器的驱动能力很小，不能满足发射功率要求，必须增加驱动电路。

红外发射管可采用940nm的红外发射管，普通散光型。

红外接收部件中，接收部件电源采用5V标准直流电源，为部件中各电路供电，由于系统工作在高频状态，所以电源必须稳定、纹波系数小，自身带须带滤波电路，防止其它设备干扰本装置，同时避免本装置发射脉冲干扰其它设备。

红外接收模块和选频滤波电路实现红外线接收，采用一体成型的红外接收管，只对38kHz的红外光线作出反应，对太阳光、灯光的光源不动作。

多路混频器将接收到的各信号叠加合成，当某一路光线受到遮挡时，其中一路接收管就没有信号输出，叠加后的信号就会出现一个缺口，将叠加合成信号输入至微处理器。

微处理器采用8位51内核单片机，其作用是对信号进行处理。如果没有人体遮挡，叠加合成的信号会始终为一10ms的脉冲信号，如果有人体遮挡，就会出现缺口，微处理器检测到这个缺口时，进行判断，滤除一些有可能出现的干扰信号，当缺口达到一定数量时，产生动作信号，并控制动作信号的时间。微处理器的时钟信号由晶体振荡器提供，要求稳定性高，温度影响小，保证时间的稳定性，可采用22.1184M晶体振荡器。

信号输出电路将微处理器检测到的动作信号进行处理，输出给其它设备，供其它设备使用，因为只探测到是否有人体存在，所以只需要输出常开或常闭信号即可。

应根据被测物体大小，可设置各红外发射管之间的排布间距，以及各红外接收管之间的排布间距，其间距不能大于被测物体，否则会出现盲区而无法探测。

本发明的静态人体探测装置的探测方法，提供了一种有效的动态及静态物体探测方法，其应用不仅限于对人体的探测，根据不同的探测对象及环境，可调整参数设置，设计出符合要求的探测装置。包括以下步骤：

步骤1：扫描电路控制红外驱动器及各红外发射管，通过红外驱动器驱动各红外发射管发射若干束红外信号；

步骤2：各红外接收管接收若干束红外信号；

步骤3：红外接收部件对接收到的若干路红外接收信号进行放大等处理，根据合成信号判断是否有红外光束被阻挡，输出探测结果。

进一步的，对于静态人体的探测方法，步骤1及步骤2中，红外发射及接收信号采用可防止灯光、太阳光等其它光源的干扰的38kHz固定频率载波。

进一步的，对于静态人体的探测方法，步骤1中，各红外发射管采用分时扫描发射方式，避免因多个发射管同时发射而使红外接收管无法判断是否对应红外发射管的光束被阻挡，进而无法判断是否有人体在发射装置与接收装置之间。

进一步的，对于静态人体的探测方法，步骤2中，各红外接收管对应多个红外发射管，采用分时接收到其中任一红外发射管的光束，保持每束红外光被阻挡时，都会有相应的红外接收管接收不到红外信号。

进一步的，步骤3中，红外接收模块接收到的各路红外接收信号进行选频滤波，只对红外发射管发出的特定频率的38kHz载波信号进行处理。

步骤3中，选频滤波后的若干路红外接收信号经多路混频，将所有信号叠加合成，生成单路接收合成信号。

步骤3中，微处理器对单路合成信号进行分析，得到探测结果，并输出相应的信号。

本发明的有益效果是，由红外发射部件及红外接收部件组成，通过多路扫描方式，减小盲区范围，达到需要的精度。红外发射部件采用高频脉冲方式发射信号，红外接收部件只接收固定频率的信号，对太阳光、灯光等干扰源进行过滤，提高探测灵敏度和精确度。

附图说明

图1是本发明的静态人体探测装置的红外发射部件结构示意图；

图2是本发明的静态人体探测装置的红外接收部件结构示意图；

图3是本发明的静态人体探测装置实施例的红外线束收发示意图；

图4是本发明的静态人体探测装置实施例的红外接收合成的波形图；

图5是本发明的静态人体的探测方法实施例的发射控制流程图；

图6是本发明的静态人体的探测方法实施例的接收控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，为本发明的静态人体探测装置的红外发射部件，包括：发射部件电源、扫描电路和红外发射模块；所述红外发射模块由红外驱动器及若干红外发射管组成；所述的发射部件电源分别与红外发射部件中的需供电电路联接，扫描电路的输出端分别与红外驱动器输入端及各红外发射管输入端联接，红外驱动器输出端也分别与各红外发射管输入端联接。

发射部件电源采用5V标准直流电源，为部件中各电路供电，扫描电路由微处理器实现，将开启和关闭的控制信号输出至各红外发射管，由于没有红外驱动器的功率放大，此时红外发射管并不工作，通过红外驱动器将38kHz的载波加载到各红外发射管上，使其按设定的程序以分时扫描方式发射红外信号。

如图2所示，为本发明的静态人体探测装置的红外接收部件，包括：接收部件电源、红外接收模块、信号放大器、微处理器及信号输出电路，所述红外接收模块由若干红外接收管构成，接收部件电源分别与红外接收部件中的需供电电路联接，信号放大器输出端与微处理器输入端联接，微处理器输出端还与信号输出电路输入端联接，所述红外接收模块内设有红外接收管，红外接收管集成有选频滤波电路,红外接收管的输出端分别联接选频滤波电路输入端。

红外接收电路与信号放大器之间串接有多路混频器，红外接收模块的各选频滤波电路输出端分别与多路混频器输入端联接，多路混频器输出端联接信号放大器输入端。

接收部件电源采用5V标准直流电源，为部件中各电路供电，红外接收管27用于接收发射的红外信号，经内部选频滤波电路处理后，传送给多路混频器，多路混频器将各路信号进行叠加合成，传送给信号放大器，对信号进行放大整形，再输入到微处理器，微处理器按照程序设定的方式进行信号判断识别，完成后由信号输出电路进行放大驱动输出，以便其它设备根据输出信号，探测发射装置与接收装置之间范围内是否存在人体阻挡红外线束。

如图3所示，为本发明的静态人体探测装置的红外收发线束安装示意，红外发射部件和红外接收部件平行安装，每个红外发射管发射的线束均呈扇形状，多个发射管就构成了网状，减小了盲区，根据探测的精度，设计各红外发射管之间的排布间距及各红外接收管之间的排布间距，保证探测的准确性。

本发明的静态人体探测装置的探测方法，提供了一种有效的动态及静态物体探测方法，其应用不仅限于对人体的探测，根据不同的探测对象及环境，可调整参数设置，设计出符合要求的探测装置。包括以下步骤：

步骤1：扫描电路控制红外驱动器及各红外发射管，通过红外驱动器驱动各红外发射管发射若干束红外信号；

步骤2：各红外接收管接收若干束红外信号；

步骤3：红外接收部件对接收到的若干路红外接收信号进行放大等处理，根据合成信号判断是否有红外光束被阻挡，输出探测结果。

进一步的，对于静态人体的探测方法，步骤1及步骤2中，红外发射及接收信号采用可防止灯光、太阳光等其它光源的干扰的38kHz固定频率载波。

进一步的，对于静态人体的探测方法，步骤1中，各红外发射管采用分时扫描发射方式，避免因多个发射管同时发射而使红外接收管无法判断是否对应红外发射管的光束被阻挡，进而无法判断是否有人体在发射装置与接收装置之间。

进一步的，对于静态人体的探测方法，步骤2中，各红外接收管对应多个红外发射管，采用分时接收到其中任一红外发射管的光束，保持每束红外光被阻挡时，都会有相应的红外接收管接收不到红外信号。

进一步的，对于静态人体的探测方法，步骤3中，红外接收模块接收到的各路红外接收信号进行选频滤波，只对红外发射管发出的特定频率的38kHz载波信号进行处理。

步骤3中，选频滤波后的若干路红外接收信号经多路混频，将所有信号叠加合成，生成单路接收合成信号。

步骤3中，微处理器对单路合成信号进行分析，得到探测结果，并输出相应的信号。

如图4所示，为本发明的静态人体探测装置的红外接收的波形，发射波形呈脉冲扫描状态，在没有遮挡的情况下，接收合成后的波形为均匀的10ms宽度的脉冲，当有人体遮挡红外光线时，某一路信号就会丢失，此时接收合成的波形将会出现大于10ms的缺口，系统根据该缺口就能判断出是否存在人体阻挡红外线束。

如图5所示为本发明的静态人体的探测方法实施例的发射控制流程，红外发射部件开机后，扫描电路的微处理器从主程序入口开始执行，首先设定定时器、引脚等初始条件，然后进入发射状态，控制第一路红外发射管进行时长为10ms的发射，并且通过红外驱动器加载38kHz的载波至该发射管，之后暂停10ms，再对第二路发射管进行同样的操作，如此对各路发射管进行分时扫描方式的发射控制，直到对最后一路发射管扫描发射完成后，暂停10ms，又从第一路发射管开始循环发射控制。

如图6所示为本发明的静态人体的探测方法实施例的接收控制流程，红外接收部件开机后，微处理器首先设定定时器、引脚等初始条件，然后进入接收状态，红外接收模块中的各红外接收管实时检测接收红外信号，经选频滤波电路处理后传输至多路混频器，再经信号放大器处理，传输至微处理器，判断接收到的叠加合成信号是否出现缺口，由于发射部件是按10ms的脉冲进行扫描发射的，所以合成信号每经过10ms就会有一个10ms的缺口，如果没有人体遮挡光线，计时器的时间只会是10ms，返回主程序继续检测；如果合成信号存在大于10ms的缺口，则计时器时间大于10ms，即表明可能有人体遮挡红外线束，为了消除误操作，需要连续检测到3次以上才判定真正有人体遮挡红外线束，程序输出信号，供其它设备执行后续操作，如果人体继续存在，则持续输出信号，直到人体离开，接收红外线束恢复正常后，停止输出信号，返回主程序，继续检测。

通过本发明可在一定空间范围内准确探测到人体的存在与否。当探测到有人体在空间内，无论是动态还是静态，都会输出信号，供其它设备使用。本方法的应用不仅限于对人体的探测，根据不同的探测对象及环境，可调整相应参数，设计出符合要求的探测装置。

Claims (9)

1.一种静态人体探测装置，包括红外发射部件及红外接收部件，所述的红外发射部件包括：发射部件电源、扫描电路和红外发射模块；所述红外发射模块由红外驱动器及若干红外发射管组成；所述的发射部件电源分别与红外发射部件中的需供电电路联接，扫描电路的输出端分别与红外驱动器输入端及各红外发射管输入端联接，红外驱动器输出端也分别与各红外发射管输入端联接；所述的红外接收部件包括：接收部件电源、红外接收模块、信号放大器、微处理器及信号输出电路；所述红外接收模块由若干红外接收管构成，接收部件电源分别与红外接收部件中的需供电电路联接，信号放大器输出端与微处理器输入端联接，微处理器输出端还与信号输出电路输入端联接，其特征在于，所述红外接收模块内设有红外接收管，红外接收管集成有选频滤波电路，红外接收管的输出端分别联接选频滤波电路输入端。

2.根据权利要求1所述的静态人体探测装置，其特征在于，所述红外接收模块与信号放大器之间串接有多路混频器，红外接收模块的各选频滤波电路输出端分别与多路混频器输入端联接，多路混频器的输出端联接信号放大器输入端。

3.根据权利要求1所述的静态人体探测装置的探测方法，包括以下步骤：

    步骤1：扫描电路控制红外驱动器及各红外发射管，通过红外驱动器驱动各红外发射管发射若干束红外信号；

    步骤2：各红外接收管接收若干束红外信号；

    步骤3：红外接收部件对接收到的若干路红外接收信号进行放大等处理，根据合成信号判断是否有红外光束被阻挡，输出探测结果。

4.根据权利要求3所述的探测方法，其特征在于，所述的步骤1及步骤2中，红外发射及接收信号采用可防止灯光、太阳光等其它光源的干扰的38kHz固定频率载波。

5.根据权利要求3所述的探测方法，其特征在于，所述的步骤1中，各红外发射管采用分时扫描发射方式。

6.根据权利要求3所述的探测方法，其特征在于，所述的步骤2中，各红外接收管对应多个红外发射管，采用分时接收到其中任一红外发射管的光束，保持每束红外光被阻挡时，都会有相应的红外接收管接收不到红外信号。

7.根据权利要求3所述的探测方法，其特征在于，所述的步骤3中，红外接收模块接收到的各路红外接收信号进行选频滤波，只对红外发射管发出的特定频率的38kHz载波信号进行处理。

8.根据权利要求3所述的探测方法，其特征在于，所述的步骤3中，选频滤波后的若干路红外接收信号经多路混频，将所有信号叠加合成，生成单路接收合成信号。

9.根据权利要求3所述的探测方法，其特征在于，所述的步骤3中，微处理器对单路合成信号进行分析，得到探测结果，并输出相应的信号。

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