CN104123830A - 一种具有红外转发和红外探测功能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有红外转发和红外探测功能的装置及方法，其装置包括处理器、电源模块、无线收发模块、低功耗控制模块、红外接收模块、红外发射模块和红外探测模块；所述处理器分别与红外接收模块、无线收发模块、低功耗控制模块、红外发射模块、红外探测模块连接，所述电源模块分别与低功耗控制模块、红外发射模块、红外探测模块、处理器连接，所述无线收发模块与外部网关连接，所述低功耗控制模块与红外接收模块连接，所述红外发射模块与外部家用电器连接。相对现有技术，本发明能同时进行红外转发和红外探测，通过热释电传感器进行人体感应，具有学习能力，且功耗低。

Description

一种具有红外转发和红外探测功能的装置及方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种具有红外转发和红外探测功能的装置及方法。

背景技术

随着信息技术和网络技术的高速发展以及人们居住理念的变化与提升，家居智能化和家电网络化逐渐成为热门话题。智能家居是指将各种信息设备和住宅设备通过网络连接起来，从而构筑舒适、安全、方便的信息化居住空间，满足人们在家中生活、工作、娱乐和交流的需要，提供安防、社区管理和人们外出时了解家居状况的手段。

经过多年的需求累积，目前通常把智能家居定义为利用计算机、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机地组合成一个系统。具体来说，就是首先在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测。其次，它们都要通过一定的网络平台，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制、监测和交换信息的需求。最终达到满足人们对安全、舒适、方便和绿色环保的需求。

智能家居是一个多功能的综合技术系统，它以家庭住宅为平台，利用先进的计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术、信息技术，将家庭中的各种电器设备通过某种形式的网络有机地连接在一起，进行网络化的综合管理与调控，为人们提供一个舒适、安全、方便、环保和高效率的生活环境。

虽然智能家居的概念很早就出现，市场需求也一直存在，但长期以来智能家居的发展由于受制于相关技术的突破，一直没有得到大规模的应用普及。

在智能家居系统中，将无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。这不仅仅是因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去花在综合布线上的费用和精力，而且更因为它符合家庭网络的通讯特点。随着无线网络技术的进一步发展，必将大大促进家庭网络智能化的进程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能同时进行红外转发和红外探测，通过热释电传感器进行人体感应，具有学习能力，且功耗低的装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有红外转发和红外探测功能的装置，包括处理器、红外接收模块、红外发射模块、红外探测模块和无线收发模块；

所述处理器，其分别与红外接收模块、红外发射模块、红外探测模块、无线收发模块连接，用于对红外接收模块的红外遥控数据电信号进行数据处理，对红外探测模块的远红外线量电信号进行数据处理，并接收无线收发模块的事件信号，进行事件信号类型判断和事件信号数据处理，还用于向红外发射模块发送控制电信号；

所述红外接收模块，其与处理器连接，用于获取外部红外遥控数据，并将红外遥控数据信号转变为红外遥控数据电信号，向处理器转发红外遥控数据电信号；

所述红外发射模块，其与外部家用电器连接，用于将处理器发送的控制电信号转化为红外控制光信号，向外部接收器发送红外控制光信号；

所述红外探测模块，其用于检测外部物体的远红外线量，并将远红外线量转化为电信号传输给处理器；

所述无线收发模块，其与外部网关连接，用于接收外部网关的事件信号，并向处理器转发事件信号。

所述处理器为无线射频处理器。

还包括电源模块，其分别与处理器、红外发射模块、红外探测模块、低功耗控制模块连接，用于分别为处理器、红外发射模块、红外探测模块、低功耗控制模块提供电能。

所述红外接收模块包括PIN光电二极管、自动增益控制器、带通滤波器、第一运算放大器和控制电路，所述PIN光电二极管的正极接地，负极经输入电路与自动增益控制器一端连接；所述自动增益控制器、带通滤波器、第一运算放大器依次串联，所述控制电路分别与自动增益控制器、带通滤波器、第一运算放大器连接，红外接收模块分别通过自动增益控制器、带通滤波器和运算放大器自动对红外遥控数据信号进行增益、过滤和放大，所述控制电路控制自动增益控制器、带通滤波器和运算放大器运作。

还包括低功耗控制模块，其与处理器和电源模块连接，用于接收处理器的控制信号和电源模块的电能，控制红外接收模块运行功率。

所述红外发射模块设置有PNP三极管，所述PNP三极管与处理器连接，所述PNP三极管用于放大红外控制信号；所述红外发射模块设置有多个红外发射管。

所述红外探测模块包括热释红外传感器和热释电处理器，所述热释红外传感器和热释电处理器连接，热释红外传感器感应外部物体的红外线量，热释电处理器将红外线量转化为电信号。

所述热释电处理器包括第二运算放大器、电压比较器、与门、状态控制器、延迟时间定时器和封锁时间定时器，所述第二运算放大器、电压比较器、与门和状态控制器依次串联，所述延迟时间定时器和封锁时间定时器均与所述状态控制器连接，热释电处理器将热释红外传感器检测的电信号放大和信号处理。

所述低功耗控制模块包括偏置电阻R1、三极管、限流电阻R2，所述偏置电阻R1与三极管基极连接，所述三极管发射极与所述限流电阻R3连接，所述三极管的集电极连接3.3V电源。

一种具有红外转发和红外探测功能的装置运作方法，包括以下步骤：

步骤S1：装置初始化，无线收发模块与外部网关连接，如果接收到外部网关的事件信号，向处理器转发事件信号；如果没有接收到外部网关的事件信号，装置进入休眠状态；

步骤S2：处理器判断事件信号类型，如果是命令信号，进入步骤S3；如果是中断事件，进入步骤S8；

步骤S3:处理器判断命令信号类型，如果是学习命令，进入步骤S4；如果是红外转发控制命令，进入步骤S7；

步骤S4：低功耗控制模块接收处理器的控制信号和电源模块的电能，控制红外接收模块的运行功率；

步骤S5：红外接收模块获取外部红外遥控数据，并将红外遥控数据信号转变为红外遥控数据电信号，向处理器转发红外遥控数据电信号；

步骤S6：处理器进行红外遥控数据处理，并将红外遥控数据处理结果经无线收发模块传送给外部网关，结束；

步骤S7：红外发射模块将处理器发送的控制电信号转化为红外控制光信号，向外部接收器发送红外控制光信号，结束；

步骤S8：处理器判断中断事件，如果是红外探测中断事件，进入步骤S9；如果是恢复出厂设置中断事件，进入步骤S10；

步骤S9：红外探测模块检测外部物体的远红外线量，并将远红外线量转化为电信号传输给处理器，所述处理器将红外线量的电信号经无线收发模块传输给网关，结束；

步骤S10：处理器进行网络信息删除，设备重启，结束。

本发明的有益效果是：

1、红外发射模块和红外探测模块可以实现本装置具备红外转发和红外探测功能；

2、低功耗控制模块可以实现红外接收模块在不运作的情况下，实现红外接收模块进入休眠模式；

3、红外探测模块内的热释红外传感器可以进行人体感应，实现人体移动双鉴探测；

4、多个红外发射管可以全方位覆盖进行红外发射，实现高效红外发射，扩大了信号覆盖区域；

5、本装置具有学习能力，能智能学习各种运作流程。

附图说明

图1为本发明一种具有红外转发和红外探测功能的装置的模块框图；

图2为红外接收模块的模块框图；

图3为红外发射模块的原理图；

图4为红外探测模块的模块框图；

图5为低功耗控制模块的原理图；

图6为本发明一种具有红外转发和红外探测功能的装置运作方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图5所示，一种具有红外转发和红外探测功能的装置，包括处理器201、红外接收模块203、红外发射模块204、红外探测模块205和无线收发模块207；

所述处理器201，其分别与红外接收模块203、红外发射模块204、红外探测模块205、无线收发模块207连接，用于对红外接收模块203的红外遥控数据电信号进行数据处理，对红外探测模块205的远红外线量电信号进行数据处理，并接收无线收发模块207的事件信号，进行事件信号类型判断和事件信号数据处理，还用于向红外发射模块204发送控制电信号；

所述红外接收模块203，其与处理器201连接，用于获取外部红外遥控数据，并将红外遥控数据信号转变为红外遥控数据电信号，向处理器201转发红外遥控数据电信号；

所述红外发射模块204，其与外部家用电器连接，用于将处理器201发送的控制电信号转化为红外控制光信号，向外部接收器发送红外控制光信号；

所述红外探测模块205，其用于检测外部物体的远红外线量，并将远红外线量转化为电信号传输给处理器201；

所述无线收发模块207，其与外部网关连接，用于接收外部网关的事件信号，并向处理器201转发事件信号。

所述处理器201为无线射频处理器。

还包括电源模块202，其分别与处理器201、红外发射模块204、红外探测模块205、低功耗控制模块206连接，用于分别为处理器201、红外发射模块204、红外探测模块205、低功耗控制模块206提供电能。

所述红外接收模块203包括PIN光电二极管2031、自动增益控制器2032、带通滤波器2033、第一运算放大器2034和控制电路2035，所述PIN光电二极管2031的正极接地，负极经输入电路与自动增益控制器2032一端连接；所述自动增益控制器2032、带通滤波器2033、第一运算放大器2034依次串联，所述控制电路2035分别与自动增益控制器2032、带通滤波器2033、第一运算放大器2034连接，红外接收模块203分别通过自动增益控制器、带通滤波器和运算放大器自动对红外遥控数据信号进行增益、过滤和放大，所述控制电路控制自动增益控制器、带通滤波器和运算放大器运作。

还包括低功耗控制模块206，其与处理器201和电源模块202连接，用于接收处理器201的控制信号和电源模块202的电能，控制红外接收模块203运行功率，当处理器(201)接收到学习信号时，低功耗控制模块(206)导通，将电源模块(202)的电能输出至红外接收模块(203)；学习结束后，低功耗控制模块(206)截止，红外接收模块(203)处于低功耗状态。

所述红外发射模块204设置有PNP三极管，所述PNP三极管与处理器201连接，所述PNP三极管用于放大红外控制信号；所述红外发射模块204设置有多个红外发射管。

所述红外探测模块205包括热释红外传感器2051和热释电处理器2052，所述热释红外传感器2051和热释电处理器2052连接，热释红外传感器2051感应外部物体的红外线量，热释电处理器2052将红外线量转化为电信号。

所述热释电处理器2051包括第二运算放大器2053、电压比较器2054、与门2055、状态控制器2056、延迟时间定时器2057和封锁时间定时器2058，所述第二运算放大器2053、电压比较器2054、与门2055和状态控制器2056依次串联，所述延迟时间定时器2057和封锁时间定时器2058均与所述状态控制器2056连接，热释电处理器2051将热释红外传感器2051检测的电信号放大和信号处理。

所述低功耗控制模块206包括偏置电阻R1、三极管、限流电阻R2，所述偏置电阻R1与三极管基极连接，所述三极管发射极与所述限流电阻R3连接，所述三极管的集电极连接3.3V电源。

如图6所示，一种具有红外转发和红外探测功能的装置运作方法，包括以下步骤：

步骤S1：装置初始化，无线收发模块207与外部网关连接，如果接收到外部网关的事件信号，向处理器201转发事件信号；如果没有接收到外部网关的事件信号，装置进入休眠状态；

步骤S2：处理器201判断事件信号类型，如果是命令信号，进入步骤S3；如果是中断事件，进入步骤S8；

步骤S3:处理器201判断命令信号类型，如果是学习命令，进入步骤S4；如果是红外转发控制命令，进入步骤S7；

步骤S4：低功耗控制模块206接收处理器201的控制信号和电源模块202的电能，控制红外接收模块203的运行功率；

步骤S5：红外接收模块203获取外部红外遥控数据，并将红外遥控数据信号转变为红外遥控数据电信号，向处理器201转发红外遥控数据电信号；

步骤S6：处理器201进行红外遥控数据处理，并将红外遥控数据处理结果经无线收发模块207传送给外部网关，结束；

步骤S7：红外发射模块204将处理器201发送的控制电信号转化为红外控制光信号，向外部接收器发送红外控制光信号，结束；

步骤S8：处理器判断中断事件，如果是红外探测中断事件，进入步骤S9；如果是恢复出厂设置中断事件，进入步骤S10；

步骤S9：红外探测模块205检测外部物体的远红外线量，并将远红外线量转化为电信号传输给处理器201，所述处理器201将红外线量的电信号经无线收发模块207传输给外部网关，结束；

步骤S10：处理器201进行网络信息删除，设备重启，结束。

实施例1：红外接收模块采用一体化红外接收头，包括自动增益控制、带通滤波器、PIN光电二极管和低功耗、运算放大器,可以有效地过滤掉噪声和干扰信号。

当接收到遥控器的38K载波信号时，红外接收模块203会输出低电平，否则输出高电平，从而可以将“时断时续”的遥控器信号解调成一定周期的连续方波信号输出，送至处理器201进行处理。

红外接收模块203是能够接收红外信号的小型化接收器件，红外接收模块设置有环氧包装，可以作为红外过滤器，因此不需要再加红外过滤装置；即使在干扰很强的环境中，它的输出还是很稳定的。

红外接收模块203内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在供电脚上加上滤波电容；信号输出脚连接到处理器的管脚P0_6，P0_6为定时器1、通道4的捕获/比较引脚，使用的是捕获功能，用来捕获红外信号；没有接收到红外信号时，红外接收模块203输出为高电平，当接收到红外信号时，输出为高电平与低电平组成的脉冲。

红外发射模块204包括7个红外发射管进行发射，全方位覆盖；它包括7个基极增益电阻、7个信号调制三极管、7个宽角度红外发射二极管及7个功率控制电阻。

38k调制信号由处理器201产生输出，用来输出对家用电器实行控制的红外编码调制信息，发送数据时，是将待发送的转发数据调制成一系列的脉冲串信号后发送出去。

当38k调制信号为低电平时，三极管导通，输出高电平；当38k调制信号为高电平时，三极管截止，输出低电平；这样周期性的产生了时断时续的红外载波调制信号，此信号通过三极管放大和电阻限流后送至红外发射管，发送红外光信号。红外发射管将周期的电信号转变成一定频率的红外光信号，发射至所需控制的家用电器。

当三极管导通时，正确选取基极增益电阻的电阻值使三极管工作在饱和状态，此时红外发射管的发射功率最大。

红外发射模块204采用了PNP三极管与处理器201的I/O口相接，采用了灌电流模式，解决了处理器201I/O口驱动电流较小的情况，同时解决了一个I/O管脚驱动多个三极管的问题。

红外发射模块204采用了7个红外发射管，加大了信号覆盖区域，可以全方位进行遥控，在区域内放置一个设备即可控制周围所有的家用电器。

红外探测模块采用被动热释电红外传感探测技术，实现人体移动双鉴探测；它包括热释红外传感器2051、热释电处理器2052和5V电源。

热释红外传感器2051是一种能够检测出物体的热量(即远红外线量)，并且将其转换为电气信号的零部件；这种温度敏感传感器，它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷，即在两电极之间产生一微弱电压；热释红外电传感器2051包括滤光片、热释电元件PZT和场效应管FET；其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口；滤光片为多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长(约5mm以下)可很好滤除；热释电元件PZT将波长在8mm～12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号。

热释电处理器2052包括第二运算放大器2053、电压比较器2054、与门2055、状态控制器2056、延迟时间定时器2057、封锁时间定时器2058；利用第二运算放大器2053组成传感信号预处理电路，将热释红外传感器2051检测的电信号放大，再经由电压比较器2054构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器2057和封锁时间定时器2058，最后输出探测信号，探测信号输入至处理器201进行相关处理。

低功耗模块206包括偏置电阻R1、三极管、限流电阻R2，当进入红外学习状态时，处理器201输出高电平控制信号到偏置电阻端，三极管导通，输出3.3V电源经限流电阻至红外接收模块203电源端，提供红外接收模块203电能；学习结束后，处理器201输出低电平控制信号，三极管截止，无3.3V电源输出，红外接收模块203处于低功耗状态，为整个红外转发、红外探测二合一装置降低了功耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有红外转发和红外探测功能的装置，其特征在于：包括处理器(201)、红外接收模块(203)、红外发射模块(204)、红外探测模块(205)和无线收发模块(207)；

所述处理器(201)，其分别与红外接收模块(203)、红外发射模块(204)、红外探测模块(205)、无线收发模块(207)连接，用于对红外接收模块(203)的红外遥控数据电信号进行数据处理，对红外探测模块(205)的远红外线量电信号进行数据处理，并接收无线收发模块(207)的事件信号，进行事件信号类型判断和事件信号数据处理，还用于向红外发射模块(204)发送控制电信号；

所述红外接收模块(203)，其与处理器(201)连接，用于获取外部红外遥控数据，并将红外遥控数据信号转变为红外遥控数据电信号，向处理器(201)转发红外遥控数据电信号；

所述红外发射模块(204)，其与外部家用电器连接，用于将处理器(201)发送的控制电信号转化为红外控制光信号，向外部接收器发送红外控制光信号；

所述红外探测模块(205)，其用于检测外部物体的远红外线量，并将远红外线量转化为电信号传输给处理器(201)；

所述无线收发模块(207)，其与外部网关连接，用于接收外部网关的事件信号，并向处理器(201)转发事件信号。

2.根据权利要求1所述一种具有红外转发和红外探测功能的装置，其特征在于：所述处理器(201)为无线射频处理器。

3.根据权利要求1所述一种具有红外转发和红外探测功能的装置，其特征在于：还包括电源模块(202)，其分别与处理器(201)、红外发射模块(204)、红外探测模块(205)、低功耗控制模块(206)连接，用于分别为处理器(201)、红外发射模块(204)、红外探测模块(205)、低功耗控制模块(206)提供电能。

4.根据权利要求1所述一种具有红外转发和红外探测功能的装置，其特征在于：所述红外接收模块(203)包括PIN光电二极管(2031)、自动增益控制器(2032)、带通滤波器(2033)、第一运算放大器(2034)和控制电路(2035)，所述PIN光电二极管(2031)的正极接地，负极经输入电路与自动增益控制器(2032)一端连接；所述自动增益控制器(2032)、带通滤波器(2033)、第一运算放大器(2034)依次串联，所述控制电路(2035)分别与自动增益控制器(2032)、带通滤波器(2033)、第一运算放大器(2034)连接，红外接收模块(203)分别通过自动增益控制器、带通滤波器和运算放大器自动对红外遥控数据信号进行增益、过滤和放大，所述控制电路控制自动增益控制器、带通滤波器和运算放大器运作。

5.根据权利要求1所述一种具有红外转发和红外探测功能的装置，其特征在于：还包括低功耗控制模块(206)，其与处理器(201)和电源模块(202)连接，用于接收处理器(201)的控制信号和电源模块(202)的电能，控制红外接收模块(203)运行功率。

6.根据权利要求1所述一种具有红外转发和红外探测功能的装置，其特征在于：所述红外发射模块(204)设置有PNP三极管，所述PNP三极管与处理器(201)连接，所述PNP三极管用于放大红外控制光信号；所述红外发射模块(204)还设置有多个红外发射管。

7.根据权利要求1所述一种具有红外转发和红外探测功能的装置，其特征在于：所述红外探测模块(205)包括热释红外传感器(2051)和热释电处理器(2052)，所述热释红外传感器(2051)和热释电处理器(2052)连接，热释红外传感器(2051)感应外部物体的红外线量，热释电处理器(2052)将红外线量转化为电信号。

8.根据权利要求7所述一种具有红外转发和红外探测功能的装置，其特征在于：所述热释电处理器(2051)包括第二运算放大器(2053)、电压比较器(2054)、与门(2055)、状态控制器(2056)、延迟时间定时器(2057)和封锁时间定时器(2058)，所述第二运算放大器(2053)、电压比较器(2054)、与门(2055)和状态控制器(2056)依次串联，所述延迟时间定时器(2057)和封锁时间定时器(2058)均与所述状态控制器(2056)连接，热释电处理器(2051)将热释红外传感器(2051)检测的电信号放大和信号处理。

9.根据权利要求5所述一种具有红外转发和红外探测功能的装置，其特征在于：所述低功耗控制模块(206)包括偏置电阻R1、三极管、限流电阻R2，所述偏置电阻R1与三极管基极连接，所述三极管发射极与所述限流电阻R3连接，所述三极管的集电极连接3.3V电源。

10.一种具有红外转发和红外探测功能的装置运作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：装置初始化，无线收发模块(207)与外部网关连接，如果接收到外部网关的事件信号，向处理器(201)转发事件信号；如果没有接收到外部网关的事件信号，装置进入休眠状态；

步骤S2：处理器(201)判断事件信号类型，如果是命令信号，进入步骤S3；如果是中断事件，进入步骤S8；

步骤S3:处理器(201)判断命令信号类型，如果是学习命令，进入步骤S4；如果是红外转发控制命令，进入步骤S7；

步骤S4：低功耗控制模块(206)接收处理器(201)的控制信号和电源模块(202)的电能，控制红外接收模块(203)的运行功率；

步骤S5：红外接收模块(203)获取外部红外遥控数据，并将红外遥控数据信号转变为红外遥控数据电信号，向处理器(201)转发红外遥控数据电信号；

步骤S6：处理器(201)进行红外遥控数据处理，并将红外遥控数据处理结果经无线收发模块(207)传送给外部网关，结束；

步骤S7：红外发射模块(204)将处理器(201)发送的控制电信号转化为红外控制光信号，向外部接收器发送红外控制光信号，结束；

步骤S8：处理器判断中断事件，如果是红外探测中断事件，进入步骤S9；如果是恢复出厂设置中断事件，进入步骤S10；

步骤S9：红外探测模块(205)检测外部物体的远红外线量，并将远红外线量转化为电信号传输给处理器(201)，所述处理器(201)将红外线量的电信号经无线收发模块(207)传输给外部网关，结束；

步骤S10：处理器(201)进行网络信息删除，设备重启，结束。