CN105093346A - 一种可检测静止与运动人体的红外探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可检测静止与运动人体的红外探测装置及方法，通过定位开孔挡板上孔的位置，使孔正对热释电传感器，实现运动人体检测，而无需电机一直工作；对于静止人体检测通过控制挡板周期性遮挡红外热释电传感器，使传感器输出变为脉冲信号，通过判断脉冲信号峰峰值的区别，设别是否有人。本发明通过判断信号的峰峰值识别是否有人，大大提高了识别的准确性；同时，本发明使用一个传感器可同时检测运动和静止人体，而且电机仅在检测静止人体时工作，从而避免了其他主动式热释电传感器为检测静止人体而让电机一直运作，造成能源浪费。

Description

一种可检测静止与运动人体的红外探测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种红外探测装置，尤其涉及一种可检测静止与运动人体的红外探测装置及方法，属于红外检测领域。

背景技术

红外辐射在自然界中十分普遍,任何物体只要它的温度高于绝对零度℃,就会有红外线向周围空间辐射。热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的探测元件组成，在温度变化时,它们的自发极化强度发生变化,从而在它们的两端产生异号的束缚电荷而在每个探测器内装入两个探测元件,并将两个探测元件以反极性串联,由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号,经装在探头内的场效应管放大后向外输出。

热释电红外传感器只能进行被动式工作,不能探测静止物体,并且信号幅度小,现在最常用的热释电红外传感器是双元热释电红外传感器,仅当传感器监测范围内温度有变化时,热释电效应才会在两个电极上会产生电荷,在两电极之间产生一微弱电压,当环境温度稳定不变时，传感器无输出，所以无法检测静止人体。

为了检测静止的人体，综合现有专利，基本分为两种方法，第一种方式是利用相对运动，使传感器与人体产生相对运动。利用相对运动的又分为三种，第一种是使PIR传感器运动的如公开号为CN200989946，CN102510601A；第二种是使菲涅尔透镜运动的，如公开号为CN102230824A，CN201983863U；第三种是使PIR传感器与菲涅尔透镜一起运动的，如CN102510601A，CN102510640A，CN103278245A，CN103399351A，CN201766566U。但是利用这种方式的都忽略了传感器运动时，环境中的红外光线也与之形成了运动，热释电传感器即使无人情况下依旧会产生输出，而且传感器工作时几乎都是一直都在进行相对运动，器件损耗大且有噪音。

第二种方式是利用斩光器原理，通过一个挡板遮挡传感器，使环境的中的红外光线变为脉冲式的红外输入。如专利公开号CN103148946A，CN101922462A，CN102928090A，CN103148946A，CN201234378Y。但是这几种几乎都使电机一直在转动，不仅带来了极大的功耗的浪费，电机持续运作损耗大且环境会一直存在有噪音。而公开号为CN201234378Y中，虽然未一直开启电机但是用了多个传感器，不仅增大了成本的消耗，也给探测器的体积与安装带了很大的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种可检测静止与运动人体的红外探测装置及方法，其能够采用一个热释电传感器实现静止与运动的人体检测。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种可检测静止与运动人体的红外探测装置，包含筒状外壳、固定板、挡板、电机、控制器、热释电传感器、定位元件、磁铁和圆孔，所述筒状外壳一端为封闭状，所述固定板设置于筒状外壳内部并垂直于筒状外壳内壁，所述挡板与固定板平行且分别与电机的转动轴连接，所述热释电传感器和定位元件设置在固定板上且位置相对于固定板的圆心呈中心对称，所述电机设置在固定板的中心对称点上，所述磁铁和圆孔设置在挡板上且位置相对于挡板的圆心呈中心对称，所述定位元件与磁铁位置上下对应，所述热释电传感器与圆孔位置上下对应；所述控制器包含微控制器模块以及与微控制器模块连接的热释电传感器处理电路、定位元件检测电路、电机驱动模块和功率驱动电路，所述热释电传感器处理电路连接热释电传感器，所述定位元件检测电路连接定位元件，所述电机驱动模块和功率驱动电路分别连接电机。

作为本发明一种可检测静止与运动人体的红外探测装置的进一步优选方案，所述热释电传感器的芯片型号为KDS209。

作为本发明一种可检测静止与运动人体的红外探测装置的进一步优选方案，所述定位元件采用霍尔元件。

作为本发明一种可检测静止与运动人体的红外探测装置的进一步优选方案，所述微控制器模块采用STC系列单片机。

一种可检测静止与运动人体的红外探测装置的检测方法，具体包含如下步骤；

步骤1，控制挡板上的圆孔的位置处于热释电传感器的正下方，执行热释电传感器动态检测，若无检测到运动人体信号，则返回继续检测；若有检测到运动人体信号，则输出控制信号，进入步骤2；

步骤2，在步骤1中检测到运动人体信号时，系统进入连续工作模式，连续检测是否仍有运动人体，一旦检测到无运动人体信号时，系统停止运动人体检测判断，则进入步骤3；

步骤3，控制电机带动挡板周期性的遮挡热释电传感器，进而根据热释电传感器输出信号的峰峰值判断有无静止人存在，若无静止人存在则返回步骤1，反之则周期性间歇启动检测是否存在静止人体，直至检测到无静止人体，则返回步骤1。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明采用一个热释电传感器检测静止与运动人体，且通过对孔位的定位，使电机无需持续运作即可满足正常运动与静止人体检测；

2、本发明的驱动运动部件转动的电机可选用常用的直流电机，成本低廉，且对于电机转速并无太大要求，配合定位装置或控制电机旋转角度方法，控制挡板孔的停止位置；

3、本发明实现利用一个传感器即可同时实现两种状态检测，结构精简，体积小；

4、本发明的微处理器传感器输出电压波形通过峰峰值判断是否存在静止人体，误判率低，实现容易。

附图说明

图1是本发明的结构图；

图2是本发明控制器的结构原理框图

图3是本发明的运动人体检测信号处理电路；

图4是本发明的静止人体检测信号处理电路；

图5本发明定位元件和电机与单片机的连接图；

图6是本发明微处理器所控制的驱动电路图。

图中标号具体如下：1-筒状外壳，2-热电式传感器，3-圆孔，4-电机，5-固定板，6-挡板，7-控制器，8-定位元件，9-磁铁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种可检测静止与运动人体的红外探测装置，包含筒状外壳1、固定板5、挡板6、电机4、控制器7、热释电传感器2、定位元件8、磁铁9和圆孔3，所述筒状外壳一端为封闭状，所述固定板5设置于筒状外壳1内部并垂直于筒状外壳1内壁，所述挡板6与固定板5平行且分别与电机4的转动轴连接，所述热释电传感器2和定位元件8设置在固定板5上且位置相对于固定板5的圆心呈中心对称，所述电机4设置在固定板5的中心对称点上，所述磁铁9和圆孔3设置在挡板6上且位置相对于挡板6的圆心呈中心对称，所述定位元件8与磁铁9位置上下对应，所述热释电传感器2与圆孔3位置上下对应；如图2所示，所述控制器7包含微控制器模块以及与微控制器模块连接的热释电传感器处理电路、定位元件检测电路、电机驱动模块和功率驱动电路，所述热释电传感器处理电路连接热释电传感器2，所述定位元件检测电路连接定位元件8，所述电机驱动模块和功率驱动电路分别连接电机4。

其中，所述热释电传感器的芯片型号为KDS209，所述定位元件采用霍尔元件，所述微控制器模块采用STC系列单片机。

如图3所示，运动人体检测信号处理电路，热释电传感器的输出经过放大器放，然后经过比较器后输出高低电平。该输出信号用于判断是否存在运动人体。

如图4所示，静止人体检测信号处理电路，热释电传感器的输出经过放大器放大后，然后经过AD转换，将数据传输给单片机，单片机通过对静态检测的时间内峰峰值的高低，判断当前环境是否有人。

如图5所示，定位元件和电机与微控制器模块的的连接图，本发明采用定位元件和磁铁配合，实现孔的定位。电机旋转时，微控制器模块通过检测定位元件的电平判断孔的位置。执行动态检测，电机与孔定位装置的连接框图，执行检测静止人体模式时，为使之后转换为动态检测时，挡板上孔位置可以停于传感器的正上方，本发明采用的定位装置为定位元件，单片机通过检测定位元件的输出，判断孔的位置与电机旋转圈数来控制电机的启停。

如图6所示，控制功率驱动电路的导通与断路的信号是作为单片机选择静止检测与动态检测的标准之一，本发明通过控制继电器的吸合与释放，控制功率驱动电路的导通与否。

一种可检测静止与运动人体的红外探测装置的检测方法，具体包含如下步骤；

步骤1，控制挡板上的圆孔的位置处于热释电传感器的正下方，执行热释电传感器动态检测，若无检测到运动人体信号，则返回继续检测；若有检测到运动人体信号，则输出控制信号，进入步骤2；

步骤2，在步骤1中检测到运动人体信号时，系统进入连续工作模式，连续检测是否仍有运动人体，一旦检测到无运动人体信号时，系统停止运动人体检测判断，则进入步骤3；

步骤3，控制电机带动挡板周期性的遮挡热释电传感器，进而根据热释电传感器输出信号的峰峰值判断有无静止人存在，若无静止人存在则返回步骤1，反之则周期性间歇启动检测是否存在静止人体，直至检测到无静止人体，则返回步骤1。

以下是一种可检测静止与运动人体的红外探测装置与方法的详细工作步骤：

a）功率驱动电路初始为断路，（若为导通状态，则说明系统已经开始正常工作，执行步骤b））。

b）执行传感器动态检测。如图3所示，传感器将检测的信号经过放大，然后通过比较器输出高低电平信号，单片机持续扫描传感器模块高低电平输出。若检测到有人，使功率驱动电路导通，传感器继续进行动态检测；若传感器模块输出为低电平，那么执行步骤c）。

c）若发现功率驱动电路为断路，那么返回步骤b）。若发现功率驱动电路为导通状态，说明可能存在静止人体。执行步骤d）。

d）单片机执行定时程序定时时间内，依旧持续检测传感器模块的输出。若定时时间内，出现了高电平，那么清空定时器值，返回步骤b）；未检测到有动态人体，那么执行步骤e）。

e）单片机控制电机旋转，不去检测传感器模块开关量输出，对热释电传感器输出电压的峰峰值与阀值进行对比。若该差值低于阀值，执行步骤f），若高于阀值执行步骤g）

f）根据定位元件高低电平变化次数得出的电机旋转圈数，判断当前旋转圈数是否高于设定圈数，若电机旋转圈数到达设定圈数后，最大峰峰值都低于阀值，说明当前环境的确无人，执行电机矫正程序，使挡板孔位停于传感器模块正上方，控制功率驱动电路断开，返回步骤b）。若电机旋转圈数未设定圈数，则返回步骤e）。

g）若峰峰值高于阀值，说明当前环境下有静止人体，那么保持功率驱动电路的导通，执行电机矫正程序，使挡板孔位停于传感器模块正上方，返回步骤b）。

应当指出的是,尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,以上所述实施内容,是结合具体的优选实施方式的一种,是对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明,而是要求符合与本文所公开的思路和原理相一致的最宽的范围，如对于孔位置的检测方式，内部结构各部件固定方式等。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思和算法的前提下,还可以做出若干简单改进或替换。在附权利要求书所限定的本发明的原理范围内,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可检测静止与运动人体的红外探测装置，其特征在于：包含筒状外壳（1）、固定板（5）、挡板（6）、电机（4）、控制器（7）、热释电传感器（2）、定位元件（8）、磁铁（9）和圆孔（3），所述筒状外壳一端为封闭状，所述固定板（5）设置于筒状外壳（1）内部并垂直于筒状外壳（1）内壁，所述挡板（6）与固定板（5）平行且分别与电机（4）的转动轴连接，所述热释电传感器（2）和定位元件（8）设置在固定板（5）上且位置相对于固定板（5）的圆心呈中心对称，所述电机（4）设置在固定板（5）的中心对称点上，所述磁铁（9）和圆孔（3）设置在挡板（6）上且位置相对于挡板（6）的圆心呈中心对称，所述定位元件（8）与磁铁（9）位置上下对应，所述热释电传感器（2）与圆孔（3）位置上下对应；所述控制器（7）包含微控制器模块以及与微控制器模块连接的热释电传感器处理电路、定位元件检测电路、电机驱动模块和功率驱动电路，所述热释电传感器处理电路连接热释电传感器（2），所述定位元件检测电路连接定位元件（8），所述电机驱动模块和功率驱动电路分别连接电机（4）。

2.根据权利要求1所述的一种可检测静止与运动人体的红外探测装置，其特征在于：所述热释电传感器的芯片型号为KDS209。

3.根据权利要求1所述的一种可检测静止与运动人体的红外探测装置，其特征在于：所述定位元件采用霍尔元件。

4.根据权利要求1所述的一种可检测静止与运动人体的红外探测装置，其特征在于：所述微控制器模块采用STC系列单片机。

5.一种可检测静止与运动人体的红外探测装置的检测方法，其特征在于：具体包含如下步骤；

步骤1，控制挡板上的圆孔的位置处于热释电传感器的正下方，执行热释电传感器动态检测，若无检测到运动人体信号，则返回继续检测；若有检测到运动人体信号，则输出控制信号，进入步骤2；

步骤2，在步骤1中检测到运动人体信号时，系统进入连续工作模式，连续检测是否仍有运动人体，一旦检测到无运动人体信号时，系统停止运动人体检测判断，则进入步骤3；

步骤3，控制电机带动挡板周期性的遮挡热释电传感器，进而根据热释电传感器输出信号的峰峰值判断有无静止人存在，若无静止人存在则返回步骤1，反之则周期性间歇启动检测是否存在静止人体，直至检测到无静止人体，则返回步骤1。