CN107228715A - 一种热释电红外控制芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了热释电红外控制芯片，包含芯片本体，内部设有放大单元、模数转换单元、带通数字滤波器、阈值基准单元、带隙基准单元、多位数值比较器、状态控制单元、固定频率振荡器、定时单元、迟滞比较器以及驱动模块；带隙基准单元的输入与芯片电源引脚相连；状态控制单元包含有状态输入端、使能端与输出端，其中一个状态输入端与模式选择引脚直接相连；放大单元的输入端与人体红外信号输入引脚相连；放大单元的输出端与模数转换单元、带通数字滤波器顺序连接，带通数字滤波器的输出通过多位数值比较器与阈值基准单元相比较；迟滞比较器的输入与触发引脚相连，输出与状态控制单元的使能端相连；本发明有益效果是抗干扰且便于小型化。

Description

一种热释电红外控制芯片

技术领域

本发明涉及人体红外控制领域，具体涉及一种热释电红外控制芯片。

背景技术

热释电传感器(PIR)能够探测微弱的人体红外线信号，可广泛应用于人体探测应用领域。例如：楼道灯自动照明控制、自动冲水以及防盗报警等领域。传感器输出的信号过于微弱，并且有很多干扰信号，因此需要后级电路对PIR传感器输出信号进行放大和滤波处理，放大有用信号、抑制无用信号；同时内置比较器，自动判别信号强度；内置定时，实现“人来灯亮，人走灯灭”等功能。

传统的模拟PIR处理电路内置两级运算放大器，通过外接电阻、电容构成的二阶带通滤波器将PIR信号进行滤波、放大处理。滤波放大后的信号如果大于阈值电压将产生触发信号，进而启动延迟计数功能模块。由于人体运动信号频率较低，带通滤波器所需要的外围电阻，特别是电容通常采用的是大容量的电解电容，无法进行集成，传统方案功耗也较大，外围器件较多，占用PCB面积较大，成本较高，因此有必要进行深入研究。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种功耗低、且抗干扰性强的热释电红外控制芯片。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种热释电红外控制芯片，包含芯片本体，芯片本体上设有芯片电源引脚、人体红外信号输入引脚、芯片接地引脚、触发引脚、时间连接引脚、模式选择引脚与输出引脚；在芯片本体内设有放大单元、模数转换单元、带通数字滤波器、阈值基准单元、带隙基准单元、多位数值比较器、状态控制单元、固定频率振荡器、定时单元、迟滞比较器以及驱动模块；所述带隙基准单元的输入与芯片电源引脚相连，用于将外部直流供电转换为芯片内放大单元、模数转换单元、带通数字滤波器、多位数值比较器、状态控制单元、定时单元、迟滞比较器及驱动模块的所需用电；所述阈值基准单元包含固定大小且有多位的数字单元，用作带通数字滤波器的输出比较基准；所述状态控制单元包含有状态输入端、使能端与输出端，其中一个状态输入端与模式选择引脚直接相连；放大单元的输入端与人体红外信号输入引脚相连，用于放大所连接外部PIR传感器采集的传感信号；放大单元的输出端与模数转换单元、带通数字滤波器顺序连接，带通数字滤波器的输出通过多位数值比较器与阈值基准单元相比较；迟滞比较器的输入与触发引脚相连，其输出与状态控制单元的使能端相连；模式选择引脚与状态控制单元的状态输入端相连；定时单元的输入与时间连接引脚相连，其输出与状态控制单元的状态输入端相连；定时单元还包含触发端，用于启动定时，定时单元的触发端与多位数值比较器的输出端相连；固定频率振荡器用作芯片本体内部的最小时间参照基准，与定时单元和/或状态控制单元相连；所述状态控制单元的输出端与驱动模块的输入相连，在状态控制单元接到多位数值比较器的输出后触发驱动模块维持高电平输出，再接到定时单元的延迟输出后转为低电平输出。

本发明通过在芯片本体内将PIR信号传感器获取的传感信号经过放大单元放大后，由模数转换单元将模拟信号改为数字信号，并通过数字滤波器实现滤波，从而避免了模拟方法滤波时所需要的大电容，有效的减小了电路部件体积及PCB占用面积，并且通过数字滤波器能好的滤除干扰杂波，输出更稳定；通过定时单元的设计，可以根据需要输出所需时间长短的高电平，并驱动外部电路如继电器或LED或其他所需驱动电路，使用灵活。通过触发引脚可外接光敏元件，如光敏电阻与普通电阻构成的电阻分压器，从而便于实现根据不同照度而自动触发或切换控制模块的使能端控制电平，进而实现对应白天黑夜或不同照度的工作状态控制输出；迟滞比较器由于其上下限存在一定的差值，能够有效避免外部干扰，稳定性更好。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

⑴、采用数字技术，功耗低，大幅延长电池使用寿命；

⑵、集成度高，采用的外部构件数量少，整体结构小，易于小型化设计；

⑶、抗干扰性强，工作更稳定可靠；

⑷、延迟时间方便调节，更换芯片时间连接引脚所连RC电阻电容即可；

⑸、内置放大单元，可与多种PIR传感器匹配，适用性广；

⑹、触发模式可选单次触发或重复触发，使用灵活。

附图说明

图1为实施例的原理结构框图。

图2为实施例的使用电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

一种热释电红外控制芯片，呈SOP贴片8脚封装形式，如图1所示，各引脚分别为芯片电源引脚VDD、人体红外信号输入引脚PIRIN、芯片接地引脚GND、触发引脚CDS、时间连接引脚TCI、模式选择引脚MODE、第一输出引脚OUTPUT1与第二输出引脚OUTPUT2；在芯片本体内设有自动增益放大单元AMP、模数转换单元ADC、0.4HZ～7HZ带通数字滤波器、阈值基准单元、带隙基准单元、多位数值比较器、状态控制单元、固定频率振荡器、定时单元、迟滞比较器以、第一驱动单元及第二驱动单元；所述带隙基准单元的输入与芯片电源引脚VDD相连，用于将外部直流供电转换为芯片内自动增益放大单元AMP、模数转换单元ADC、0.4HZ～7HZ带通数字滤波器、多位数值比较器、状态控制单元、定时单元、迟滞比较器、第一驱动单元及第二驱动单元的所需用电；所述阈值基准单元包含固定大小且有多位的数字单元，用作带通数字滤波器的输出比较基准；所述状态控制单元包含有状态输入端、使能端与输出端，其中一个状态输入端与模式选择引脚MODE相连，当模式选择引脚MODE输入高电平时，则在定时单元工作过程中，状态控制单元接收的触发信号同样有效，且定时单元重新计时，为重复触发状态；当模式选择引脚MODE输入低电平时，则在定时单元工作过程中，状态控制单元接收的触发信号不再有效，为单次触发状态；自动增益放大单元AMP的输入端与人体红外信号输入引脚PIRIN相连，用于放大所连接外部PIR传感器采集的传感信号，且自动增益放大单元AMP自动调节的增益倍数，可避免输入信号出现放大倍数过大或过小呈如削顶或缺少动态的平缓输出之类的失真，从而影响精确控制；自动增益放大单元AMP的输出端与模数转换单元、0.4HZ～7HZ带通数字滤波器顺序连接，0.4HZ～7HZ带通数字滤波器的输出通过多位数值比较器与阈值基准单元相比较，当多位数值比较器比对0.4HZ～7HZ带通数字滤波器的输出值大于阈值基准单元数值时，则输出触发信号；迟滞比较器的输入与触发引脚CDS相连，其输出与状态控制单元的使能端相连；模式选择引脚MODE与状态控制单元的状态输入端相连；定时单元的输入与时间连接引脚TCI相连，其输出与状态控制单元的状态输入端相连；定时单元还包含触发端，用于启动定时，定时单元的触发端与多位数值比较器的输出端相连；固定频率振荡器用作芯片本体内部的最小时间参照基准，与定时单元和/或状态控制单元相连；所述固定频率振荡器的振荡频率为64K赫兹；一方面提供秒级较长的时间已经足够，另一方面，避免过高的频率带来不必要的EMI干扰问题；所述状态控制单元的输出端与第一驱动单元、第二驱动单元的输入相连，在状态控制单元接到多位数值比较器的输出后触发第一驱动单元和/或第二驱动单元维持高电平输出，再接到定时单元的延迟输出后转为低电平输出；所述第一驱动单元、第二驱动单元包含有MOS管或三极管，以增大状态控制单元的带负载能力；所述定时单元包含1.8秒固定延时单元、RC波形发生振荡器与计数器，其中，决定振荡频率或振荡周期的RC波形发生振荡器的RC电阻电容结构以外部电路连接方式，通过时间连接引脚TCI与RC波形发生振荡器相连；计数器与RC波形发生振荡器的输出相连；1.8秒固定延时单元的输入与固定频率振荡器相连，其输出与计数器相连；计数器的输出与状态控制单元的输入相连。通过1.8秒固定延时单元的延时，能够有效抑制负载切换过程中产生的电源波动引起的各种干扰；时间连接引脚TCI输入一个周期脉冲，则计数器在被触发后开始计数1，计数器设定满溢输出，如为49152，则在419152个周期脉冲后计数器满溢输出至状态控制器；由于计数器的存在及倍乘的关系，使得外部与时间连接引脚TCI相连的RC电阻电容结构可以选择小值元件，特别是电容，可以选择0603等规格的贴片电容，进一步的减小整体电路结构；所述阈值基准单元、多位数值比较器、状态控制单元、定时单元均包含数字逻辑电路或由中央控制单元集成实现；其中，中央控制单元可基于单片机内核实现，此为现有技术，在此不再赘述。

在使用时，如图2所示，电阻R3与电容C2串联连接在电源VDD与地之间，电容C2与电阻R3的连接端与时间连接引脚TCI相连；模式选择引脚MODE选择连接VDD，即选择高电平重复触发状态模式；如需要，也可以选择直接接地。电阻R4与光敏电阻R5组成的电阻分压器连接在VDD供电端与地端之间，其分压端与触发引脚CDS相连；人体红外传感器Sensor1通过电阻R1、电容C1、电阻R2组成的初步滤波网络后与人体红外信号输入引脚PIRIN相连。芯片的第一输出引脚OUTPUT1接限流电阻R6及驱动三极管T1的基极，并通过驱动三极管T1驱动继电器J1的线圈，D1为保护二极管；此为现有技术，在此不再赘述；实际使用时，也可根据情况，选择第二输出引脚OUTPUT2连接LED驱动发光，增加使用灵活性；由图可见，外部所用零件数量少，非常便于小型化设计或与其他芯片组合封装。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种热释电红外控制芯片，包含芯片本体，其特征在于：芯片本体上设有芯片电源引脚、人体红外信号输入引脚、芯片接地引脚、触发引脚、时间连接引脚、模式选择引脚与输出引脚；在芯片本体内设有放大单元、模数转换单元、带通数字滤波器、阈值基准单元、带隙基准单元、多位数值比较器、状态控制单元、固定频率振荡器、定时单元、迟滞比较器以及驱动模块；所述带隙基准单元的输入与芯片电源引脚相连，用于将外部直流供电转换为芯片内放大单元、模数转换单元、带通数字滤波器、多位数值比较器、状态控制单元、定时单元、迟滞比较器及驱动模块的所需用电；所述阈值基准单元包含固定大小且有多位的数字单元，用作带通数字滤波器的输出比较基准；所述状态控制单元包含有状态输入端、使能端与输出端，其中一个状态输入端与模式选择引脚直接相连；放大单元的输入端与人体红外信号输入引脚相连，用于放大所连接外部PIR传感器采集的传感信号；放大单元的输出端与模数转换单元、带通数字滤波器顺序连接，带通数字滤波器的输出通过多位数值比较器与阈值基准单元相比较；迟滞比较器的输入与触发引脚相连，其输出与状态控制单元的使能端相连；模式选择引脚与状态控制单元的状态输入端相连；定时单元的输入与时间连接引脚相连，其输出与状态控制单元的状态输入端相连；定时单元还包含触发端，用于启动定时，定时单元的触发端与多位数值比较器的输出端相连；固定频率振荡器用作芯片本体内部的最小时间参照基准，与定时单元和/或状态控制单元相连；所述状态控制单元的输出端与驱动模块的输入相连，在状态控制单元接到多位数值比较器的输出后触发驱动模块维持高电平输出，再接到定时单元的延迟输出后转为低电平输出。

2.如权利要求1所述的一种热释电红外控制芯片，其特征在于：所述驱动模块包含第一驱动单元、第二驱动单元，对应的，输出引脚包含第一输出引脚与第二输出引脚，第一驱动单元、第二驱动单元的输入分别于状态控制单元的输出相连；第一驱动单元的输出与第一输出引脚相连；第二驱动单元的输出与第二输出引脚相连。

3.如权利要求2所述的一种热释电红外控制芯片，其特征在于：所述第一驱动单元、第二驱动单元包含有MOS管或三极管。

4.如权利要求1所述的一种热释电红外控制芯片，其特征在于：所述带通数字滤波器的滤波通带频率范围为0.4HZ～7HZ。

5.如权利要求1所述的一种热释电红外控制芯片，其特征在于：所述阈值基准单元、多位数值比较器、状态控制单元、定时单元均包含数字逻辑电路或由中央控制单元集成实现。

6.如权利要求1所述的一种热释电红外控制芯片，其特征在于：所述定时单元包含1.8秒固定延时单元、RC波形发生振荡器与计数器，其中，决定振荡频率或振荡周期的RC波形发生振荡器的RC电阻电容结构以外部电路连接方式通过时间连接引脚与RC波形发生振荡器相连；计数器与RC波形发生振荡器的输出相连；1.8秒固定延时单元的输入与固定频率振荡器相连，其输出与计数器相连；计数器的输出与状态控制单元的输入相连。

7.如权利要求1所述的一种热释电红外控制芯片，其特征在于：所述固定频率振荡器的振荡频率为64K赫兹。

8.如权利要求1所述的一种热释电红外控制芯片，其特征在于：所述放大单元为自动增益放大单元。

9.如权利要求1所述的一种热释电红外控制芯片，其特征在于：芯片封装采用SOP贴片封装形式。