CN107390284A - 一种红外感应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外感应装置及方法，所述红外感应装置包括红外发射单元、红外接收单元和MCU模块，所述MCU模块连接红外发射单元和红外接收单元，所述MCU模块按设定的周期循环工作，在每个循环周期中，MCU模块控制红外发射单元按不同的时间间隔依次发射若干组信号，MCU模块并按对应的时间间隔采集红外接收单元的信号，对所采集的信号进行处理、比较，并根据比较结果判断是否输出控制信号。本发明能够实现发射、采集信号的时间间隔与干扰光源的发射周期(干扰光源的发射周期一般是固定的)有较大区别，因而不容易受干扰光源影响，从而不容易产生误动作。

Description

一种红外感应装置及方法

技术领域

本发明涉及红外感应控制技术，特别是涉及一种红外感应装置及方法。

背景技术

红外感应技术的应用越来越普遍，最常见的便是在卫浴产品中的应用，例如，感应水龙头、医用洗手器、自动干手器、感应小便斗冲水器、感应便器等，均是对红外感应技术的应用。目前，现有技术的红外感应装置一般包括红外发射管、红外接收管和控制器，控制器控制红外发射管按设定的周期向外发射信号，当物体进入感应范围时，该信号被反射并被红外接收管接收，控制器采集红外接收管的信号并进行处理和输出相应的控制信号。由于现有技术的红外感应装置不可避免的会受到各种光的干扰，而红外感应装置本身的抗干扰设计不足，导致红外感应装置受到较强的光源照射时，容易产生误动作，造成资源浪费。

发明内容

本发明提供了一种红外感应装置及方法，其克服了现有技术的红外感应装置容易受干扰光源影响而产生误动作的不足之处。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种红外感应装置，包括红外发射单元、红外接收单元和MCU模块，所述MCU模块连接红外发射单元和红外接收单元，所述MCU模块按设定的周期循环工作，在每个循环周期中，MCU模块控制红外发射单元按不同的时间间隔依次发射若干组信号，MCU模块并按对应的时间间隔采集红外接收单元的信号，对所采集的信号进行处理、比较，并根据比较结果判断是否输出控制信号。

进一步的，所述时间间隔的大小为n*T，T为所述红外发射单元的最小发射周期，n为质数。

进一步的，所述MCU模块比较处理得到的数据是否大于第一设定值或小于第二设定值，若连续两次以上处理得到的数据均大于第一设定值或小于第二设定值，则MCU模块输出相应的控制信号，否则MCU模块不输出控制信号。

进一步的，所述红外发射单元包括红外发射管和限流电路，所述MCU模块通过限流电路连接红外发射管。

进一步的，所述限流电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2，三极管Q1的基极通过电阻R1连接所述MCU模块的信号发射端，三极管Q1的集电极连接所述红外发射管的负极，所述红外发射管的正极连接供电电源，三极管Q1的发射极通过电阻R2接地；三极管Q2的基极连接三极管Q1的发射极，三极管Q2的集电极连接三极管Q1的基极，三极管Q2的发射极接地。

进一步的，所述红外接收单元包括红外接收管和信号放大电路，红外接收管通过信号放大电路连接所述MCU模块。

进一步的，所述信号放大电路包括双运算放大器及其外围电路。

进一步的，所述红外感应装置由电池供电，还包括电量检测电路和报警电路，电量检测电路、报警电路分别连接所述MCU模块，在检测到电池电压低于参考值时，MCU模块控制报警电路输出报警信号。

进一步的，所述MCU模块具有休眠模式和唤醒模式，二者交替运行，且休眠时间大于唤醒时间；所述MCU模块包括型号为HT66F004的控制芯片及其外围电路。

进一步的，所述MCU模块连接用于控制水龙头出水与否的电磁阀。

本发明另提供一种红外感应方法，在每个循环周期中，控制红外发射单元按不同的时间间隔依次发射若干组信号，并按对应的时间间隔采集红外接收单元的信号；对所采集的信号进行处理、比较，并根据比较结果判断是否输出控制信号。

进一步的，所述时间间隔的大小为n*T，T为所述红外发射单元的最小发射周期，n为质数。

进一步的，比较处理得到的数据是否大于第一设定值或小于第二设定值，若连续两次以上处理得到的数据均大于第一设定值或小于第二设定值，则输出相应的控制信号，否则不输出控制信号。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、由于在每个循环周期中，MCU模块控制红外发射单元按不同的时间间隔依次发射若干组信号，MCU模块并按对应的时间间隔采集红外接收单元的信号，对所采集的信号进行处理、比较，并根据比较结果判断是否输出控制信号，使得本发明发射、采集信号的时间间隔与干扰光源的发射周期(干扰光源的发射周期一般是固定的)有较大区别，因而不容易受干扰光源影响，从而不容易产生误动作。

2、所述时间间隔的大小优选设为n*T，T为所述红外发射单元的最小发射周期，n为质数，使得本发明可以进一步提高本发明采集信号的时间间隔与干扰光源的发射周期的区别，使二者不会出现重叠现象，从而最大程度地避免受到干扰光源的影响，使本发明不会产生误动作。

3、由于通过比较连续两次以上处理得到的数据是否均大于第一设定值或小于第二设定值时来确定物体进入或离开感应区域，使得本发明可以实现更为精确的判断，进一步避免受干扰光源影响。

4、所述限流电路的设置，使得本发明的红外发射管具有固定的发射电流，保证在电池余量不同的情况下，都能发射固定强度的信号。

5、所述信号放大电路包括双运算放大器及其外围电路，能对红外接收管接收的信号进行两级放大，为信号处理提供更加有效可控的数据，保证本发明能准确感应和输出控制信号。

6、MCU模块采用休眠、唤醒交替工作的模式，且休眠时间远大于唤醒时间，使本发明功耗极低，省电效果显著，3节电池在正常工作条件下使用可以超过2年。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种红外感应装置及方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的红外发射单元的电路示意图；

图3是本发明的红外接收单元的电路示意图；

图4是本发明的MCU模块的电路示意图；

图5是本发明的MCU模块的工作模式时序图；

图6是本发明判断物体是否进入感应区域的方法流程示意图。

具体实施方式

实施例一

请参见图1-图4所示，本发明的一种红外感应装置，包括红外发射单元2、红外接收单元1和MCU模块，所述MCU模块3连接红外发射单元2和红外接收单元1，所述MCU模块3(在唤醒模式下)按设定的周期循环工作，在每个循环周期中，MCU模块3控制红外发射单元2按不同的时间间隔依次发射若干组信号，MCU模块3并按对应的时间间隔采集红外接收单元1的信号，对所采集的信号进行处理、比较，并根据比较结果判断是否输出控制信号。具体，MCU模块3比较处理得到的数据是否大于第一设定值或小于第二设定值，若连续两次以上处理得到的数据均大于第一设定值或小于第二设定值，则MCU模块3输出相应的控制信号，否则MCU模块3不输出控制信号，使受其驱动控制的工作器件维持现状。所述第一设定值大于第二设定值。所述MCU模块采集信号的时间点避开受其驱动控制的工作器件(例如下文所述的电磁阀)的开关瞬间，等工作器件开启或关闭稳定后才开始采集信号，以消除工作器件工作的杂波干扰。

本实施例中，所述时间间隔的大小为n*T，T为所述红外发射单元2的最小发射周期，n为质数，通过n的取值不同，实现时间间隔的不同。本实施例中，所述若干组信号的数量为三组以上(定义以上包含本数)，该三组以上的信号对应发射的时间间隔分别设为1T、3T、5T、11T等(不局限于此)，若在每个循环周期中发射四个信号，对应的时间间隔分别为：1T、3T、5T、11T，则本发明的每个循环周期则为1T、3T、5T、11T四者之和。

本实施例中，所述红外发射单元2包括红外发射管D2和限流电路，所述MCU模块3通过限流电路连接红外发射管D2。具体，如图2所示，所述限流电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2，三极管Q1的基极通过电阻R1连接所述MCU模块3的信号发射端，三极管Q1的集电极连接所述红外发射管D2的负极，所述红外发射管D2的正极连接供电电源(即3V电池的正极)，三极管Q1的发射极通过电阻R2接地；三极管Q2的基极连接三极管Q1的发射极，三极管Q2的集电极连接三极管Q1的基极，三极管Q2的发射极接地。三极管Q2的PN结两端电压恒定为0.7V，所以经过电阻R2的电流是恒定的，根据三极管工作特性，三极管Q1发射极电流也为恒定的，这样经过红外发射管D2的电流是恒定的。这样保证了电池余量不同的情况下，红外发射管D2都能够发射固定强度的信号。

本实施例中，所述红外接收单元1包括红外接收管D3和信号放大电路，红外接收管D3通过信号放大电路连接所述MCU模块3。如图3所示，所述信号放大电路包括双运算放大器U3及其外围电路。

本实施例中，本发明由电池(图1中未体现)供电，本发明还包括电量检测电路4和报警电路5，电量检测电路4、报警电路5分别连接所述MCU模块3，电量检测电路4实时检测电池电压，当检测到电池电压低于参考值(即电池电量将用完的电压)时，发送信号给MCU模块3，由MCU模块3控制报警电路5输出报警信号，提示用户及时更换电池，保证后续能够正常使用。

本实施例中，所述MCU模块3具有休眠模式和唤醒模式，二者交替运行，且休眠时间大于唤醒时间。如图4所示，所述MCU模块3包括型号为HT66F004的控制芯片U1及其外围电路。MCU模块3唤醒时，发射信号、接收信号及处理、电池电压检测，这些任务处理完后，进入HALT模式(即休眠模式)运行，在HALT模式下，MCU模块3只有内核在工作，其它模块都关闭，所以功耗极低。当运行HALT下，WDT出现复位时，MCU模块3根据WDT复位标志，进入唤醒模式，再进入各功能模块运行。根据对看门狗WDT的设置，MUC模块休眠运行时间是725MS，唤醒后正常模式运行时间是900US，如图5所示，MCU模块3只有接近千分之一时间工作于正常模式，大部分时间处于休眠模式，确保了3节干电池在每天使用250次情况下，依然可以使用超过2年的时间。

本实施例中，所述报警电路5具体包括LED灯D1和电阻R19，LED灯D1的正极连接控制芯片U1的第2引脚，LED灯D1的负极通过电阻R19接地。当检测到电池电压低于电池电量将用完的电压时，所述LED灯D1进行闪烁报警。

本实施例中，本发明用于控制水龙头出水与否(本发明的应用不局限于此)：所述MCU模块3连接用于控制水龙头出水与否的电磁阀6。具体，所述控制芯片U1的第7、5引脚连接电磁阀6。

MCU模块3在唤醒模式下，在每个循环周期中，控制红外发射单元2按不同时间间隔依次发射若干组信号。由于本发明工作环境中可能存在其它干扰光源，且通常一般光源都是以固定频率形式存在，因此，在一个循环周期中，红外发射单元2发射的时间间隔采用不等长的质数组合(例如1T、3T、5T、11T等)，这样红外发射单元2发射的红外光源周期与干扰光源发射周期有较大区别。MCU模块3并按对应的时间间隔采集红外接收单元1的信号，即MCU模块3采取了滤出固定频率光源的采集模式，在每个循环周期中，同样以不同的时间间隔采集信号，而不是按固定的频率采集红外接收单元1的信号。

红外发射单元2发射的红外信号经过一些物体反射后，部分红外光被反射到红外接收管D3，红外接收管D3根据光敏特性输出电压信号，红外发射光的不同强度决定将输出大小不一的电压值。当物体离红外感应装置较远时，MCU模块3接收到的红外接收管D3的信号比较小，为了更准确了解物体与红外感应装置的距离，所以对红外接收管D3的信号进行放大，本发明采用了LM358放大电路，对信号进行了两级放大，第一放大倍数10(R8/R9),第二放大倍数为3(R12/R11)，让处理后的电压信号能被MCU模块3更好地进行AD转化处理。

MCU模块3采集到红外发射信号后，对信号进行AD转化(即模拟量转换为数据量)处理，得到AD值。若连续两次以上处理得到的AD值均大于判定进入感应范围值(即第一设定值)，则确定物体进入感应区域，并输出相应的控制信号，若连续两次以上处理得到的AD值均小于判定离开感应范围值(即第二设定值)，则确定物体离开感应区域，并输出相应的控制信号，否则MCU模块3不输出控制信号。

MCU模块3检测到物体进入或离开感应区域，根据产品需要进行显示指示，驱动负载或者关闭负载。当本发明应用于感应龙头时，若检测到手在水龙头喷嘴下时，MCU模块3立即开启电磁阀6，使水龙头出水；若检测到手离开台盆，MCU模块3立即关闭电磁阀6，使水龙头关闭出水。

本发明的一种红外感应方法，在每个循环周期中，控制红外发射单元按不同的时间间隔依次发射若干组信号，并按对应的时间间隔采集红外接收单元的信号；对所采集的信号进行处理、比较，并根据比较结果判断是否输出控制信号。

本实施例中，比较处理得到的数据是否大于第一设定值或小于第二设定值，若连续两次以上处理得到的数据均大于第一设定值或小于第二设定值，则输出相应的控制信号，否则不输出控制信号。

本实施例中，所述时间间隔的大小为n*T，T为所述红外发射单元的最小发射周期，n为质数。所述若干组信号的数量为三组以上，且该三组以上的信号对应发射的时间间隔设为3T、5T、11T等，但不局限于此。

本发明判断物体是否进入感应区域的方法流程的一个示例(判断物体是否进入或离开感应区域时，不一定是在完整的一个循环周期中实现判断，也可能横跨相邻的两个循环周期)，参见图6所示，包括以下步骤：

S1、红外发射接收；

S2、延时3T；

S3、控制红外发射单元发射脉冲信号；

S4、采集反射信号，并对采集的信号进行AD转换，得到AD值；

S5、判断步骤S4得到的AD值是否大于设定值(即所述第一设定值)，若是则执行步骤S6，否则执行步骤S15；

S6、延时5T；

S7、控制红外反射单元发射脉冲信号；

S8、采集反射信号，并对采集的信号进行AD转换，得到AD值；

S9、判断步骤S8得到的AD值是否大于设定值(即所述第一设定值)，若是则执行步骤S10，否则执行步骤S15；

S10、延时11T；

S11、控制红外反射单元发射脉冲信号；

S12、采集反射信号，并对采集的信号进行AD转换，得到AD值；

S13、判断步骤S12得到的AD值是否大于设定值(即所述第一设定值)，若是则执行步骤S14，否则执行步骤S15；

S14、确定感应到物体，并输出相应的控制信号；

S15、结束本次判断。

本发明判断物体是否离开感应区域的方法流程与图6所示流程相似，区别在于是判断得到的AD值是否小于第二设定值。本发明的一种红外感应方法可以采用上述实施例所述的一种红外感应装置来实现。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种红外感应装置及方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (13)

1.一种红外感应装置，其特征在于：包括红外发射单元、红外接收单元和MCU模块，所述MCU模块连接红外发射单元和红外接收单元，所述MCU模块按设定的周期循环工作，在每个循环周期中，MCU模块控制红外发射单元按不同的时间间隔依次发射若干组信号，MCU模块并按对应的时间间隔采集红外接收单元的信号，对所采集的信号进行处理、比较，并根据比较结果判断是否输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的红外感应装置，其特征在于：所述时间间隔的大小为n*T，T为所述红外发射单元的最小发射周期，n为质数。

3.根据权利要求1所述的红外感应装置，其特征在于：所述MCU模块比较处理得到的数据是否大于第一设定值或小于第二设定值，若连续两次以上处理得到的数据均大于第一设定值或小于第二设定值，则MCU模块输出相应的控制信号，否则MCU模块不输出控制信号。

4.根据权利要求1所述的红外感应装置，其特征在于：所述红外发射单元包括红外发射管和限流电路，所述MCU模块通过限流电路连接红外发射管。

5.根据权利要求3所述的红外感应装置，其特征在于：所述限流电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2，三极管Q1的基极通过电阻R1连接所述MCU模块的信号发射端，三极管Q1的集电极连接所述红外发射管的负极，所述红外发射管的正极连接供电电源，三极管Q1的发射极通过电阻R2接地；三极管Q2的基极连接三极管Q1的发射极，三极管Q2的集电极连接三极管Q1的基极，三极管Q2的发射极接地。

6.根据权利要求1所述的红外感应装置，其特征在于：所述红外接收单元包括红外接收管和信号放大电路，红外接收管通过信号放大电路连接所述MCU模块。

7.根据权利要求6所述的红外感应装置，其特征在于：所述信号放大电路包括双运算放大器及其外围电路。

8.根据权利要求1所述的红外感应装置，其特征在于：所述红外感应装置由电池供电，还包括电量检测电路和报警电路，电量检测电路、报警电路分别连接所述MCU模块，在检测到电池电压低于参考值时，MCU模块控制报警电路输出报警信号。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的红外感应装置，其特征在于：所述MCU模块具有休眠模式和唤醒模式，二者交替运行，且休眠时间大于唤醒时间；所述MCU模块包括型号为HT66F004的控制芯片及其外围电路。

10.根据权利要求1所述的红外感应装置，其特征在于：所述MCU模块连接用于控制水龙头出水与否的电磁阀。

11.一种红外感应方法，其特征在于：在每个循环周期中，控制红外发射单元按不同的时间间隔依次发射若干组信号，并按对应的时间间隔采集红外接收单元的信号；对所采集的信号进行处理、比较，并根据比较结果判断是否输出控制信号。

12.根据权利要求11所述的红外感应方法，其特征在于：所述时间间隔的大小为n*T，T为所述红外发射单元的最小发射周期，n为质数。

13.根据权利要求11所述的红外感应方法，其特征在于：比较处理得到的数据是否大于第一设定值或小于第二设定值，若连续两次以上处理得到的数据均大于第一设定值或小于第二设定值，则输出相应的控制信号，否则不输出控制信号。