CN109407167A - 一种基于pir传感器的人体存在检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于PIR传感器的人体存在检测系统及方法，检测系统包括至少2块菲涅尔透镜、PIR传感器、主控电路、输出电路以及电源管理电路；菲涅尔透镜包括用于检测微动作的微动作检测菲涅尔透镜和用于检测较大动作的移动检测菲涅尔透镜；微动作检测菲涅尔透镜把检测区域划分为密集的明区和暗区，且明区和暗区的面积小到使人的一个微小动作都会穿越其中的明区和暗区，从而被与其配对的热释电传感器检测到；移动检测菲涅尔透镜的检测区域明区和暗区划分满足当人体发生较大动作时会穿越其中的明区和暗区，从而被热释电传感器检测到。本发明有效地解决了原有PIR传感器只能用于移动人体检测的应用限制，以及既有人体存在检测方案的误触发的问题。

Description

一种基于PIR传感器的人体存在检测系统及方法

技术领域

本发明属于电子技术应用中的电气控制领域，具体涉及一种基于PIR传感器的人体存在检测系统及方法。

背景技术

PIR传感器(热释电红外传感器)通常由单个或多个敏感元以及简单的晶体管或集成电路封装而成，并采用只能透过特定波长范围的滤光片作为窗口，由于它的低辐射、低功耗、低成本、高探测灵敏度、应用简单等特点，因此在安防监控、节能控制、温度测量、气体分析、光谱分析等领域有着非常广阔的应用。本发明的论述侧重PIR传感器在人体检测方面的应用。

目前基于PIR传感器的人体检测系统主要有以下缺陷：

首先，只能检测移动的人体，当人体静止时无法检测，使得应用范围较窄。

其次，检测系统容易产生误触发信号。环境因素，如空调、暖气、自然界的风引起的气流湍动、气候温度的变化等，这些都容易造成误触发。

另外，基于“人动PIR传感器静，人静PIR传感器动”原理的人体存在检测方式较难区别静态热源(非人体)和静止的人体，容易引起误报。且由于有电机、电磁铁等耗电部件的存在，在低功耗方面的表现不好，不利于节能控制。又为了安装电机、电磁铁、转盘等移动部件以及解决与检测板之间连接线不绕线的问题，需要设计较复杂的结构，影响稳定性及使用寿命。

发明内容

本发明为了扩大PIR传感器在人体存在检测方面的应用，解决上述缺陷，提出一种基于PIR传感器的人体存在检测系统及方法。

基于人活动的特点，不会出现长时间的绝对静止，在一定时间t1内会有轻微的动作，检测这种动作称为微动作检测；在t2时间内会有较大的动作，检测这种动作称为移动检测。

PIR传感器实现动作的检测需要配合菲涅尔透镜一起使用，菲涅尔透镜的作用是把检测区域划分为若干个明区和暗区，当一个物体穿越明区和暗区时，菲涅尔透镜会把该物体发出的红外光聚焦到PIR传感器敏感元上，使物体的移动以热量变化的形式作用在PIR传感器上，从而产生电信号，也就检测出该动作。

为了实现微动作检测，需要一块专用的微动作检测菲涅尔透镜，这块透镜能把检测区域划分为非常密集的明区和暗区，且明区和暗区的面积非常小，使人的一个微小动作都会穿越其中的明区和暗区，从而被与其配对的热释电传感器检测到。

而实现移动检测，则需一块移动检测菲涅尔透镜，这块菲涅尔透镜相对于微动作检测菲涅尔透镜而言，检测区域明区和暗区划分可以不用非常密集，且明区和暗区的面积不用非常小，但能满足当人体发生较大动作时会穿越明区和暗区，从而被与其配对的热释电传感器检测到。

配有微动作检测菲涅尔透镜的热释电传感器的灵敏度非常高，可以捕捉到微小动作，但是相应的外界干扰噪声的捕获能力也提高了，如空调、暖风等热湍流干扰噪声在PIR传感器传感器上的表现也会近似于人体微小动作，从而引起误报。

为了降低这种误报，本发明提出了微动作检测和移动检测协同作用的检测方式。人体进入检测区域时，会先产生较大动作，此时移动检测起作用，微动作检测关闭。当移动检测没有检测到大动作时，开启微动作检测。

本发明一种基于PIR传感器的人体存在检测系统，包括菲涅尔透镜、PIR传感器、主控电路、输出电路、电源管理电路。所述菲涅尔透镜的焦点处放置PIR传感器，PIR传感器的输出信号端连接主控电路，主控电路的输出端连接输出电路。本发明检测系统有移动检测、微动作检测两种检测方式。

所述菲涅尔透镜，至少需要两块：一块为专用于检测微动作的微动作检测菲涅尔透镜，这块透镜把检测区域划分为非常密集明区和暗区且明区和暗区的面积非常小，使人的一个微小动作都会穿越其中的明区和暗区，从而被与其配对的热释电传感器检测到；另一块为用于检测较大动作的移动检测菲涅尔透镜，这块菲涅尔透镜相对于微动作检测菲涅尔透镜而言，检测区域明区和暗区划分可以不用非常密集且明区和暗区的面积不用非常小。但能满足当人体发生较大动作时会穿越明区和暗区，从而被热释电传感器检测到。

所述PIR传感器，采用数字型PIR传感器或者模拟型PIR传感器。

所述主控电路，包括AD采样单元、数字信号处理单元及微控制器。

所述输出电路可输出人体检测信号供控制使用，也可直接驱动继电器、功率器件等执行元件。

所述电源管理电路包括AC-DC模块和LDO模块，为整个系统供电。

所述PIR传感器采用数字型PIR传感器时，所述PIR传感器的输出信号端连接所述主控电路的微控制器，主控电路的输出端与所述输出电路连接。所述PIR传感器采用模拟型PIR传感器时，所述检测系统还包括信号放大电路，信号放大电路由低噪声低功耗的精密运放及外围电路构成，所述PIR传感器的输出信号端连接信号放大电路，信号放大电路的输出端连接所述主控电路的AD采样单元，主控电路的输出端与所述输出电路连接。

一种利用所述的基于PIR传感器的人体存在检测系统的检测方法，包括以下步骤：

S1、人体进入检测区的大动作触发移动检测模式，所述主控电路输出ON信号，并设置延时T1，此时微动作检测不起作用；

S2、当人体在检测区中一直有大动作，则不停重置该延时T1；

S3、经过延时T1后，如没有大动作，则启动微动作检测，关闭延时T1，并设置延时T2；

S4、在延时T2内，如一直没有检测到微动作，则主控电路输出OFF信号；

S5、在延时T2内，如检测到微动作，则重置T2，并设置延时T3。若延时T3时间内没有检测到大动作，则认为是干扰，输出OFF信号；若延时T3时间内产生了大动作，则么认为是有人体存在，继续输出ON信号；

S6、以上任何时间内，如触发移动检测，则进入步骤S2并继续S2之后的流程。

移动检测采用中断触发的形式；微动作检测则要经过AD采样，数字带通滤波器及检测程序的处理。

检测程序：数据先进先出的进入m长度的数据窗口，当窗口内数据有变大或变小的趋势，且变化量超过阈值ΔV，则检测到微动作，主控电路中的定时器开始计时。若在T2时间内，有重复触发，则定时计数器清零重新计时；若没有，则判别为没有人体信号。

经过大量实验，依据不同应用场景，比如会议室、仓库、卫生间等，设置好合适的T1、T2、T3，就可以保证检测质量，实现人体存在检测。

本发明的有益效果是：通过对PIR传感器加装微动作检测菲涅尔透镜和移动检测菲涅尔透镜，以及用上文所述的检测方法，有效地解决了原有PIR传感器只能用于移动人体检测的应用限制，以及既有人体存在检测方案的误触发的问题。

附图说明

图1为本发明的采用数字型PIR传感器的检测系统原理框图；

图2为本发明的采用模拟型PIR传感器的检测系统原理框图；

图3为本发明的检测方法流程图。

图中：11-微动作检测菲涅尔透镜；12-移动检测菲涅尔透镜；21-模拟型PIR传感器；22-数字型PIR传感器；3-信号放大电路；4-主控电路；41-4阶数字带通滤波器；42-微控制器；43-AD采样单元；5-输出电路；6-电源管理电路。

具体实施方式

本发明一种基于PIR传感器的人体存在检测系统，包括微动作检测菲涅尔透镜11、移动检测菲涅尔透镜12、模拟型PIR传感器21或者数字型PIR传感器22、信号放大电路3、主控电路4、输出电路5、电源管理电路6。检测系统有移动检测、微动作检测两种检测方式。

所述专用于检测微动作的微动作检测菲涅尔透镜11，把检测区域划分为非常密集明区和暗区且明区和暗区的面积非常小，使人的一个微小动作都会穿越其中的明区和暗区，从而被与其配对的热释电传感器检测到。微动作检测菲涅尔透镜11可以采用4800个switch zones的菲涅尔透镜；所述用于检测较大动作的移动检测菲涅尔透镜12，相对于微动作检测菲涅尔透镜11而言，检测区域明区和暗区划分可以不用非常密集且明区和暗区的面积不用非常小，但能满足当人体发生较大动作时会穿越明区和暗区，从而被热释电传感器检测到。所述移动检测菲涅尔透镜12可以采用放小宠物菲涅尔透镜。

所述人体存在检测系统，需要两个模拟型PIR21传感器或者数字型PIR传感器22；

所述信号放大电路3，包括一块低噪声低功耗的精密运放及外围电路构成放大倍数约为72dB，带宽约为0.4Hz-7Hz的信号放大电路3；若采用数字型PIR传感器22则不需要信号放大电路3；

所述主控电路4，包括4阶数字带通滤波器41、微控制器42以及AD采样单元43。进一步的，AD采样单元43为12位ADC模块，微控制器42采用-M0+的超低功耗微控制器STM32L0；

所述输出电路5可输出人体检测信号供控制使用，也可直接驱动继电器、功率器件等执行元件。

所述电源管理电路6包括AC220V转DC5V的AC-DC模块和5V-3.3V的LDO模块，为整个系统供电；

所述微动作检测菲涅尔透镜11或者移动检测菲涅尔透镜12的焦点处放置模拟型PIR传感器21或者数字型PIR传感器22，放置数字型PIR传感器22时，数字型PIR传感器22的输出信号端连接主控电路4的微控制器42，主控电路4的输出端与输出电路5连接。放置模拟型PIR传感器21时，模拟型PIR传感器21的输出信号端接信号放大电路3，信号放大电路3的输出端连接主控电路4的AD采样单元43，主控电路4的输出端与输出电路5相连接。

一种利用所述的基于PIR传感器的人体存在检测系统的检测方法，包括以下步骤：

S1人体进入检测区的大动作触发移动检测，主控电路4输出ON信号，并设置延时T1，此时微动作检测不起作用；

S2当人体在检测区中一直有大动作，则不停重置该延时T1；

S3经过延时T1后，如没有大动作，则启动微动作检测，关闭延时T1，并设置延时T2；

S4在延时T2内，如一直没有检测到微动作，则主控电路4输出OFF信号；

S5在延时T2内，如检测到微动作，则重置T2，并设置延时T3。若延时T3时间内没有检测到大动作，则认为是干扰，输出OFF信号；若延时T3时间内产生了大动作，则认为是有人体存在，继续输出ON信号；

S6以上任何时间内，如触发移动检测，则进入步骤2并继续2之后的流程。

移动检测采用中断触发的形式；微动作检测则要经过AD采样，数字带通滤波器及检测程序的处理。

检测程序：数据先进先出的进入m长度的数据窗口，当窗口内数据有变大或变小的趋势，且变化量超过阈值ΔV，则检测到微动作，主控电路4中的定时器开始计时。若在T2时间内，有重复触发，则定时计数器清零重新计时；若没有，则判别为没有人体信号。

经过大量实验，依据不同应用场景，比如会议室、仓库、卫生间等，设置好合适的T1、T2、T3，就可以保证检测质量，实现人体存在检测。

上述实施例结合附图对本发明进行了描述，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于PIR传感器的人体存在检测系统，其特征在于：它包括至少2块菲涅尔透镜、PIR传感器、主控电路、输出电路以及电源管理电路；所述菲涅尔透镜的焦点处放置PIR传感器，PIR传感器的输出信号端连接主控电路，主控电路的输出端连接输出电路；所述菲涅尔透镜包括用于检测微动作的微动作检测菲涅尔透镜和用于检测较大动作的移动检测菲涅尔透镜；所述微动作检测菲涅尔透镜把检测区域划分为密集的明区和暗区，且明区和暗区的面积小到使人的一个微小动作都会穿越其中的明区和暗区，从而被与其配对的热释电传感器检测到；所述移动检测菲涅尔透镜的检测区域明区和暗区划分满足当人体发生较大动作时会穿越其中的明区和暗区，从而被热释电传感器检测到。

2.根据权利要求1所述的基于PIR传感器的人体存在检测系统，其特征在于：所述PIR传感器，采用数字型PIR传感器或者模拟型PIR传感器；所述主控电路，包括AD采样单元、数字信号处理单元及微控制器；所述输出电路输出人体检测信号供控制使用，或直接驱动电路执行元件；所述电源管理电路包括AC-DC模块和LDO模块，为整个系统供电。

3.根据权利要求2所述的基于PIR传感器的人体存在检测系统，其特征在于：所述PIR传感器采用数字型PIR传感器时，所述PIR传感器的输出信号端连接所述主控电路的微控制器，主控电路的输出端与所述输出电路连接。

4.根据权利要求2所述的基于PIR传感器的人体存在检测系统，其特征在于：所述PIR传感器采用模拟型PIR传感器时，所述检测系统还包括信号放大电路，信号放大电路由低噪声低功耗的精密运放及外围电路构成，所述PIR传感器的输出信号端连接信号放大电路，信号放大电路的输出端连接所述主控电路的AD采样单元，主控电路的输出端与所述输出电路连接。

5.一种利用权利要求1至4任一项所述的基于PIR传感器的人体存在检测系统的检测方法，包括以下步骤：

S1、人体进入检测区的大动作触发移动检测，所述主控电路输出ON信号，并设置延时T1，此时微动作检测不起作用；

S2、当人体在检测区中一直有大动作，则不停重置该延时T1；

S3、经过延时T1后，如没有大动作，则启动微动作检测，关闭延时T1，并设置延时T2；

S4、在延时T2内，如一直没有检测到微动作，则主控电路输出OFF信号；

S5、在延时T2内，如检测到微动作，则重置T2，并设置延时T3；若延时T3时间内没有检测到大动作，则认为是干扰，输出OFF信号；若延时T3时间内产生了大动作，则么认为是有人体存在，继续输出ON信号；

S6、以上任何时间内，如触发移动检测，则进入步骤S2并继续S2之后的流程。