CN111862507B - 热释电pir快速识别人体运动方向的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热释电PIR快速识别人体运动方向的方法及电路结构，接收热释电PIR探测人体的感应信号,前置放大器将微弱的热释电电流转换为有效电压放大输出，并与基准电压进行比较，根据比较结果来判定人体运动方向。本发明能够在探测目标即人体进入防区初期，在热释电PIR产生抛物波输出人体信号时，通过比较器电路分离出基准电压，时长仅0.05‑0.2秒，即可判定出人体运动方向，时效性和实用性大大提升，使得该方案真正能用于实践。
Description
技术领域
本发明属于人体运动方向的智能探测领域，特别是涉及到一种热释电PIR快速识别人体运动方向的方法及电路结构。
背景技术
对于家居生活而言，门窗是很多安全隐患的入口，门窗的安防则是智能家居中关于安全的一个重要方面。在智能家居的安防中，针对目前家庭窗户和门窗智能家居需求，需要知道所探测的人体的具体运动方向，例如是开门进来还是出门外出等。现有技术中通过热释电PIR产生的抛物波极性来识别人体运动方向，但是常规识别方案都是在人体移动过后才能识别具体方向，例如探测人体目标感应信号经过放大电路处理后，如在图2中信号电压上升从A经过B、C到达D后，才开始判断，判断时长需要0.5-1秒，有严重的滞后性。
发明内容
本发明提出一种热释电PIR快速识别人体运动方向的方法及电路结构，在较短时间内能够判定出人体运动方向，时效性和实用性大大提升。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种热释电PIR快速识别人体运动方向的方法，包括：
接收热释电PIR探测人体的感应信号, 前置放大器将热释电电流转换为有效电压放大输出， 并与基准电压进行比较，根据比较结果来判定人体运动方向。
进一步的，所述判定人体运动方向的判定方法包括：
确定热释电PIR产生的抛物波形状与人体运动方向的关系；
在所述比较结果超过正波形基准电压或低于负波形基准电压时，判定为人体运动；运动方向则依据上述关系进行判定。
进一步的，所述比较的方法包括：使用波形比较器，通过正波形比较器与正波形基准电压比较；通过负波形比较器与负波形基准电压比较；所述正波形比较器和负波形比较器都通过两个电阻组成分压，作为各自的基准电压。
更进一步的，所述正波形比较器和负波形比较器并联在接入人体感应信号的电阻上。
进一步的，所述基准电压的数值选取方法为：在人体进入防区起点电压和人体运动信号最强时的电压之间取值。
本发明还提出了用于热释电PIR快速识别人体运动方向的电路结构，包括正波形比较器、负波形比较器、用于接收热释电PIR探测人体感应信号的接入电阻；
接入电阻接入正波形比较器的正向输入端，第一电阻和第二电阻组成分压，接入正波比较器的反向输入端，作为正波形基准电压；
接入电阻同时接入负波形比较器的反向输入端 ，第三电阻和第四电阻组成分压，接入负波比较器的正向输入端，作为负波形基准电压；
所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻串联。
更进一步的，所述接入电阻连接前置放大器，前置放大器将热释电电流转换为有效电压放大输出至接入电阻。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明能够在探测目标即人体进入防区初期，在热释电PIR产生抛物波输出人体信号时，通过比较器电路分离出基准电压，时长仅0.05-0.2秒，即可判定出人体运动方向，时效性和实用性大大提升，使得该方案真正能用于实践。
附图说明
图1是本发明实施例的比较器电路结构示意图；
图2是本发明实施例的探测目标正向运动波形图；
图3是本发明实施例的探测目标反向运动波形图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图以及实施例对本发明做进一步说明。
本发明的原理是基于热释电传感器PIR，热释电传感器是由带通滤光片和感应元以及外壳组成，红外带通滤光片5-14um，覆盖且只能通过人体所发射的波长9um，在其截止范围外的红外辐射则不能通过，故抗干扰能力强。PIR内部构造由双元陶瓷感应元通过-++-连接，如果从左至右是先正后负的抛物波，那么从右至左肯定是先负后正的抛物波，可分别参见图2和图3中抛物波形状。
根据两个抛物波出现的先后顺序，用于判定探测目标进出的方向。先正后负的抛物波为正向运动（进）的波形，先负后正的抛物波为反向运动（出）的波形，普通识别方案都是在人体移动时，抛物波出现，才能识别具体方向，人体感应信号经过放大电路处理后，如图2或图3中，A、B、D点所在的抛物波构成前半运动周期和方向：A点为人体进入防区起点电压，C点表示人体运动信号最强时的电压，D点为-+感应元释电释放电荷后的零点电压。整个运动周期包含前半周期和后半周期，后半由+-感应元完成，后半周期可不参与判定；因此常规的判定方法是从A经过C到达D后即可判断，时长0.5-1秒，但由于当前对于识别判定速度的要求越来越高，常规判定方法的时长有严重的滞后性。
本发明的核心思想在于，在抛物波的A点和C点之间，选取基准电压B，只要判断出人体感应信号超过正波形基准电压或低于负波形基准电压，即可判定人体运动方向。
以实施例说明基准电压B的选取方法，本实施例中，测试环境25°,工作电压5V，黑体温度 420K ( 147˚C )，电路放大倍数 70 dB；
正常人体行走速度为0.6米/秒，则热热释电传感器检测到的一个完整抛物波周期为600ms；如图2所示，在X轴分为6格，每格100mS。
基准电压的设定，取决于需要的灵敏度，但也会影响到报警延迟，不影响客户体验的情况下，可控制在200mS以内输出报警信号，本实施例选取100ms即第一格末端处的电压值作为基准值电压，则如图2所示正波形基准电压为中心电压2.5V+0.5V(随抛物波斜率增长的电压值）等于3V；如图3所示负波形基准电压为中心电压2.5V-0.5V(随抛物波斜率下降的电压值）等于2V；感应信号超过3V为正向运动方向（进），低于2V为反向运动（出）。
人体进入防区后，约在X轴1格处100mS即可判定运动方向，判断速度大大提升。
本发明实施例采用了波形比较器，其电路结构如图1所示，放大后的人体感应信号由R9，接入正波形比较器的正向输入端3脚，R4和R5组成分压，作为2脚正波比较器的正波形基准电压（即图2的B电压），当3脚输入电压超过2脚基准电压，+H输出高电平，此时如这个电压先变高，则识别为用户进来的方向。
R9同时接入13脚负波形比较器的另一组反向输入端13脚，R13和R14组成分压，作为12脚负波比较器的负波形基准电压（即图3的B电压），当13脚输入电压低于12脚电压，-H输出高电平，此时如这个电压先变高，则识别为用户出去的方向。
探测目标正向运动波形图如图2所示，抛物线为目标（人体）感应电压，方波为比较器输出电压；当探测目标（人体）进入防区，正抛物波A点信号加强，当电压高于B点正波形基准电压时，正比较器电路翻转，此时分离出正向高电平+H，如这个电压先出现，可判定为人体是正向的运动，例如是进来的方向。
探测目标反向运动波形图如图3所示，抛物线为人体感应电压，方波为比较器输出电压；当探测目标（人体）进入防区，负抛物波A点信号加强，当电压低于B点负波形基准电压时，负波比较器翻转，此时分离出反向高电平-H，如这个电压先出现，可判定为人体是反向的运动，例如是出去的方向。
如图可以看出，A-B时间短，迟滞性时间短，体验好，可广泛用于智能家居领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (3)
1.一种热释电PIR快速识别人体运动方向的方法，其特征在于，包括：
接收热释电PIR探测人体的感应信号, 前置放大器将热释电电流转换为有效电压放大输出，并与基准电压进行比较，根据比较结果来判定人体运动方向；
所述判定人体运动方向的判定方法包括：
确定热释电PIR产生的抛物波形状与人体运动方向的关系；
在抛物波的人体进入防区起点电压和人体运动信号最强时的电压之间，选取基准电压；只要判断出人体感应信号先超过正波形基准电压或先低于负波形基准电压，即可判定人体运动方向；
在所述比较结果超过正波形基准电压或低于负波形基准电压时，判定为人体运动；运动方向则依据上述关系进行判定。
2.根据权利要求1所述的一种热释电PIR快速识别人体运动方向的方法，其特征在于，所述比较的方法包括：使用波形比较器，通过正波形比较器与正波形基准电压比较；通过负波形比较器与负波形基准电压比较；所述正波形比较器和负波形比较器都通过两个电阻组成分压，作为基准电压。
3.根据权利要求2所述的一种热释电PIR快速识别人体运动方向的方法，其特征在于，所述正波形比较器和负波形比较器并联在接入人体感应信号的电阻上。
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