CN112985612A - 一种低延时高速响应移动探测信号处理方法、装置及探测系统 - Google Patents

一种低延时高速响应移动探测信号处理方法、装置及探测系统 Download PDF

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CN112985612A CN202110172640.0A CN202110172640A CN112985612A CN 112985612 A CN112985612 A CN 112985612A CN 202110172640 A CN202110172640 A CN 202110172640A CN 112985612 A CN112985612 A CN 112985612A
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Abstract

本申请公开了一种低延时高速响应移动探测信号处理方法、装置及探测系统，涉及移动探测领域。其方法包括，采集移动探测信号，所述移动探测信号内叠加有直流分量和交流分量；以与所述移动探测信号适配的参考电压对所述移动探测信号进行模数转换与/或识别处理。本申请具有减小采集移动探测信号中失真与降低系统延时的优点。

Description

一种低延时高速响应移动探测信号处理方法、装置及探测 系统
技术领域
本申请涉及移动探测领域，尤其是涉及一种低延时高速响应移动探测信号处理方法、装置及探测系统。
背景技术
目前，在移动探测领域，常常采用热释电红外感应、微波感应、超声波传感等移动探测方式来获取移动探测信号。
热释电红外传感器(简称PIR)：热释电红外传感器是一种通过检测人体发出的热辐射，即红外线光谱,特别是10μm左右的红外线信号，并将其转换成电信号输出，来实现人体感应。为了提高探测灵敏度，这种热释电红外传感器一般都配有菲涅尔透镜，菲涅尔透镜对10μm左右的红外线信号非常敏感，而对环境的其它波长红外成分具有明显的抑止作用。一旦有人进入热释电红外传感器探测区域，人体红外辐射通过菲涅尔透镜聚焦，并被热释电红外传感器接收，热释电红外传感器在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，输出引脚便会有与人体一致的变化信号输出。PIR内部探头是半导体芯片，阻抗非常高，必须要有场效应管将高阻转换为低阻的信号输出；输出的信号必然存在直流分量，即直流偏置。也就是说，PIR的传感信号时由直流分量对应的交流信号叠加形成，PIR的输出到MCU前往往需要经过隔直的耦合电容将直流分量隔离掉，然后再传输到后面进行处理。
微波感应器：微波感应器主要是运用微波多普勒效应原理实现，微波感应器发射预定的探测范围内发射连续微波波束或者脉冲微波波束，同时接收该微波波束被相应物体反射形成的一反射回波，并在后续基于多普勒效应原理通过混频检波的方式生成对应于所述激励信号和所述回波信号的频率差异的一多普勒中频信号，由于多普勒中频信号为对相应物体(如人)的活动的反馈，最终根据所述多普勒中频信号采样识别，可以对人体移动、微动、甚至呼吸或心跳等进行识别。微波感应器是基于多普勒效应，将发射的频率和回波频率进行混频之后得到一个多普勒中频信号。在混频过程当中，同样必然会产生直流分量。要输出信号，必须且无法避免的有直流分量在加上感应信号。微波感应器的混频输出必然由交流信号和直流分量叠加形成。基于此，所有PIR或微波感应器的输出信号，都必须在中间加一个隔直的耦合电容，将直流分量隔离掉，然后再传输到后面进行处理；同时，由于带有一定的直流分量，即直流偏置，如果直接放大，就会带来后级的所有处理电路、放大电路直流工作点完全跑偏。例如，如果直流偏置是0.3V,放大10倍就是3V，放大100倍就是30V，但是一般供电才3.3V或5V，这样，直流分量被同步放大，必然会造成严重失真。
热释电红外传感器和微波感应器的输出信号时的交流信号，虽然加了隔直的耦合电容，能够隔离直流分量，而使交流分量通过，但是因为电容传输信号时通过充放电来完成，那么会带来时延和波形的失真。电容的充放电会对信号存在一个非线性的改变，对原始的波形造成扭曲和失真。
热释电红外传感器输出引脚的输出电压一般为0.01mV～20mV，热释电红外传感器在应用到具体控制电路时，热释电红外传感器的输出端经过耦合电容后接两级以上的运算放大器(或其它放大电路)，进行成百上千、甚至上万倍大倍数的放大后才能进行信号采集。运算放大器可以是在热释电红外传感器和IC(或者MCU)之间的独立的电路，也有集成到IC中。同样的，微波感应模块的多普勒中频信号输出的电压一般为0.1mV～500mV，多普勒中频信号的输出与IC(或者MCU)之间通过一耦合电容后接两级以上的运算放大器进行成百上千、甚至上万倍大倍数的放大后才能进行采集。运算放大器可以是在微波感应器和IC之间的独立的电路，也有集成到IC中。如此，隔直的耦合电容造成的波形的失真经过运算放大器的放大，尤其是大倍率的放大，失真变得更加严重。
发明内容
为了减小采集移动探测信号中的失真与延时，本申请提供一种低延时高速响应移动探测信号处理方法、装置及探测系统。
第一方面，本申请提供一种低延时高速响应移动探测信号处理方法，采用如下的技术方案：
一种低延时高速响应移动探测信号处理方法，包括：
接收移动探测模块输出的探测叠加信号，所述探测叠加信号内包含有直流分量和交流分量，所述交流分量构成移动探测信号；
以与所述探测叠加信号最大幅度值设置以适配的参考电压对输出信号进行模数转换与/或识别处理。
通过采用上述技术方案，通过以与所述移动探测信号适配的参考电压对所述探测叠加信号进行模数转换与/或识别处理。使得移动探测模块输出的探测叠加信号无需再经放大就可以直接输入至移动探测信号处理装置中。去除了现有的方式中移动探测器输出和移动探测信号处理装置之间的耦合电容；以避免探测信号传输的延迟、信号的过冲与失真问题，同时，缩短了信号回路，提高探测识别和控制输出及时性、响应实时性。减小采集移动探测信号中的失真。
优选的：所述参考电压的电压值大于等于所述探测叠加信号的最大幅度值。
优选的：所述方法还包括对所述模数转换后的数字信号运算处理以识别是否存在符合预设幅度、相位、频率中一个或以上组合的信号数值，以获得探测结果。
优选的：所述方法还包括对所述模数转换后的数字信号运算处理前，对所述数字信号软件滤波，以将不符合预设幅度、相位、频率一个或以上组合的干扰信号滤除。
优选的：所述方法还包括根据所述探测结果生成相对应的控制指令或控制信号。
优选的：所述探测叠加信号为微波探测模块对人体活动进行探测输出的微波多普勒中频信号。
优选的：所述参考电压由外部供电电压转换。
优选的：所述外部供电电压为5V或3.3V。
优选的：所述探测叠加信号为来自微波感应模块、热释电红外传感模块或超声波传感模块中一个或两个以上组合输出的移动传感信号。
优选的：所述参考电压的模数转换位数为12位及以上。
优选的：所述参考电压的电压值≥0.3V，且≤1.6V。
优选的：所述参考电压为0.5V。
第二方面，本申请提供一种低延时高速响应移动探测信号处理装置，采用如下的技术方案：
一种低延时高速响应移动探测信号处理装置，包括：
电压转换单元，用于转换外部供电电压以获取移动探测模块输出的探测叠加信号最大幅度值适配的参考电压；
探测信号采集单元，接收探测叠加信号，分段并量化以获取量化值；其中，所述探测叠加信号内包含有直流分量和交流分量；
算法单元，其基于识别策略，对数字探测信号进行存储、运算处理以获得探测结果；
逻辑控制单元，其基于控制策略，生成对应探测结果的控制信号。
第三方面，本申请提供一种低延时高速响应移动探测系统，采用如下的技术方案：
一种低延时高速响应移动探测系统，包括如第二方面所述的低延时高速响应移动探测信号处理装置和用于输出探测叠加信号的移动探测模块。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
(1)解决探测信号传输至MCU过程存在延迟、以及信号的过冲与失真问题，以及由延迟、非实时造成的探测识别和控制输出不及时、响应滞后的问题。
(2)解决探测信号被成千上万倍放大，造成尖峰信号、噪声信号等也被放大，以造成信号失真、探测抗干扰能力低、影响探测识别的可靠性的问题。
(3)有利于实现微型化移动探测系统以及移动探测系统产品的成本降低。
附图说明
图1a为行业中常用的移动探测系统的系统框图之一；
图1b为行业中常用的移动探测系统的系统框图之二；
图1c为行业中常用的移动探测系统的系统框图之三；
图1d为行业中常用的移动探测系统的系统框图之四；
图2a为低延时高速响应移动探测信号处理方法实施例一的流程框图；
图2b为低延时高速响应移动探测信号处理方法实施例二的流程框图；
图3a为RC滤波电路的电路示意图；
图3b为LC滤波电路的电路示意图；
图4a为共鉴模式下采集移动探测信号的流程框图；
图4b为交替模式下采集移动探测信号的流程框图；
图5为运算处理获得识别信号的流程框图；
图6a为控制信号为高低电平信号时的电路示意图；
图6b为控制信号为PWM信号时的电路示意图；
图6c为控制信号为通讯信号时的电路示意图；
图7a为集成于同一芯片内的移动探测信号处理装置的系统框图；
图7b为ADC外置的移动探测信号处理装置的系统框图；
图7c为电压转换单元外置的移动探测信号处理装置的系统框图；
图7d为具有两个探测信号采集单元的移动探测信号处理装置的系统框图；
图8a为包含集成的移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图；
图8b为包含分立的移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图；
图8c为包含热释电红外传感器和移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图；
图8d为包含微波感应器和移动探测信号处理装置内的移动探测系统系统框图；
图8e为包含超声波传感器和移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图；
图9a为集成移动探测器和移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图之一；
图9b为集成移动探测器和移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图之二；
图10a为包含RC滤波电路和集成的移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图；
图10b为包含RC滤波电路和分立的移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图；
图10c为包含LC滤波电路和集成的移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图；
图10d为包含LC滤波电路和分立的移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图；
图11a为包含一级运算放大器和集成的移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图；
图11b为包含一级运算放大器和分立的移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图；
图12a为具有两个探测信号器和一个移动探测信号处理装置的系统框图；
图12b为具有热释电红外传感器、微波感应器和一个移动探测信号处理装置的系统框图；
图13为包含信号传输模块和集成的移动探测信号处理装置的移动探测系统系统框图。
具体实施方式
以下结合附图1-12对本申请作进一步详细说明。
在移动探测中常见的有热释电红外传感器、微波感应器等移动探测器。
热释电红外传感器简称PIR，热释电红外传感器是一种通过检测人体发出的热辐射，即红外线光谱,特别是10μm左右的红外线信号，并将其转换成电信号输出，来实现人体感应。为了提高探测灵敏度，这种热释电红外传感器一般都配有菲涅尔透镜，菲涅尔透镜对10μm左右的红外线信号非常敏感，而对环境的其它波长红外成分具有明显的抑止作用。一旦有人进入热释电红外传感器探测区域，人体红外辐射通过菲涅尔透镜聚焦，并被热释电红外传感器接收，热释电红外传感器在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，输出引脚便会有与人体一致的变化信号输出。热释电红外传感器输出端输出的移动探测信号电压一般为0.01mV～20mV。且热释电红外传感器输出的探测叠加信号是由交流分量和直流分量叠加形成，其中交流分量构成移动探测信号。
微波感应器主要是运用微波多普勒效应原理实现，微波感应器发射预定的探测范围内发射连续微波波束或者脉冲微波波束，同时接收该微波波束被相应物体反射形成的一反射回波，并在后续基于多普勒效应原理通过混频检波的方式生成对应于所述激励信号和所述回波信号的频率差异的一多普勒中频信号，由于多普勒中频信号为对相应物体(如人)的活动的反馈，最终根据所述多普勒中频信号采样识别，可以对人体移动、人体微动、甚至人体呼吸或心跳等进行探测。微波感应器的多普勒中频信号输出的移动探测信号电压一般为0.1mV～500mV。且微波感应器输出的探测叠加信号是由交流分量和直流分量叠加形成，其中交流分量构成移动探测信号。
行业中常用的移动探测系统如图1a至图1d所示。
参见图1a，移动探测系统包括移动探测器、耦合电容、运算放大器和MCU。移动探测器、耦合电容、运算放大器和MCU依次连接，耦合电容和运算放大器独立设置。
参见图1b，移动探测系统包括移动探测器、耦合电容和MCU。移动探测器、耦合电容和MCU依次连接。MCU内集成有运算放大器。
参见图1c，移动探测系统包括移动探测模块和MCU。移动探测模块和MCU 连接。移动探测模块包括移动探测器、耦合电容和运算放大器。移动探测器、耦合电容、运算放大器依次连接于移动探测模块内。
参见图1d，移动探测系统为一块集成的移动探测芯片。移动探测芯片包括移动探测器、耦合电容、运算放大器和MCU。移动探测器、耦合电容、运算放大器和MCU依次连接且均集成于移动探测芯片中。
行业中所有的热释电红外传感器或微波感应器输出的探测叠加信号，都必须在中间加一个隔直的耦合电容，将直流分量隔离掉，使交流分量通过然后再传输到后面进行放大处理。
放大处理采用运算放大器对移动探测器所输出的移动探测信号进行一级或一级以上放大，对移动探测信号进行几千或几万倍的放大。使得放大后的移动探测信号能够接近外部供电电压值。由于探测叠加信号带有一定的直流分量，即直流偏置，如果直接放大，就会带来后级的所有处理电路、放大电路直流工作电流完全跑偏。例如，如果直流偏置是0.3V,放大10倍就是3V，放大100倍就是30V，但是一般供电才3.3V或5V，这样，直流分量被同步放大，必然会造成严重失真。同时耦合电容传输信号时通过充放电来完成，那么会带来时延和波形的失真。电容的充放电会对信号存在一个非线性的改变，对原始的波形造成扭曲和失真。
为了解决上述问题，本申请实施例公开一种低延时高速响应移动探测信号处理方法。
实施例一
一种低延时高速响应移动探测信号处理方法。参照图2，包括：
S1、将获取的外部供电电压经电压转换得到与移动探测模块输出的探测叠加信号最大幅度值适配的参考电压；
电压转换采用电压转换单元实现；电压转换单元为DC/DC的直流转换器，电压转换的输入端输入外部供电电压，输出端输出参考电压；且参考电压的电压值低于外部供电电压。
具体的，外部供电电压采用外部对MCU的VCC引脚的的供电电压，外部供电电压优选为5V或3.3V。与移动探测信号适配的参考电压应大于等于移动探测信号中直流分量和交流分量的叠加值，参考电压一般为≥0.3V，且≤ 1.6V。结合到热释电红外传感器、微波感应器和超声波传感器输出的移动探测信号的电压值，参考电压优选为0.5V。
移动探测模块输出的探测叠加信号内包含有直流分量和交流分量，交流分量构成移动探测信号。参考电压的电压值大于等于所述探测叠加信号的最大幅度值。
S2、模数转换所述参考电压，并基于分段量化的位数获得分段量化值；
分段量化的位数用于可以确定编几位的二进制码来代替模拟量，以便机器识别。其中，若分段量化的位数为n，则输出模拟量的段数为2n段，分段量化中每段模拟量对应的分段量化值的计算公式如下：
Vp＝Vi/2n (1)
公式(1)中，Vi为参考电压，Vp为分段量化值，n为分段量化的位数。
假设参考电压为5V、分段量化的位数为12位为例。则输出模拟量的段数为212段，即4096段。分段量化值Vp＝5V/4096＝0.00122V，即1.22mV，则转换精度为1.22mV，对于感应信号电压在0.01mV～1.22mV的变化时无法被识别和转换的。
而中采用0.5V作为参考电压，分段量化的位数为12位为例。则分段量化值Vp＝0.5V/4096＝0.0000122V，即0.122mV，即只要变化大于0.122mV的都能够被识别和转换，所以在位数相同的情况下，通过经电压转换的参考电压能够显著的提高模数转换的识别精度。
进一步的，为了保证分段量化值的精度，本实施方式中分段量化的位数至少为12位。
S3、接收探测叠加信号，分段并量化识别处理探测叠加信号获得数字探测信号；
探测叠加信号为来自微波感应模块、热释电红外传感模块或超声波传感模块中一个或两个以上组合输出的移动传感信号。微波感应模块可以仅包括微波感应器，也可以包括微波感应器和滤波电路；同理，热释电红外传感模块可以仅包括热释电红外传感器，也可以包括热释电红外传感器和滤波电路；超声波传感模块可以仅包括超声波传感器，也可以包括超声波传感器和滤波电路。探测叠加信号内叠加有直流分量和交流分量，基于分段量化值识别处理探测叠加信号。
具体的，探测叠加信号可以为微波探测模块对人体活动进行探测输出的微波多普勒中频信号。
其中，步骤S3是通过A/D转换器实现对探测叠加信号和数字探测信号的转化。A/D转换器一般指模数转换器，或简称ADC，通常A/D转换器是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。就步骤S3而言，A/D转换器输入的模拟量为探测叠加信号，输出的数字量为数字探测信号，参考标准量为分段量化值。以15mv为例，在分段量化值为0.122mV的情况下，则用数字探测信号表示为1111010。
实施例二：
一种低延时高速响应移动探测信号处理方法。参照图2，
S1、将获取的外部供电电压经电压转换得到与移动探测模块输出的探测叠加信号最大幅度值适配的参考电压；
S2、模数转换所述参考电压，并基于分段量化的位数获得分段量化值；
S3、接收探测叠加信号，基于所述分段量化值数模转换探测叠加信号获得数字探测信号；
探测叠加信号内叠加有直流分量和交流分量，基于分段量化值识别处理探测叠加信号的直流分量和交流分量。
探测叠加信号为来自微波感应模块、热释电红外传感模块或超声波传感模块中一个或两个以上组合输出的移动传感信号。微波感应模块可以仅包括微波感应器，也可以包括微波感应器和滤波电路；同理，热释电红外传感模块可以仅包括热释电红外传感器，也可以包括热释电红外传感器和滤波电路；超声波传感模块可以仅包括超声波传感器，也可以包括超声波传感器和滤波电路。探测叠加信号内叠加有直流分量和交流分量，基于分段量化值识别处理探测叠加信号。
具体的，探测叠加信号可以为微波探测模块对人体活动进行探测输出的微波多普勒中频信号。
滤波电路可以为RC滤波或者是LC滤波。可以是如图3a所示，由RC滤波串联电阻R1组成的滤波电路；或者如图3b所示，由LC滤波串联电阻R1 组成的滤波电路。设置有滤波电路的目的为滤除探测叠加信号中的杂讯，抑制噪声干扰。。
在一个实施例中，探测叠加信号由微波感应模块、热释电红外传感模块或超声波传感模块中两者同时发出,形成两个移动探测信号共同检测的共鉴模式。
共鉴模式下，如图4a所示，步骤S3包括:
S31、同时采集第一探测叠加信号和第二探测叠加信号；
S32、基于分段量化值数模转换第一探测叠加信号获得第一数字探测信号, 数模转换第二探测叠加信号获得第二数字探测信号。
在另一个实施例中，移动探测信号由微波感应模块、热释电红外传感模块或超声波传感模块中两者交替发出，形成两个移动探测信号交替检测的交替模式。
在交替模式下，如图4b所示，步骤S3包括:
S31、基于预设的启动规则交替采集第一探测叠加信号和第二移探测叠加信号；
S32、基于分段量化值数模转换第一探测叠加信号获得第一数字探测信号, 数模转换第二探测叠加信号获得第二数字探测信号。
其中，启动规则可以有多种，以实现不同的探测功能。例如可以是：热释电红外传感模块负责探测人体躯体移动与/或肢体动作信息；当热释电红外传感模块在预设时长(如T1)内没有探测到人体躯体移动与/或肢体动作信息，则切换至微波感应模块工作。微波感应模块对人体的呼吸与/或心跳信息进行探测，微波感应模块探测到人体的呼吸与/或心跳信息(或者人体躯体移动与/或肢体动作信息)后，切换回热释电红外传感模块工作，或者在预设时长(T2)结束后，微波感应模块自动关闭并切换至热释电红外传感模块工作。S4、基于识别策略，对数字探测信号进行存储、运算处理以获得探测结果；
具体的，如图5所示，步骤S4包括：
S41、对获取的数字探测信号进行滤波后存储；
S42、基于识别策略，运算处理数字探测信号获得用于指示探测结果的识别信号。
其中的滤波为软件滤波，滤波用于滤除电网的工频信号、尖峰信号、低频率信号。不符合预设幅度、相位、频率一个或以上组合的干扰信号滤除。
识别策略包括对模数转换后的数字探测信号运算处理以识别是否存在符合预设幅度、相位、频率中一个或以上组合的信号数值，以获得探测结果。
即，识别策略可以包括将获取的数字探测信号与预设的幅度阈值、相位阈值、频率阈值的中一个比较，基于比较的结果输出对应的识别信号。
识别策略也可以包括将获取的数字探测信号与预设的组合阈值比较，基于比较的结果输出对应的识别信号。
其中，所述组合阈值包括幅度阈值、相位阈值和频率阈值中的至少两者。
即在采用组合阈值的实施例中，数字探测信号必须要同时达到幅度阈值、相位阈值和频率阈值中的至少两者，才能触发对应的识别信号。
S5、基于控制策略，生成对应识别信号的控制信号或控制指令。
控制策略根据实际情况调节。例如：热释电红外传感模块与微波感应模块的两路输入，识别信号对应人体存在状态。例如：仅热释电红外传感模式有信号数值识别，可将人体存在状态识别为活动状态；热释电红外传感模式无信号数值识别，微波感应模块有信号数值识别，而且是仅有与基于人体的呼吸与/或心跳信息的静止存在信号，可以将人体存在状态识别为休息睡眠状态；热释电红外传感模块和微波感应模块均无信号数值识别，可以人体空间存在状态识别为不存在或已离开状态等。根据信号数值识别或人体存在状态的探测结果输出相对应的控制信号或控制指令。
根据信号数值识别，以及人体存在状态的探测结果，另外根据控制对象的不同，通过OUT引脚输出相对应的控制信号时，输出的控制信号类型有多种。
控制信号可以为高低电平信号、PWM信号或通讯信号。
如图6A，当控制信号为高低电平时，可电连接灯具或警报的控制端，以控制灯具或警报的开启和关闭。
如图6B，当控制信号为PWM信号时控制信号，可电连接调光电源实现对 LED灯的调光。
如图6C，当控制信号为通讯信号时，可以根据需求，实现蓝牙、wifi、 Zigbee、RS232或RS485等通讯，对组网上的控制器或与控制相关的设备进行控制。
综上具体来说，现有技术中，无论热释电红外感应模块输出的PIR信号还是微波感应模块输出的多普勒中频信号，它们移动探测信号均具有直流分量，需要通过隔直的耦合电容将直流分量隔离后，再往微控制器或移动探测信号处理装置传输。PIR信号和多普勒中频信号本身已是比较微弱的信号，一般是毫伏级，通过隔直的耦合电容隔离了直流分量，PIR信号和多普勒中频信号的信号进一步大幅变弱，另外，由于现有的微控制器或移动探测信号处理装置的一般采用的是较高的模数转换参考电压，如2伏、3伏、甚至5 伏等，以现有技术中采集单元的模数转换参考电压为5V、位数为12位为例，则模数转换过程中，分段量化中每段的电压为：5V/4096＝0.00122V，即1.22mV，它的转换精度为1.22mV，对于移动探测信号电压在0.01mV～1.22mV的变化时无法被识别和转换的，所以需要通过两级或以上的运算放大器或者一级大倍率的运算放大器放大后才能进行模数转换和识别。
本发明方法一方面，由于信号传输模块让所述探测叠加信号以直流分量叠加交流分量同时通过的方式传输至所述微控制器或移动探测信号处理装置，即不再需要隔直的耦合电容对直流分量进行隔离，移动探测信号中直流分量叠加交流分量同时传输至所述微控制器或移动探测信号处理装置，移动探测信号不存在被大幅变弱的问题，另一方面，由于所述微控制器或移动探测信号处理装置以与所述直流分量和交流分量的叠加值相适配的模数转换参考电压对所述移动探测信号进行模数转换与/或识别处理。
即假如移动探测信号中直流分量为0.3伏，交流分量最高值为0.2伏，即直流分量和交流分量的叠加值最高为0.5伏，那么所述直流分量和交流分量的叠加值相适配的模数转换参考电压只需略大于0.5伏就可以对移动探测信号进行完整的模数转换和识别。以模数转换参考电压为0.5伏，位数为12 位为例，则0.5V/4096＝0.000122V，即转换精度为0.122mV，即只要变化大于 0.122mV的都能够被识别和转换，所以在位数相同的情况下，模数转换的识别精度能够显著的提高。
另外，由于模数转换参考电压是与所述直流分量和交流分量的叠加值相适配的，所以不存在信号无法被完整模数转换的问题，同时不需要运算放大器或者只需较小倍率的运算放大器放大，就直接可以对移动探测信号进行模数转换和识别处理。这样，由于不再需要隔直耦合电容对移动探测信号的直流分量进行隔离，避免了隔直耦合电容充放电所造成的移动探测信号传输的延迟、和对移动探测信号非线性改变带来的失真，提高了移动探测信号传输的实时性；不再需要运算放大器对移动探测信号进行放大，或者仅需一级运算放大器或/和其他具备信号放大能力的半导体器件进行低倍率的放大，放大交/直流叠加信号幅度不超过供电电压，且放大后的交/直流失真和噪声信号不会被放大或大倍率放大，使它们得以有效抑制，提高了人体传感过程的抗干扰性和探测结果的可靠性、结构的简化，也更有利于产品微型化、芯片化。
本申请实施例公开一种低延时高速响应移动探测信号处理装置。
实施例一，参照图7a，移动探测信号处理装置包括：
电压转换单元，用于转换外部供电电压以获取移动探测模块输出的探测叠加信号最大幅度值适配的参考电压；
探测信号采集单元，接收探测叠加信号，基于所述分段并量化值以获取量化值；其中，所述探测叠加信号内包含有直流分量和交流分量；
算法单元，其基于识别策略，对数字探测信号进行存储、运算处理以获得识别结果；
逻辑控制单元，其基于控制策略，生成对应识别结果的控制信号。
该实施例应用于单个移动探测信号输入的情境下，且其中电压转换单元，探测信号采集单元，算法单元和逻辑控制单元集成于同一芯片中。
实施例二，参照图7b，移动探测信号处理装置包括：
电压转换单元，用于转换外部供电电压以获取移动探测模块输出的探测叠加信号最大幅度值适配的参考电压；
探测信号采集单元，接收探测叠加信号，基于所述分段并量化值以获取量化值；其中，所述探测叠加信号内包含有直流分量和交流分量；
算法单元，其基于识别策略，对数字探测信号进行存储、运算处理以获得识别结果；
逻辑控制单元，其基于控制策略，生成对应识别结果的控制信号。
该实施例应用于单个移动探测信号输入的情境下，且其中电压转换单元和探测信号采集单元集成于ADC中，算法单元和逻辑控制单元集成于MCU中，。
实施例三，参照图7c，移动探测信号处理装置包括：
电压转换单元，电压转换外部供电电压获取与移动探测信号适配的参考电压；
探测信号采集单元，接收探测叠加信号，基于所述分段并量化值以获取量化值；其中，所述探测叠加信号内包含有直流分量和交流分量；
算法单元，其基于识别策略，对数字探测信号进行存储运算处理获得识别信号；
逻辑控制单元，其基于控制策略，生成对应识别信号的控制信号或控制指令。
该实施例应用于单个移动探测信号输入的情境下，且其中探测信号采集单元，算法单元和逻辑控制单元集成于同一芯片中，电压转换单元独立设置。
实施例四，参照图7d，移动探测信号处理装置包括：
电压转换单元，电压转换外部供电电压获取参考电压；
第一探测信号采集单元，其采集第一移动探测信号，基于分段量化值数模转换第一移动探测信号获得第一数字探测信号；
第二探测信号采集单元，其采集第二移动探测信号，基于分段量化值数模转换第二移动探测信号获得第二数字探测信号；
第一算法单元，其基于识别策略，对第一数字探测信号进行存储运算处理获得第一识别信号；
第二算法单元，其基于识别策略，对第二数字探测信号进行存储运算处理获得第二识别信号；
逻辑控制单元，其基于控制策略，生成对应第一识别信号和第二识别信号的控制信号。
其中第一探测信号采集单元和第二探测信号采集单元构成探测信号采集单元；第一算法单元和第二算法单元构成算法单元，该实施例应用于两个移动探测信号输入的情境下。
本申请实施例公开一种移动探测系统。
实施例一
如图8a所示，移动探测系统包括移动探测信号处理装置和移动探测器。移动探测器和低延时高速响应移动探测信号处理装置独立设置，且移动探测器连接至低延时高速响应移动探测信号处理装置的探测信号采集单元的输入端。
如图8a和图8b所示，其中低延时高速响应移动探测信号处理装置为上述实施例一或实施例二的移动探测信号处理装置。如图8c、图8d和图8e所示，移动探测器可以为热释电红外传感器、微波感应器、超声波传感器中的一种。
实施例二
如图9a所示，移动探测系统包括移动探测信号处理装置和移动探测器。移动探测器和移动探测信号处理装置集成于同一块芯片中，且移动探测器连接至低延时高速响应移动探测信号处理装置的探测信号采集单元的输入端。移动探测器和移动探测信号处理装置集成到一个芯片，能提高响应效率，降低时延。
如图9a和图9b所示，其中低延时高速响应移动探测信号处理装置为上述实施例一或实施例二的移动探测信号处理装置，移动探测器为热释电红外传感器、微波感应器、超声波传感器中的至少一种。
实施例三
如图10a所示，移动探测系统包括移动探测信号处理装置、滤波电路和移动探测器。移动探测器通过滤波电路连接至移动探测信号处理装置的探测信号采集单元的输入端。
如图10a、图10b、图10c和图10d所示，其中低延时高速响应移动探测信号处理装置为上述实施例一或实施例二的移动探测信号处理装置，滤波电路可以是由RC组成的滤波电路，或者是LC组成的滤波电路。移动探测器可以为热释电红外传感器、微波感应器、超声波传感器中的一种。
实施例四
如图11a所示，移动探测系统包括移动探测信号处理装置、一级放大电路和移动探测器。移动探测器通过一级运算放大器连接至移动探测信号处理装置的探测信号采集单元的输入端。
如图11a和图11b所示，一级放大电路可以是一级运算放大器。低延时高速响应移动探测信号处理装置为上述实施例一或实施例二的移动探测信号处理装置。移动探测器可以为热释电红外传感器、微波感应器、超声波传感器中的一种。
实施例五
如图12a所示，移动探测系统包括移动探测信号处理装置、第一移动探测器和第二移动探测器。其中低延时高速响应移动探测信号处理装置为上述实施例三的移动探测信号处理装置，第一移动探测器连接至移动探测信号处理装置的第一探测信号采集单元的输入端。第二移动探测器连接至移动探测信号处理装置的第二探测信号采集单元的输入端。
第一移动探测器和第二移动探测器可以为热释电红外传感器、微波感应器、超声波传感器中的一种。优选的，如图12b所示，第一移动探测器为热释电红外传感器，第二移动探测器为微波感应器。
实施例六
如图13所示，移动探测系统包括移动探测信号处理装置、信号传输模块和移动探测器。移动探测器通过信号传输模块连接至移动探测信号处理装置的探测信号采集单元的输入端。
移动探测信号处理装置输出的信号通过信号传输模块传输至移动探测信号处理装置中。
综上，本实施方式中的移动探测系统具有以下效果：
1.通过获取电压转换和模数转化的方式将输入的外部供电电压，转化为电压值远小于原外部供电电压的分段量化值。从而使得移动探测器输出的移动探测信号无需再经放大就可以直接输入至移动探测信号处理装置中。去除了现有的方式中移动探测器输出和移动探测信号处理装置之间的耦合电容；提高探测识别和控制输出及时性、响应实时性。
2.移动探测器的移动探测信号输出端与移动探测信号处理装置之间可仅采用一级低倍数运算放大器，甚至不用运算放大器，探测信号处理装置实现直接对探测信号的采样、模数转换，进而有效的减小了对信号的过冲与失真、噪声信号的同步放大问题，减小失真，提高抗干扰性和探测识别的可靠性。
3.有利于实现微型化移动探测系统以及移动探测系统产品的成本降低。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：包括：
接收移动探测模块输出的探测叠加信号，所述探测叠加信号内包含有直流分量和交流分量，所述交流分量构成移动探测信号；
以与所述探测叠加信号最大幅度值设置以适配的参考电压对输出信号进行模数转换与/或识别处理。
2.根据权利要求1所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述参考电压的电压值大于等于所述探测叠加信号的最大幅度值。
3.根据权利要求2所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述方法还包括对所述模数转换后的数字信号运算处理以识别是否存在符合预设幅度、相位、频率中一个或以上组合的信号数值，以获得探测结果。
4.根据权利要求3所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述方法还包括对所述模数转换后的数字信号运算处理前，对所述数字信号软件滤波，以将不符合预设幅度、相位、频率一个或以上组合的干扰信号过滤。
5.根据权利要求4所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述方法还包括根据所述探测结果生成相对应的控制指令或控制信号。
6.根据权利要求1至5任一所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述探测叠加信号为微波探测模块对人体活动进行探测输出的微波多普勒中频信号。
7.根据权利要求1至5任一所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述参考电压由外部供电电压转换。
8.根据权利要求7所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述外部供电电压为5V或3.3V。
9.根据权利要求1至5任一所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述探测叠加信号为来自微波感应模块、热释电红外传感模块或超声波传感模块中一个或两个以上组合输出的移动传感信号。
10.根据权利要求1至5任一所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述参考电压的模数转换位数为12位及以上。
11.根据权利要求1至5任一所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述参考电压的电压值≥0.3V，且≤1.6V。
12.根据权利要求1至5任一所述的低延时高速响应移动探测信号处理方法，其特征在于：所述参考电压为0.5V。
13.一种低延时高速响应移动探测信号处理装置，其特征在于：包括：
电压转换单元，用于转换外部供电电压以获取移动探测模块输出的探测叠加信号最大幅度值适配的参考电压；
探测信号采集单元，接收探测叠加信号，分段并量化以获取量化值；其中，所述探测叠加信号内包含有直流分量和交流分量；
算法单元，其基于识别策略，对数字探测信号进行存储、运算处理以获得探测结果；
逻辑控制单元，其基于控制策略，生成对应探测结果的控制信号。
14.一种低延时高速响应移动探测系统，其特征在于：包括如权利要求13所述的低延时高速响应移动探测信号处理装置和用于输出移动探测信号的移动探测模块。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101732052A (zh) * 2009-11-16 2010-06-16 清华大学 一种人体运动形态的红外测量装置及方法
CN103358989A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 比亚迪股份有限公司 一种探测生命体的系统和方法
CN103743944A (zh) * 2014-01-16 2014-04-23 贵州省计量测试院 一种自动识别信号类型的真有效值交直流电压测量方法
CN204790027U (zh) * 2015-05-20 2015-11-18 深圳通感微电子有限公司 一种人体感应装置及系统
US20170155398A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-01 Texas Instruments Incorporated Baseline compensation system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101732052A (zh) * 2009-11-16 2010-06-16 清华大学 一种人体运动形态的红外测量装置及方法
CN103358989A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 比亚迪股份有限公司 一种探测生命体的系统和方法
CN103743944A (zh) * 2014-01-16 2014-04-23 贵州省计量测试院 一种自动识别信号类型的真有效值交直流电压测量方法
CN204790027U (zh) * 2015-05-20 2015-11-18 深圳通感微电子有限公司 一种人体感应装置及系统
US20170155398A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-01 Texas Instruments Incorporated Baseline compensation system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王丁等: "自动调节参考电压提高模数转换分辨率的方法", 《自动化技术与应用》 *

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