CN205879369U - 基于可编程芯片的热释电红外传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于可编程芯片的热释电红外传感器，涉及传感器领域，包括基板、设置于基板上的盖板、设置于盖板上的红外光学滤光元件、设置于基板上的红外敏感元、固定于基板上的集成电路模块，所述红外敏感元与集成电路模块之间电连接，所述集成电路模块上设置有可编程芯片，所述可编程芯片对信号采集、处理及信号输出过程进行编程控制，能有效的提高传感器的可靠性和灵敏度、加强产品的人机交互能力、实现智能化，同时时钟源电路由外接晶体振荡时钟源、内部振荡时钟源组成，使产品的数字逻辑功能更易实现。

Description

基于可编程芯片的热释电红外传感器

技术领域

本实用新型涉及一种热释电红外传感器，具体为一种基于可编程芯片的热释电红外传感器。

背景技术

热释电红外传感器主要用来感知人体的移动，人体正常体温约37摄氏度，会辐射出中心波长9微米左右的红外线，这种红外线通过红外光学滤光片滤光和菲涅耳透镜聚焦后汇聚在红外敏感元上，红外敏感元将感受到的热量变化转化为微弱的电量变化，并通过信号调理电路的滤波、放大、比较等处理，从而向外输出。目前市场上的热释电红外传感器主要包括基板、设置于基板上盖板、设置于盖板上的红外光学滤光元件、设置于基板上的红外敏感元、固定于基板上的集成电路模块，其不能根据环境变化或者工作需要进行编程调整；系统时钟一般为单一的外部时钟输入，其数字逻辑功能不易实现；不能智能识别信号源，抗干扰能力差。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于可编程芯片的热释电红外传感器。

本实用新型采用的技术方案是：一种基于可编程芯片的热释电红外传感器，包括基板、设置于基板上盖板、设置于盖板上的红外光学滤光元件、设置于基板上的红外敏感元、固定于基板上的集成电路模块，所述红外敏感元与集成电路模块之间电连接，所述集成电路模块上设置有可编程芯片。

优选地，所述红外光学滤光元件表面镀有红外增透膜和截止膜。

优选地，所述基板与盖板之间密封连接，形成密闭的收容空间，所述红外敏感元和所述集成电路模块均设置于所述收容空间内。

优选地，所述集成电路模块包括前置信号放大电路、模数转换电路、带通滤波电路、信号输出电路、电压比较电路、状态控制电路、复位系统电路、程序存储器、数据存储器、结果寄存器、时钟源电路，所述红外敏感元采集的信号依次经过前置信号放大电路、模数转换电路、带通滤波电路、电压比较电路、结果寄存器然后输入可编程芯片，所述时钟源电路与前置信号放大电路相连，所述时钟源电路还依次通过复位系统电路、状态控制电路与所述可编程芯片相连，所述可编程芯片还与程序存储器、数据存储器和信号输出电路相连。

优选地，所述可编程芯片能够对前置信号放大电路、带通滤波电路、信号输出电路、电压比较电路、状态控制电路、复位系统电路、数据存储器、时钟源电路中的至少一个进行编程控制。

优选地，所述的时钟源电路包括外接晶体振荡时钟源、内部振荡时钟源。

优选地，整体采用TO封装，所述红外敏感元包括两个陶瓷型热释电敏感元，所述两个敏感元以相反极性串联，所述可编程芯片采用MCU芯片，所述信号输出电路采用一种可编程I2C数字化输出电路。

优选地，整体采用SMD封装，所述红外敏感元包括四个陶瓷型热释电敏感元，所述四个敏感元以相反极性串联，所述可编程芯片采用ASIC芯片，所述信号输出电路采用一种可编程DOCI数字化输出电路。

优选地，所述薄膜型热释电敏感元的上表面为图形化吸收层，中间为过渡层，下表面为绝热窗口。

本实用新型的有益效果在于：设置有可编程芯片，能根据具体情况对信号采集、处理和信号输出等过程进行编程控制，能有效的提高传感器的可靠性和灵敏度、加强产品的人机交互能力、实现智能化 ；时钟源电路由外接晶体振荡时钟源、内部振荡时钟源组成，使产品的数字逻辑功能更易实现。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的封装结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的封装结构示意图；

图3为本实用新型实施例1的逻辑结构示意图；

图4为本实用新型实施例2的逻辑结构示意图。

1为红外光学滤光片，2为盖板，3为红外敏感元，4集成电路模块，5为基板，图1中6为引线。

具体实施方式：

以下结合附图及具体实施例，详细描述本实用新型其结构及功能，为了便于描述，所有附图仅示出了与本实用新型实施例相关的主要部分。

实施例1 如图1和图3所示，一种基于可编程芯片的热释电红外传感器，其结构主要包括红外光学滤光片1、盖板2、红外敏感元3、集成电路模块4和基板5，采用TO封装。

所述的红外光学滤光片1表面蒸镀有红外增透膜和截止膜，其作用是兼作5-14um红外线增透而其它波长的光线截止。所述红外光学滤光片1直接嵌入在传感器的盖板的窗口处，并以树脂材料粘牢。

所述的红外敏感元3为陶瓷型热释电敏感元，该陶瓷型热释电敏感元的表面为图形化的吸收层。本实施例的红外敏感元采用双探测元的结构，将两个敏感元以相反极性串联，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰，它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。

所述集成电路模块4是由可编程MCU芯片、前置信号放大电路、8位模数转换电路、带通滤波电路、电压比较电路、状态控制电路、复位系统电路、4K OTP ROM型程序存储器、256B RAM型数据存储器、结果寄存器、时钟源电路、信号输出电路等构成的高度集成的数模混合专用集成电路模块，所述的时钟源电路包括外接晶体振荡时钟源、内部振荡时钟源，所述红外敏感元3采集的信号依次经过前置信号放大电路、8位模数转换电路、带通滤波电路、电压比较电路、结果寄存器然后输入可编程MCU芯片，所述时钟源电路与前置信号放大电路相连，所述时钟源电路还依次通过复位系统电路、状态控制电路与所述可编程MCU芯片相连，所述可编程MCU芯片还与4K OTP ROM型程序存储器、256B RAM型数据存储器和信号输出电路相连。

所述基板5的材料为金属化陶瓷或金属化树脂材料，作电磁屏蔽处理，以减少外界的电磁干扰。

所述基板5和盖板2之间形成收容空间，基板上印刷有厚膜电路，厚膜电路可将可编程MCU芯片模块的输入和输出与引脚焊盘一一对应的连接起来，以实现各元器件的电连接。在基板周边还设有金属框，用以固定焊接盖板， 在基板的底部设有与集成电路模块相连的输入、输出的引线端子，所设置的引线端子数量与输入、输出需要的连接端口数量一致并可随之发生变化。

红外敏感元3和集成电路模块4封装在基板5和盖板2形成的收容空间内，从基板内部向下延伸出三根引线6，将该盖板2和基板5密封焊接，形成TO封装形式的基于可编程芯片的热释电红外传感器。

本实施例的电源电压为1.5-5.0V，工作电流为10-500μA。

本实施例中可编程MCU芯片通过C语言对灵敏度阈值进行编程，采集不同环境温度下的传感器输出灵敏度（信号响应电压）数据；对噪声的频谱进行分析，编程设计数字带通滤波器；对移动人体的热释电红外传感器信号的频谱特征进行分析，编程设计频谱特征的提取及识别算法，从而实现本实用新型智能化。

本实施例的传感器的信号输出电路为一种可编程I2C数字化输出电路，经进一步处理后灵活控制诸如便携式夜视装备、视觉增强器、摄像头(IP照相机)、自动热水冲水马桶和其他红外自动开关(如：液晶监视器、空调、空气滤清器、通风扇)，并得到广泛的应用。

实施例2 如图2和4所示，一种基于可编程芯片的热释电红外传感器，其结构主要包括红外光学滤光片1、盖板2、红外敏感元3、集成电路模块4和基板5，采用SMD封装。

本实施例的输入、输出用的引线端子采用PCB板背面电极，经由基板5底部，与基板5上的集成电路模块4电连接，所设置的引线端子数量可以根据输入、输出需要的连接端口数量作相应的变化。将该盖板2和基板5密封焊接，所述红外敏感元3和集成电路模块4封装在基板5和盖板2形成的收容空间内，形成SMD封装形式的基于可编程芯片的热释电红外传感器。

所述的红外光学滤光片1表面蒸镀有红外增透膜和截止膜，其作用是兼作5-14um红外线增透而其它波长的光线截止。所述红外滤光片1嵌入盖板2的窗口内，并用黑胶固定。

所述红外敏感元3为薄膜型热释电敏感元，该薄膜型热释电敏感元的表面为图形化的吸收层，中间为过渡层，背部为绝热窗口。本实施例的红外敏感元采用四个探测元的结构，将四个敏感元以相反极性串联，以抑制由于自身和环境温度升高而产生的干扰。

所述集成电路模块4是由可编程ASIC芯片、前置信号放大电路、16位模数转换电路、带通滤波电路、电压比较电路、状态控制电路、复位系统电路、8K EEP ROM的程序存储器、4K RAM的数据存储器、结果寄存器、时钟源电路、信号输出电路等构成的高度集成的数模混合专用集成电路，所述的时钟源电路包括外接晶体振荡时钟源、内部振荡时钟源。所述红外敏感元3采集的信号依次经过前置信号放大电路、16位模数转换电路、带通滤波电路、电压比较电路、结果寄存器然后输入可编程ASIC芯片，所述时钟源电路与前置信号放大电路相连，所述时钟源电路还依次通过复位系统电路、状态控制电路与所述可编程ASIC芯片相连，所述可编程ASIC芯片还与8K EEP ROM的程序存储器、4K RAM的数据存储器和信号输出电路相连。

所述基板5的材料为金属化陶瓷或金属化树脂材料，作电磁屏蔽处理，以外减少外界的电磁干扰。

本实施例的电源电压为1.5-5.0V，工作电流为10-500μA。

本实施例中集成电路模块通过汇编语言对灵敏度阈值进行编程，采集不同环境温度下的传感器输出灵敏度（信号响应电压）数据；对噪声的频谱进行分析，编程设计数字带通滤波器；对移动人体的热释电红外传感器信号的频谱特征进行分析，编程设计频谱特征的提取及识别算法，从而实现本实用新型智能化。

本实施例的传感器的信号输出电路为一种可编程DOCI型数字化输出电路，经进一步处理后广泛应用在具有红外感应的安防、家电和通信等领域。

除实施例1和实施例2之外，所述的红外敏感元可采用的是单晶型、陶瓷型或薄膜型热释电元件；所述的可编程芯片可以是ASIC、DSP、FPGA、CPLD、MCU或者PLD；所述的可编程芯片可以是4位、8位、16位、32位或64位；所述的程序存储器类型可以是可编程FLASH ROM、OTP ROM、MASK ROM或是EEPROM；所述的前置信号放大电路可以是JFET输入型运算放大器、PMOS输入型运算放大器、固定倍率的运算放大器或者可编程的运算放大器；所述的模数转换电路可采用8位、14位、16位、20位等不同精度的ADC；所述的可编程芯片的整个程序可以用C语言、VHDL语言、汇编语言或其它程序语言编写。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种基于可编程芯片的热释电红外传感器，其特征在于：包括基板、设置于基板上的盖板、设置于盖板上的红外光学滤光元件、设置于基板上的红外敏感元、固定于基板上的集成电路模块，所述红外敏感元与集成电路模块之间电连接，所述集成电路模块上设置有可编程芯片。

2.根据权利要求1所述的基于可编程芯片的热释电红外传感器，其特征在于：所述红外光学滤光元件表面镀有红外增透膜和截止膜。

3.根据权利要求1所述的基于可编程芯片的热释电红外传感器，其特征在于：所述基板与盖板之间密封连接，形成密闭的收容空间，所述红外敏感元和所述集成电路模块设置于所述收容空间内。

4.根据权利要求1所述的基于可编程芯片的热释电红外传感器，其特征在于：所述集成电路模块包括前置信号放大电路、模数转换电路、带通滤波电路、信号输出电路、电压比较电路、状态控制电路、复位系统电路、程序存储器、数据存储器、结果寄存器、时钟源电路，所述红外敏感元采集的信号依次经过前置信号放大电路、模数转换电路、带通滤波电路、电压比较电路、结果寄存器然后输入可编程芯片，所述时钟源电路与前置信号放大电路相连，所述时钟源电路还依次通过复位系统电路、状态控制电路与所述可编程芯片相连，所述可编程芯片还与程序存储器、数据存储器和信号输出电路相连。

5.根据权利要求4所述的基于可编程芯片的热释电红外传感器，其特征在于：所述可编程芯片能够对前置信号放大电路、带通滤波电路、信号输出电路、电压比较电路、状态控制电路、复位系统电路、数据存储器、时钟源电路中的至少一个进行编程控制。

6.根据权利要求5所述的基于可编程芯片的热释电红外传感器，其特征在于：所述的时钟源电路包括外接晶体振荡时钟源、内部振荡时钟源。

7.根据权利要求5所述的基于可编程芯片的热释电红外传感器，其特征在于：整体采用TO封装，所述红外敏感元包括两个陶瓷型热释电敏感元，所述两个敏感元以相反极性串联，所述可编程芯片采用MCU芯片，所述信号输出电路采用一种可编程I2C数字化输出电路。

8.根据权利要求5所述的基于可编程芯片的热释电红外传感器，其特征在于：整体采用SMD封装，所述红外敏感元包括四个薄膜型热释电敏感元，所述四个敏感元以相反极性串联，所述可编程芯片采用ASIC芯片，所述信号输出电路采用一种可编程DOCI数字化输出电路。

9.根据权利要求8所述的基于可编程芯片的热释电红外传感器，其特征在于：所述薄膜型热释电敏感元的上表面为图形化吸收层，中间为过渡层，下表面为绝热窗口。