CN210142381U - 一种红外探头电路及红外人体探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种红外探头电路及红外人体探测器，包括依次连接的两级放大电路、双向鉴幅电路和电压转换电路，电压转换电路连接处理器的中断唤醒接口；两级放大电路的输出端还连接处理器的模拟量检测接口。本实用新型的电路能够实现基于模拟量波形判断是否是人感信号，相比于基于放大信号强度(电压幅值)判断人感信号的电路减少了误报情况的出现。

Description

一种红外探头电路及红外人体探测器

技术领域

本实用新型涉及一种红外探头电路及红外人体探测器，属于安防报警领域。

背景技术

入侵探测器是防盗报警产品的一类，包括主动红外入侵探测器、室内用被动红外探测器、室内用微波多普勒探测器、微波和被动红外复合入侵探测器、振动入侵探测器、室内用被动式玻璃破碎探测器等。

其中，被动红外探测器是一种由于人在探测器覆盖区域内移动，引起接收到的红外辐射电平变化而产生报警状态的探测器。热释电红外感应信号的波形是一种具有波峰和波谷的类似于正弦曲线的波形，同时热释电红外感应信号的强度非常微弱，难以被处理器直接检测到。

信号经多级放大后还存在大量被放大的噪声，探头前非人体的感应信号也会被放大，仅通过双向鉴幅电路将波形幅值达到一定强度的放大信号筛选出来认定为人感信号存在一定问题，若双向鉴幅电路的上下窗口电压设定的过宽(上限电压值高下限电压值低)，则会出现部分人感信号被放大后的波形未能达到窗口电压的上下限值，而没能触发电平信号，最终无法被处理器识别而漏报的情况，这样的人体探测器用于安防领域会出现极大安全漏洞。为了防止漏报，则需要将双向鉴幅电路窗口电压的上下限设置的较窄(上下限值接近基准电压值)，而这种情况又会出现噪声或其他非人感的信号被放大后达到双向鉴幅电路的窗口电压，触发电压转换电路输出电平信号，被处理器识别为人感信号，最终导致设备过于灵敏频繁出现误报的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种红外探头电路以及使用这种电路的人体探测器，用于解决现有红外人体探测方法及探测器存在的误报较多的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

本实用新型的一种红外探头电路，包括两级放大电路、双向鉴幅电路和电压转换电路，所述两级放大电路包括两个串联的第一运算放大器和第二运算放大器，双向鉴幅电路包括第三运算放大器和第四运算放大器，所述电压转换电路包括开关管；

第二运算放大器的输出端连接第三运算放大器的同相输入端和第四运算放大器的反相输入端，第三运算放大器的反相输入端和第四运算放大器的同相输入端分别连接相应的参考电压，第三运算放大器的输出端和第四运算放大器的输出端连接所述开关管的控制端；所述开关管的阴极端或阳极端用于连接处理器的中断唤醒接口；所述第二运算放大器的输出端还用于连接处理器的模拟量检测接口。

本实用新型的红外探头电路，采用两路运放对红外人感信号进行两级放大，放大后的模拟信号强度足够，分出一路被处理器采集用于人感信号的判断；另两路运放作为两个比较器构成双向鉴幅比较器，另一路放大后的模拟信号通过双向鉴幅比较器将符合人感信号强度的信号筛选出来并驱动开关管，用于将电平信号作为唤醒信号唤醒处理器。

本实用新型的红外探头电路带有能够输出强度幅值满足芯片采样检测要求的模拟信号检测端口，以及电平唤醒信号的输出端口，后续的芯片在没有任何探测信号时能够处于休眠状态，当红外探头感应电平唤醒信号时，唤醒后续芯片，再通过两级放大电路后的模拟信号检测端口采样检测感应波形，基于波形特点判断信号是否为人感信号。红外感应信号的波形中，存在瞬时的尖峰噪音，其持续时间很短，但在放大后其信号强度能够接近人感信号的强度；而人体出现在红外人体探头前都有一个持续的过程，不会瞬间出现又瞬间消失，其对应产生的信号也会持续一定的时间，具有一定的变化过程，不会是短时或瞬时的尖峰信号。因此根据上述特点，即可实现基于放大信号模拟量波形的人感信号判断。基于模拟量波形的判断，比简单的基于信号强度幅值大小判断要更为可靠，防止了误报情况的出现。

进一步的，所述双向鉴幅电路还包括第一二极管和第二二极管，所述第三运算放大器和第四运算放大器的输出端还分别通过第一二极管和第二二极管连接所述开关管的控制端。

双向鉴幅比较器的输出端串联上二极管再驱动开关管，防止开关管截止时电感电流不能突变，反相对双向鉴幅电路放大器的损坏。

进一步的，所述两级放大电路还包括可变电阻，所述第二运算放大器的输出端设置有RC滤波电路。

RC滤波电路保证处理器采集到的放大的红外感应信号模拟量波形平滑没有噪声尖刺易于检测。

本实用新型的一种红外人体探测器，包括红外探头电路和处理器，所述红外探头电路包括两级放大电路、双向鉴幅电路和电压转换电路，所述两级放大电路包括两个串联的第一运算放大器和第二运算放大器，双向鉴幅电路包括第三运算放大器和第四运算放大器，所述电压转换电路包括开关管；

第二运算放大器的输出端连接第三运算放大器的同相输入端和第四运算放大器的反相输入端，第三运算放大器的反相输入端和第四运算放大器的同相输入端分别连接相应的参考电压，第三运算放大器的输出端和第四运算放大器的输出端连接所述开关管的控制端；所述开关管的阴极端或阳极端连接处理器的中断唤醒接口；所述第二运算放大器的输出端还连接处理器的模拟量检测接口。

本实用新型的红外探头电路，采用两路运放对红外人感信号进行两级放大，放大后的模拟信号强度足够，分出一路被处理器采集用于人感信号的判断；另两路运放作为两个比较器构成双向鉴幅比较器，另一路放大后的模拟信号通过双向鉴幅比较器将符合人感信号强度的信号筛选出来并驱动开关管，用于将电平信号作为唤醒信号唤醒处理器。

本实用新型的红外探头电路带有能够输出强度幅值满足芯片采样检测要求的模拟信号检测端口，以及电平唤醒信号的输出端口，后续的芯片在没有任何探测信号时能够处于休眠状态，当红外探头感应电平唤醒信号时，唤醒后续芯片，再通过两级放大电路后的模拟信号检测端口采样检测感应波形，基于波形特点判断信号是否为人感信号。红外感应信号的波形中，存在瞬时的尖峰噪音，其持续时间很短，但在放大后其信号强度能够接近人感信号的强度；而人体出现在红外人体探头前都有一个持续的过程，不会瞬间出现又瞬间消失，其对应产生的信号也会持续一定的时间，具有一定的变化过程，不会是短时或瞬时的尖峰信号。因此根据上述特点，即可实现基于放大信号模拟量波形的人感信号判断。基于模拟量波形的判断，比简单的基于信号强度幅值大小判断要更为可靠，防止了误报情况的出现。

进一步的，所述双向鉴幅电路还包括第一二极管和第二二极管，所述第三运算放大器和第四运算放大器的输出端还分别通过第一二极管和第二二极管连接所述开关管的控制端。

双向鉴幅比较器的输出端串联上二极管再驱动开关管，防止开关管截止时电感电流不能突变，反相对双向鉴幅电路放大器的损坏。

进一步的，所述两级放大电路还包括可变电阻，所述第二运算放大器的输出端设置有RC滤波电路。

进一步的，还包括ZigBee模块，所述ZigBee模块与所述处理器相连，所述两级放大电路的输出端与所述ZigBee模块相连。

本实用新型的红外人体探测器还带有ZigBee无线通信模块，能够实现探测结果的无线上传，增加本实用新型红外人体探测器的组网能力和智能程度，同时高功耗的ZigBee模块在无探测信号的时候可以休眠以节省功耗，在出现红外探测信号后能够被唤醒以准备传送探测结果。

附图说明

图1是本实用新型的两级放大电路；

图2是本实用新型的双向鉴幅电路；

图3是本实用新型的电压转换电路；

图4是本实用新型的红外探头电路；

图5是本实用新型的红外人体探测器结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

红外探头电路实施例：

红外探头电路包括依次级联的两级放大电路、双向鉴幅电路和电压转换电路。

如图1所示的两级放大电路，包括两个运算放大器U1和U2，红外探测信号输入端S0通过电阻R1连接运算放大器U1的同相输入端，运算放大器U1的同相输入端还通过电容C1接地；运算放大器U1的反相输入端通过电阻R2和电容C3接地；电阻R3和电容C2并联后连接运算放大器U1的反相输入端和运算放大器U1的输出端。运算放大器U1的输出端通过电容C5和固定电阻R4连接运算放大器U2的反相输入端；运算放大器U2的同相输入端接有第一参考电压Ref1，电阻R6和电容C6并联后连接运算放大器U2的反相输入端和运算放大器U2的输出端；运算放大器U2的输出端通过RC滤波电路连接放大电路输出端S1，RC滤波电路包括电阻R5和电容C7，放大电路输出端S1输出经两级放大后的红外探测模拟信号。

如图2所示的双向鉴幅电路，运算放大器U2的输出端S1连接运算放大器U3的同相输入端及运算放大器U4的反相输入端，运算放大器U3的反相输入端接有第二参考电压Ref2，运算放大器U4的同相输入端接有第三参考电压Ref3(第二参考电压Ref2应当大于第三参考电压Ref3)。运算放大器U3的输出端通过二极管D1连接双向鉴幅电路的输出端S2，运算放大器U4的输出端通过二极管D2连接双向鉴幅电路的输出端S2；双向鉴幅电路的输出端S2还通过电阻R7接地。

如图3所示的电压转换电路，双向鉴幅电路的输出端S2连接N沟道MOS管Q1的栅极，N沟道MOS管Q1的漏极接地，N沟道MOS管Q1的源极通过分压电阻R8连接直流电源，N沟道MOS管Q1的漏极和源极间接有续流二极管D3，红外探头电路的输出端S3连接分压电阻的分压点(分压点为分压电阻R8与MOS管Q1漏极之间的电路)。

红外探头电路如图4所示，芯片采用圣邦威SGM8044，片上具有4个运算放大器，其中两路运放用于信号的两级放大，另外两路运放用作双向鉴幅比较器。图中，A部分为两级放大电路，B部分为双向鉴幅电路，C部分为电压转换电路。

红外人体探测器结构如图5所示，包括依次连接的两级放大电路、双向鉴幅电路和电压转换电路；电压转换电路输出电平信号到处理器，实现经双向鉴幅电路过滤出的一定强度的有效信号对处理器及ZigBee模块的唤醒；处理器连接ZigBee模块，实现探测结果的无线发送；处理器还采样连接两级放大电路的输出端，用于处理器对放大后的红外探测模拟信号进行检测，并基于人感信号放大波形的特点，对采样得到的放大后的红外探测模拟信号的波形进行判断。处理器可以采用stm32处理器，实现模拟量(放大后的红外探测模拟信号)检测可以通过带有A/D转换功能的I/O口，或者通过A/D转换芯片连接I/O口。电压转换电路连接处理器的外中断接口，实现处理器的中断唤醒。

对采样得到的放大后的红外探测模拟信号的波形进行判断的具体判断方法可以为，根据人感信号的强度特点设定一个阈值(可以为电压阈值)，检测放大后的红外探测模拟信号的电压值，当放大后的红外探测模拟信号的电压值大于上述电压阈值时，通过电压转换电路输出的电平信号唤醒处理器以及后续处理的控制芯片，处理器唤醒后通过两级放大电路的输出端(图1及图4中的S1端口)实时检测放大后的红外探测模拟信号的电压值，由于人在红外探头探测区域经过是一个持续的过程，因此人感信号不会是一个瞬时的突变，而会持续一定时间，因此若放大后的红外探测模拟信号的电压值大于上述电压阈值且持续了设定时间，则认为该红外探测模拟信号为人感信号，处理器在判断后可以进行后续处理，报警以及通过ZigBee模块无线上传报警信号等。

下面对本实用新型的红外探头电路及红外人体探测器的工作原理进行简单的描述：

如图4所示，SGM8044片上1号(管脚1、2、3)和4号(管脚12、13、14)运算放大器(以下简称1号运放和4号运放)组成两级放大电路，红外传感器微弱的感应信号通过1号运放U1第一次放大，放大倍率为1+r3/r2，(r2为电阻R2的阻值，r3为电阻R3的阻值)；第一次放大后再通过4号运放U2进行第二次放大，放大倍率为r6/r4，(r4为电阻R4的阻值，r6为电阻R6的阻值)；同时4号运放U2的输出端所输出的直流电位被抬高，以便供后端的双向鉴幅电路进行电压比较，其抬高的电位参考点为第一参考电压Ref1。

经两级放大的感应信号一路送入双向鉴幅电路，另一路作为红外探测模拟信号送入处理器。当处理器被电压转换电路输出的电平信号唤醒后，立即开始对放大后的红外探测模拟信号进行检测和判断是否为人感信号。

SGM8044片上2号(管脚5、6、7)和3号(管脚8、9、10)运算放大器(以下简称2号运放和3号运放)组成双向鉴幅电路，经两级放大的感应信号(以下称为放大信号)输入双向鉴幅电路，并存在如下3种情况：

1)当放大信号的幅值大于3号运放U3的反相输入端的第二参考电压Ref2时，3号运放U3的输出端输出高电平；此时放大信号的幅值也大于2号运放U4的同相输入端的第三参考电压Ref3，2号运放U4的输出端输出低电平；双向鉴幅电路整体对外输出高电平。

2)当放大信号的幅值小于2号运放U4的同相输入端的第三参考电压Ref3，2号运放U4的输出端输出高电平；此时放大信号的幅值也小于3号运放U3的反相输入端的第二参考电压Ref2，3号运放U3的输出端输出低电平；双向鉴幅电路整体对外输出高电平。

3)当放大信号的幅值较弱，处于3号运放U3的反相输入端的第二参考电压Ref2与2号运放U4的同相输入端的第三参考电压Ref3之间时，由于放大信号的幅值小于3号运放U3的反相输入端的第二参考电压Ref2，3号运放U3的输出端输出低电平；由于放大信号的幅值大于2号运放U4的同相输入端的第三参考电压Ref3，2号运放U4的输出端输出低电平；双向鉴幅电路整体对外输出低电平。

以上3中情况，情况1)和情况2)中，双向鉴幅电路对外输出的高电平驱动电压转换电路中的MOS管Q1导通，电压转换电路输出低电平将处理器唤醒，处理器认为存在可能是人感信号的具有一定强度的信号出现，此时开始实时对放大后的红外探测模拟信号(放大模拟波形)进行检测，并判断该信号是否为人感信号；情况3)中，双向鉴幅电路对外输出低电平，电压转换电路中的MOS管Q1截止，电压转换电路输出高电平(电平电压为处理器上电电压)，处理器检测到高电平时保持休眠状态，也不再采样检测红外探头电路输出的放大模拟波形。

处理器判断出现人感信号后，即可认为有人体出现在红外探头监测范围内，可以进行相应的报警，或通过ZigBee模块传输检测结果。若处理器判断无人感信号，则可倒计时进入休眠状态，并控制ZigBee模块进入休眠。

双向鉴幅电路中，3号运放U3的反相输入端的第二参考电压Ref2和2号运放U4的同相输入端的第三参考电压Ref3的标定(即处理器的唤醒条件)应当满足如下条件，任何人感信号经两级放大电路放大后的强度(电压幅值)，正向电压幅值应当大于Ref2，反向电压幅值应当小于Ref3。即双向鉴幅电路鉴幅幅值应当设置的保守，双向鉴幅电路为了在有可能是人感信号时，通过电压转换电路将处理器唤醒，处理器唤醒后再通过模拟量判断是否是人感信号，所以双向鉴幅电路应当在任何可疑信号存在时(任何达到可能是人感信号强度或设定幅值的信号)将处理器唤醒。

红外人体探测器实施例：

红外人体探测器包括红外探头电路、处理器和ZigBee模块，具体电路和原理已在红外探头电路实施例中介绍清楚，此处不再赘述。

Claims (7)

1.一种红外探头电路，其特征在于，包括两级放大电路、双向鉴幅电路和电压转换电路，所述两级放大电路包括两个串联的第一运算放大器和第二运算放大器，双向鉴幅电路包括第三运算放大器和第四运算放大器，所述电压转换电路包括开关管；

第二运算放大器的输出端连接第三运算放大器的同相输入端和第四运算放大器的反相输入端，第三运算放大器的反相输入端和第四运算放大器的同相输入端分别连接相应的参考电压，第三运算放大器的输出端和第四运算放大器的输出端连接所述开关管的控制端；所述开关管的阴极端或阳极端用于连接处理器的中断唤醒接口；所述第二运算放大器的输出端还用于连接处理器的模拟量检测接口。

2.根据权利要求1所述的红外探头电路，其特征在于，所述双向鉴幅电路还包括第一二极管和第二二极管，所述第三运算放大器和第四运算放大器的输出端还分别通过第一二极管和第二二极管连接所述开关管的控制端。

3.根据权利要求1或2所述的红外探头电路，其特征在于，所述第二运算放大器的输出端设置有RC滤波电路。

4.一种红外人体探测器，其特征在于，包括红外探头电路和处理器，所述红外探头电路包括两级放大电路、双向鉴幅电路和电压转换电路，所述两级放大电路包括两个串联的第一运算放大器和第二运算放大器，双向鉴幅电路包括第三运算放大器和第四运算放大器，所述电压转换电路包括开关管；

第二运算放大器的输出端连接第三运算放大器的同相输入端和第四运算放大器的反相输入端，第三运算放大器的反相输入端和第四运算放大器的同相输入端分别连接相应的参考电压，第三运算放大器的输出端和第四运算放大器的输出端连接所述开关管的控制端；所述开关管的阴极端或阳极端连接处理器的中断唤醒接口；所述第二运算放大器的输出端还连接处理器的模拟量检测接口。

5.根据权利要求4所述的红外人体探测器，其特征在于，所述双向鉴幅电路还包括第一二极管和第二二极管，所述第三运算放大器和第四运算放大器的输出端还分别通过第一二极管和第二二极管连接所述开关管的控制端。

6.根据权利要求5所述的红外人体探测器，其特征在于，所述第二运算放大器的输出端设置有RC滤波电路。

7.根据权利要求4、5或6所述的红外人体探测器，其特征在于，还包括ZigBee模块，所述ZigBee模块与所述处理器相连，所述两级放大电路的输出端与所述ZigBee模块相连。

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