CN214372948U

CN214372948U - Pir传感器及安防设备

Info

Publication number: CN214372948U
Application number: CN202120156444.XU
Authority: CN
Inventors: 杨涵; 唐磊
Original assignee: Shenzhen Ruilian Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Ruilian Technology Co ltd; Shenzhen Reolink Technology Co Ltd
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2031-01-20

Abstract

本申请公开一种PIR传感器及安防设备。所述IR传感器包括PIR探头、放大电路和单片机，PIR探头用于探测当前环境的红外信息并输出PIR信号，放大电路与PIR探头连接并用于对PIR信号进行放大，单片机与放大电路连接，并用于根据放大后的PIR信号以及PIR传感器的灵敏度控制是否输出触发信号，另外单片机设置有配置引脚，用于接收配置指令并根据配置指令设置PIR传感器的灵敏度。本申请能够调整PIR传感器的灵敏度，并且有利于避免误触发告警。

Description

PIR传感器及安防设备

技术领域

本申请涉及PIR(Passive Infrared,被动红外)技术领域，具体涉及一种PIR传感器及安防设备。

背景技术

安防设备通常会配备一个作为告警器的PIR传感器。PIR传感器又称热释电红外线传感器，是近年来发展起来的一种高灵敏度探测元件，它能检测人体辐射的红外线并将其转换为电信号输出。PIR传感器输出的电信号用于驱动各种控制电路，例如警报器的主电路、电源开关控制、防盗防火告警等，以此组成安防设备或各种自动化装置。

当前的PIR传感器一般采用模拟PIR探头，该PIR探头输出的PIR信号为模拟信号，灵敏度不可调。灵敏度通过比较器的参考电压来调节，参考电压越低，灵敏度越高，则越容易触发告警，反之，参考电压越高，灵敏度越低，则越不容易误告警，但探测的距离越短。当前为了减少误报，灵敏度都设置的比较低，导致探测距离短。触发告警的条件仅为判断参考电压大于超过预设阈值，使用时误报较多。

另外，模拟PIR传感器容易受到白光干扰,如强烈的阳光或汽车强光的切入、或者太阳光照下的一些环境变化风吹草动，都容易引起误报，甚至包括因为风吹导致的气温变化，也会触发误报。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种PIR传感器及安防设备，以解决模拟PIR传感器的灵敏度不可调且容易误触发告警的问题。

本申请提供的一种PIR传感器，包括PIR探头、放大电路和单片机。PIR探头用于探测当前环境的红外信息并输出PIR信号。放大电路与PIR探头连接，用于对PIR信号进行放大，放大后的PIR信号的幅值达到预设阈值。单片机与放大电路连接，用于根据放大后的PIR信号以及PIR传感器的灵敏度控制是否输出触发信号。单片机设置有配置引脚，用于接收配置指令并根据配置指令设置PIR传感器的灵敏度。

可选地，放大电路包括一级运算放大器和二级运算放大器。一级运算放大器的同相输入端INA⁺连接PIR探头的输出端以接收PIR信号、输出端OUTA连接二级运算放大器的反相输入端INB^-、反相输入端INA^-接收电源电压。二级运算放大器的同相输入端INB⁺接收电源电压，二级运算放大器的输出端OUTB连接单片机以输出放大后的PIR信号。

可选地，放大电路还包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器和第四滤波器。第一滤波器连接于一级运算放大器的输出端OUTA，用于对一级运算放大器输出的放大信号进行滤波。第二滤波器连接于一级运算放大器的反相输入端INA^-，用于对一级运算放大器进行电源滤波。第三滤波器连接于二级运算放大器的输出端OUTB，用于对二级运算放大器输出的放大信号进行滤波。第四滤波器连接于二级运算放大器的反相输入端INB^-，用于对二级运算放大器进行电源滤波。

可选地，第一滤波器包括第一电阻R1和第一电容C1，两者并联连接于一级运算放大器的输出端OUTA和大地之间，并通过第二滤波器接地，第一电容C1还连接一级运算放大器的反相输入端INA^-。

可选地，第二滤波器包括第二电阻R2和第一电容C2，两者串联于一级运算放大器的反相输入端INA^-和大地之间。

可选地，第三滤波器包括第三电阻R3和第三电容C3，两者串联于一级运算放大器的输出端OUTA和二级运算放大器的反相输入端INB^-之间。

可选地，第四滤波器包括第四电阻R4和第四电容C4，两者并联连接于二级运算放大器的输出端OUTB和二级运算放大器的反相输入端INB^-之间。

可选地，PIR探头的输出端设置有第五滤波器，第五滤波器用于对PIR探头输出的所述PIR信号进行滤波。

可选地，第五滤波器包括第五电阻R5和第五电容C5，两者并联连接于PIR探头的输出端OUT和大地之间。

可选地，PIR传感器还包括与单片机连接的光敏电阻，用于采集在当前环境光照射下的电阻值。单片机还用于根据所述电阻值调整PIR传感器的灵敏度或者根据所述电阻值来输出触发信号。

可选地，PIR传感器还包括外置芯片，所述外置芯片与单片机的配置引脚连接以下达配置指令。

本申请提供的一种安防设备，包括如上述任一项的PIR传感器。

可选地，安防设备包括摄像机，其主电路板与单片机连接，主电路板用于在接收到触发信号时控制摄像机执行拍摄。

基于所述，在本申请的PIR传感器及安防设备中，通过单片机与放大电路连接，单片机根据灵敏度及放大后的PIR信号来决定是否输出触发信号，单片机设置有配置引脚，能够根据接收到的配置指令来调整灵敏度，并且，单片机是根据放大后的PIR信号幅值是否大于灵敏度所对应的电压值来决定是否输出触发信号，即根据PIR信号的波形来决定触发信号的输出与否，能够有利于避免误触发告警。

进一步地，单片机可以与光敏电阻连接，将光敏电阻在当前环境光照射下的采样值(电阻值)作为是否输出触发信号的其中一个判断条件，能够有利于避免包括白光干扰在内的误触发告警，并且还可以根据当前环境光来调整灵敏度，能够更加适用于实际环境的安防。

附图说明

图1是本申请实施例的PIR传感器的结构示意图；

图2是本申请一实施例的PIR探头和放大电路连接的等效示意图；

图3是图1所示的PIR传感器的光敏电阻一实施例的等效示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图，对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述实施例仅是一部分实施例，而非全部。基于本申请中的实施例，在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

图1是本申请实施例的PIR传感器的结构示意图。请参阅图1，PIR传感器10包括PIR探头11、放大电路12和单片机13。PIR探头11与放大电路12连接，单片机13与放大电路12连接。

PIR探头11用于探测当前环境的红外信息，并输出PIR信号。在一些实现中，PIR探头11可检测人体等动物辐射的红外信息(包括红外线的能量变化)，并转换为电信号形式的PIR信号输出。

PIR探头11输出的PIR信号的电压很小，一般只有几毫伏，因此无法直接通过单片机13的ADC(Analogue-to-Digital Conversion,模数转换器)来执行模数转换。因此，PIR信号需要通过放大电路12进行放大，放大后的PIR信号的幅值达到预设阈值，具有该预设阈值的PIR信号能够唤醒休眠模式的单片机13，使其执行相应功能。

在一些场景中，例如安防场景，单片机13根据放大后的PIR信号以及PIR传感器10的灵敏度来控制是否输出触发信号。

灵敏度通过PIR传感器10的参考电压(值)来调节，参考电压值越低，灵敏度越高，则越容易触发告警，反之，参考电压越高，灵敏度越低，则越不容易告警。基于此，单片机13可以根据灵敏度得到参考电压值，并判断PIR信号在放大后的信号幅值是否大于参考电压值；在信号幅值大于或等于参考电压值时，输出触发信号；而在信号幅值小于参考电压值时，则忽略本次事件，输出触发信号。

在一实现中，单片机13可通过如下关系式得到参考电压值：

T＝k–S*k/x

其中，T表示参考电压值，k表示基准电压的数字量化值，基准电压优选为单片机13的模数转换器的最大可输入电压的一半，S表示灵敏度，x表示灵敏度的可调范围的最大值。

相应地，单片机13可以将PIR信号在放大后的(PIR)信号幅值进行数字量化，得到对应的数字量化值，再判断PIR信号幅值对应的数字量化值的绝对值是否大于灵敏度对应的参考电压值。

举例而言，在一应用场景中，PIR信号放大后的稳定输出电压为1.5V，单片机13的ADC的输入电压范围设置为0～3V，ADC的分辨率为12bit，该输入电压范围进行数字量化后对应的数字范围是0～4095，为了便于计算分析，将PIR信号放大后的稳定输出电压1.5V作为基准电压，将该数字范围0～4095减去基准电压1.5V对应的数字量化值2048，放大后的PIR信号幅值A的数字量化值的范围为(－2048，2047)。

灵敏度S的可调范围为(1，100)，利用前述关系式即可得到参考电压值T。

一次有效的触发告警事件为：S1.单片机13按照预定周期采集最近的若干个采样值(即PIR信号幅值对应的数字量化值)，例如预定周期为20ms、采集100个采样值；S2.对每个采样值求绝对值，并记为abs(A)，若100个采样值中，abs(A)均大于参考电压值T，则认定本次触发告警事件有效，单片机13输出一个触发信号。

这其中，对于若干个采样值，abs(A)均大于参考电压值T包括两个条件：(1)abs(A)大于参考电压值T且A为负值，A为负值表示放大后的PIR信号的最小幅值，(2)abs(A)大于参考电压值T且A为正值，A为正值表示放大后的PIR信号的最大幅值。只有这两个条件均成立时，才可以判定abs(A)均大于参考电压值T。

在一些场景中，触发信号可以通过单片机13输出信号的电平高低来实现，例如，单片机13可以通过自身的输出端(又称输出管脚)来输出1秒高电平信号，然后再输出低电平信号。

请继续参阅图1所示，单片机13设置有配置引脚131，用于接收配置指令并根据配置指令设置PIR传感器10的灵敏度。

在一实现中，配置引脚131可以为GPIO(General-purpose input/output,通用型输入输出)引脚，并可以通过与该配置引脚131连接的外置芯片接收所述配置指令。在未接收到配置指令时，GPIO引脚131输出给单片机13低电平信号，在配置时输出高电平信号，且高电平信号持续时长可等于灵敏度的取值，例如高电平信号持续1至100ms对应灵敏度1至100，然后输出低电平信号来结束配置。

在本申请实施例的PIR传感器10中，通过单片机13与放大电路12连接，单片机13根据灵敏度及放大后的PIR信号来决定是否输出触发信号，单片机13设置有配置引脚，能够根据接收到的配置指令来调整灵敏度，并且，单片机13是根据放大后的PIR信号幅值是否大于灵敏度所对应的电压值来决定是否输出触发信号，即根据PIR信号的波形来决定触发信号的输出与否，能够有利于避免误触发告警。

应理解，PIR传感器10输出的电信号，即单片机13输出的电信号，还可以用于驱动各种控制电路，并不限于前述触发信号，例如还可以作为电源开关控制等自动化装置的触发信号。

放大电路12的电路结构，本申请实施例不予以限定，可根据实际场景而定。在一实现中，结合图2所示，放大电路12可以为二级放大电路，即包括一级运算放大器121和二级运算放大器122。一级运算放大器121用于对PIR信号进行电压放大，即放大PIR信号的幅度，二级运算放大器122用于对PIR信号进行功率放大。

一级运算放大器121的同相输入端INA⁺连接PIR探头11的输出端以接收PIR信号，一级运算放大器121的输出端OUTA连接二级运算放大器122的反相输入端INB^-，一级运算放大器121的反相输入端INA^-接收电源电压。二级运算放大器122的同相输入端INB⁺接收电源电压，二级运算放大器122的输出端OUTB连接单片机13以输出放大后的PIR信号。

放大电路12可以集成于芯片，本申请实施例不限制芯片的型号，例如可以为TLV9062IDSGR芯片。集成有放大电路12的芯片可包括8个管脚，管脚1为一级运算放大器121的输出端OUTA，管脚2为一级运算放大器121的反相输入端INA^-，管脚3为一级运算放大器121的同相输入端INB⁺，管脚4为公共接地端VSS，管脚5为二级运算放大器122的同相输入端INB⁺，管脚6为二级运算放大器122的反相输入端INB^-，管脚7为二级运算放大器122的输出端OUTB。管脚8为二级运算放大器122的驱动电压端VDD以接收电源电压。

放大电路12还设有多个滤波器，对一级运算放大器121和二级运算放大器122所处理的信号进行杂波滤除。例如，放大电路12包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器和第四滤波器。

第一滤波器连接于一级运算放大器121的输出端OUTA，用于对一级运算放大器121输出的放大信号进行滤波，例如滤除放大信号中低于截止频率的低频信号。第二滤波器连接于一级运算放大器121的反相输入端INA^-，用于对一级运算放大器121进行电源滤波，以抑制电磁噪声，避免其他电磁信号对一级运算放大器121的干扰。第三滤波器连接于一级运算放大器121的输出端OUTA和二级运算放大器122的反相输入端INB^-之间，用于对一级运算放大器122输出的放大信号进行滤波。第四滤波器连接于二级运算放大器122的输出端OUTB，用于对二级运算放大器122进行电源滤波。

在一些实现中，上述各个滤波器可以通过电阻和电容并联或串联予以实现。各个滤波器利用电阻的阻抗来衰减电磁干扰，滤除预定频率的电磁信号，从而抑制电磁噪声干扰以及滤除信号中的低频信号；利用电容存储电荷的特性，能够提高抗电源冲击能力。

如图2所示，第一滤波器可以包括第一电阻R1和第一电容C1，两者并联连接于一级运算放大器121的输出端OUTA和大地之间，第一电阻R1和第一电容C1可以通过第二滤波器接地。第一电容C1还与一级运算放大器121的反相输入端INA^-连接，用于为一级运算放大器121的反相输入端INA^-提供电源电压。

第二滤波器包括第二电阻R2和第一电容C2，两者串联于一级运算放大器121的反相输入端INA^-和大地之间。

第三滤波器包括第三电阻R3和第三电容C3，两者串联于一级运算放大器121的输出端OUTA和二级运算放大器122的反相输入端INB^-之间。

第四滤波器包括第四电阻R4和第四电容C4，两者并联连接于二级运算放大器122的输出端OUTB和二级运算放大器122的反相输入端INB^-之间。

同理，放大电路12和PIR探头11的其他端口或者管脚也可以通过电阻和/或电容的组合连接来实现滤波。请参阅图2，如下：

PIR探头11可内置3个管脚的PIR芯片，其输出端OUT为管脚2并设有第五滤波器，用于对PIR探头11输出的PIR信号进行滤波。第五滤波器包括第五电阻R5和第五电容C5，两者并联连接于PIR探头11的输出端OUT和大地之间。PIR探头11的芯片管脚1为电路电压端VCC并接收驱动电压，可以设有第六电容C6、第七电容C7和第六电阻R6，第六电容C6和第七电容C7并联连接于PIR探头11的电路电压端VCC和大地之间，第六电阻R6与第六电容C6和第七电容C7并联，第六电阻R6的一端连接于PIR探头11的电路电压端VCC、另一端接收驱动电压。PIR探头11的芯片管脚3为接地端GND。

单片机13还可以设置有并联的第七电阻R7和第八电容C8。第七电阻R7连接于二级运算放大器122的输出端OUTB和单片机13的输出端PIR_OUT_ADC之间，第八电容C8的一电极连接第七电阻R7和单片机13的输出端PIR_OUT_ADC，另一电极接地。

二级运算放大器122的同相输入端INB⁺接收电源电压，设置有第八电阻R8和第九电阻R9。第八电阻R8连接于电源电压和二级运算放大器122的同相输入端INB⁺之间，用于进行电源滤波。第九电阻R9连接于二级运算放大器122的同相输入端INB⁺和大地之间。

二级运算放大器122的驱动电压端VDD设置有并联的第九电容C9和第十电容C10。两者的一电极连接于二级运算放大器122的驱动电压端VDD和电源电压，另一电极均接地，用于存储电荷并保证向二级运算放大器122的驱动电压端VDD输出均匀化的电压。

考虑到现有的模拟PIR传感器容易受到白光干扰而触发误报，本申请实施例的PIR传感器10还可以设置有光敏电阻(CDS)14。

光敏电阻14与单片机13连接，用于采集在当前环境光照射下的电阻值。单片机13根据采集得到的电阻值，来调整PIR传感器10的灵敏度、或者根据电阻值决定是否输出触发信号。

例如，单片机13采集一次电阻值，并将本次的电阻值与前一次采集的电阻值比较，如果两者差值较大(大于预设阈值)，则可以认定是夜间车灯等强光干扰事件，忽略本次事件，不触发告警。

又例如，在夜间汽车照明灯照射的场景中，单片机13采集一次电阻值，当电阻值偏大时，可以自动降低PIR传感器10的灵敏度，以此降低白天时强烈阳光照射干扰导致的误触发告警。

由此可见，本实施例的PIR传感器10将光敏电阻14在当前环境光照射下的采样值(电阻值)作为是否输出触发信号的其中一个判断条件，能够有利于避免包括白光干扰在内的误触发告警，并且还可以根据当前环境光来调整灵敏度，能够更加适用于实际环境的安防。

可选地，如图3所示，光敏电阻14的输出端CDS_OUT_ADC连接单片机13，该输出端CDS_OUT_ADC也可以设置有电阻和电容，即并联的第十电阻R10和第十一电容C11。第十电阻R10连接于光敏电阻14的输出端CDS_OUT_ADC和电源电压之间。第十一电容C11的一电极连接光敏电阻14的输出端CDS_OUT_ADC，第十一电容C11的另一电极接地。

本申请实施例还提供一种安防设备。该安防设备包括上述任一实施例所述的PIR传感器10。在一实现中，该安防设备可以为监控设备，包括摄像机，摄像机的主电路板与单片机13连接，主电路板用于在接收到单片机13输出的触发信号时控制摄像机执行拍摄。

由于安防设备具有前述任一实施例的PIR传感器10，因此，该安防设备能够产生对应实施例的PIR传感器10具有的有益效果。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

另外，尽管本文采用术语“第一、第二、第三”等描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

Claims

1.一种PIR传感器，其特征在于，包括：

PIR探头，用于探测当前环境的红外信息并输出PIR信号；

放大电路，与所述PIR探头连接，用于对所述PIR信号进行放大，放大后的PIR信号的幅值达到预设阈值；

单片机，与所述放大电路连接，用于根据放大后的PIR信号以及所述PIR传感器的灵敏度控制是否输出触发信号；

所述单片机设置有配置引脚，用于接收配置指令并根据所述配置指令设置所述PIR传感器的灵敏度。

2.根据权利要求1所述的PIR传感器，其特征在于，所述放大电路包括一级运算放大器和二级运算放大器，所述一级运算放大器的同相输入端INA+连接PIR探头的输出端以接收所述PIR信号、输出端OUTA连接所述二级运算放大器的反相输入端INB-、反相输入端INA-接收电源电压，所述二级运算放大器的同相输入端INB+接收电源电压，所述二级运算放大器的输出端OUTB连接所述单片机以输出放大后的PIR信号。

3.根据权利要求2所述的PIR传感器，其特征在于，所述放大电路还包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器和第四滤波器，

所述第一滤波器连接于所述一级运算放大器的输出端OUTA，用于对所述一级运算放大器输出的放大信号进行滤波；

所述第二滤波器连接于所述一级运算放大器的反相输入端INA-，用于对所述一级运算放大器进行电源滤波；

所述第三滤波器连接于所述二级运算放大器的输出端OUTB，用于对所述二级运算放大器输出的放大信号进行滤波；

所述第四滤波器连接于所述二级运算放大器的反相输入端INB-，用于对所述二级运算放大器进行电源滤波。

4.根据权利要求3所述的PIR传感器，其特征在于，

所述第一滤波器包括第一电阻R1和第一电容C1，两者并联连接于所述一级运算放大器的输出端OUTA和大地之间，并通过所述第二滤波器接地，所述第一电容C1还连接所述一级运算放大器的反相输入端INA-；

所述第二滤波器包括第二电阻R2和第一电容C2，两者串联于所述一级运算放大器的反相输入端INA-和大地之间；

所述第三滤波器包括第三电阻R3和第三电容C3，两者串联于所述一级运算放大器的输出端OUTA和所述二级运算放大器的反相输入端INB-之间；

所述第四滤波器包括第四电阻R4和第四电容C4，两者并联连接于所述二级运算放大器的输出端OUTB和所述二级运算放大器的反相输入端INB-之间。

5.根据权利要求1所述的PIR传感器，其特征在于，所述PIR探头的输出端设置有第五滤波器，所述第五滤波器用于对所述PIR探头输出的所述PIR信号进行滤波。

6.根据权利要求5所述的PIR传感器，其特征在于，所述第五滤波器包括第五电阻R5和第五电容C5，两者并联连接于所述PIR探头的输出端OUT和大地之间。

7.根据权利要求1所述的PIR传感器，其特征在于，所述PIR传感器还包括与所述单片机连接的光敏电阻，所述光敏电阻用于采集在当前环境光照射下的电阻值，所述单片机还用于根据所述电阻值调整所述PIR传感器的灵敏度或者根据所述电阻值来输出触发信号。

8.根据权利要求1所述的PIR传感器，其特征在于，所述PIR传感器还包括外置芯片，与所述配置引脚连接以下达所述配置指令。

9.一种安防设备，其特征在于，所述安防设备包括如上述权利要求1至8中任一项所述的PIR传感器。

10.根据权利要求9所述的安防设备，其特征在于，所述安防设备包括摄像机，其主电路板与所述单片机连接，所述主电路板用于在接收到所述触发信号时控制所述摄像机执行拍摄。