CN2718902Y - 一种智能人体感应开关 - Google Patents

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LEISHI INDUSTRY DEVELOPMENT Co Ltd HUIZHOU
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Abstract

一种智能人体感应开关，其结构包括框形面罩及固定其内的面板，在面板中部开有安装菲涅耳透镜的通孔，在透镜及控制电路板、人体热释电传感器和光敏电阻之间设置有由电机驱动的转盘，转盘上设置有一位置与人体热释电传感器和光敏电阻相对应的通孔。控制电路包括分别与中央控制芯片联接的人体红外信号放大电路、光控电路，及执行人体红外信号放大电路通过芯片传递的执行信号的执行电路。本实用新型的基本原理与现有的人体感应开关相同，但本实用新型可以检测到静止不动的人体的存在，于是会持续工作使负载自动接通，当人离开感应范围一段时间后，开关才会自动断开。

Description

一种智能人体感应开关
技术领域
本实用新型涉及一种智能人体感应开关，即是指一种无需与人体直接接触即可控制开关开启或闭合的非接触式开关。
背景技术
照明开关电子化进程是开始于公共照明的节电控制。近年来涌现出适宜于门厅、楼梯和楼道中使用的人体红外线感应延时自熄开关，通过感应人体红外辐射来触发开关，并通过延时装置来控制灯的熄灭或逐步熄灭，使公共照明基本实现了“人来灯亮、人离灯熄”的自动控制，明显改善了楼房的公共照明效果，还能大幅度节省公共照明用电，照明灯的实际使用寿命也明显延长。
现有人体感应开关是采用人体热释电传感器技术。其人体热释红外线检测部分，主要由菲涅耳透镜和红外接收传感器构成。菲涅耳透镜实际上就是一片可以透过红外线的表面有一些特殊波纹的薄塑料片，当有人在它前面走过时，它会把人体释放的、连续的且位置移动的红外线“聚焦”成一种能量强度变化的红外线落在它后面的红外接收传感器上，利用的主要是“干涉”的原理。人体热释电红外传感器是依据接收人体红外光谱而工作，它感应人体在37摄氏度体温下辐射的红外线(选取7.5至14微米波长的红外线)触发开关。能有效地选取人体辐射红外线，排除其它干扰。
当人体在其接收范围内活动，红外接收传感器就可以把这种强度变化的红外线信号变成低频交流电信号，完成了由红外线信号到交流电信号的转变。这个低频交流电信号的频率取决于人体感应开关感应范围内红外源的移动速度，一般在几到几十赫芝，但当红外源静止时，也就是当人站在人体感应开关感应范围内不动时，它是侦测不到的。因此，室内照明开关控制信号采样不能采取公共照明开关所用的人体红外线感应延时自熄方式，否则人们必须在其感应范围内不停活动才能产生控制信号，而且开关在延时一段时间后会使照明灯自动熄灭，这样照明灯频繁地亮、灭，从而失去控制意义。近来一些新的人体红外感应开关具有了人在其感应范围内且在活动时，照明灯会持续工作，直动人离开后延时关闭照明灯的功能，但此种人体感应式照明开关也都要求人在其感应范围内不停活动才能产生控制信号，也就是说此种人体感应开关检测不到不动的人体的存在，这就使人体感应开关在室内开关灯控制使用上受到了限制。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有人体红外感应技术中的不足，提供一种能实时检测到移动或是静止人体存在的红外感应开关。
根据上述目的设计了一种智能人体感应开关，由外向里依次包括框形面罩，在面罩内固定有面板，在面板中部开有安装菲涅耳透镜的通孔，在菲涅耳透镜后的电路板上设置有属于传感电路的人体热释电传感器U3和光敏电阻PR1，在电路板上还设置有电源电路、控制电路，在其电路板、人体热释电传感器和光敏电阻之前，还设置有转盘，转盘上设置有一位置与人体热释电传感器和光敏电阻相对应的通孔，该转盘由电机驱动。
控制本实用新型运作的是设置在电路板上的控制电路，该控制电路包括分别与中央控制芯片U5联接的人体红外信号放大电路、光控电路，及执行人体红外信号放大电路通过芯片U5传递的执行信号的开关电路。
其中，信号放大电路为双运放集成电路，包括同相低通放大器U4B、反相交流放大器U4A及其周边电路，同相低通放大器U4B的脚5直接与人体热释电传感器U3联接、脚7与反相交流放大器U4A的脚2联接，反相交流放大器U4A的脚1将放大后的信号向中央控制芯片U5输出，并通过中央控制芯片U5控制开关电路中马达的工作状态。同相低通放大器U4B的周边电路包括与其联接构成高频旁路的电容C8、C9、C11及低频交流通路电路C10，与其联接并决定增益的电阻R6、R5。反相交流放大器U4A通过电阻R7、R8将其的同相端偏置在1/2电源电压，还与高频旁路的电容C13及决定增益的电阻R10、R9联接。另外，光控电路由光敏电阻PR1和可调电阻VR1组成。
本实用新型的基本原理与现有的人体感应开关相同，但本实用新型可以检测到静止不动的人体的存在，于是会持续工作使负载自动接通，当人离开感应范围一段时间后，开关才会自动断开。这一过程的实现，仅仅增加了配套的一个廉价转盘机构。
附图说明
附图1是本实用新型的原理框图；附图2是本实用新型装配后的零部件分解示意图；附图3是本实用新型装配后的侧视全剖示意图；附图4是本实用新型的电路原理示意图。
具体实施方式
本实用新型的基本原理与现有的人体感应开关相同，即人体在开关的接收范围内活动时，红外接收传感器就可以把这种强度变化的红外线信号变成低频交流电信号，完成了由红外线信号到交流电信号的转变；当人体在其接收范围内但又静止不动时，因人体热释电传感器的特性，传感器就会把人体红外光谱当作环境背景辐射，因此无法侦测到人体的存在；于是反其道而行，既然人体热释电传感器能侦测到移动的人体红外光谱，如果人体在传感器的接收范围内但又静止不动时，倒过来我们让人体感应开关相对移动，则传感器照样能侦测到人体的存在，如此一来，人体感应开关会持续工作使负载自动接通。当人离开产品感应范围一段时间如40秒左右，开关才会自动断开。
本实用新型与普通人体感应开关一样包括框形面罩1、在面罩内固定有面板2、后盖10，在面板与后盖之间设置有电路板4，在面板中部开有安装菲涅耳透镜3的通孔，在电路板上菲涅耳透镜后的位置安装人体热释电传感器U3和光敏电阻PR1，但还有带动转盘8转动的马达7，随马达的转动，每转动一圈转盘上的窗口或通孔1对准人体热释电传感器U3和光敏电阻PR1，见图1。在电路板上还设置有电源电路、控制电路即红外线信号的处理电路和接线端子9，电路板安装在面板上并由后盖通过螺丝固定。设计时，面板镶嵌在框形面罩内以便遮档安装螺丝及螺孔；同时，为了散热，在后盖的周边开设散热孔。工作时，马达带动转盘转动；每当转盘转动一圈，转盘上的孔就会对准一次人体热释电传感器及光敏电阻，这样不管是人体在移动或是静止，人体热释电传感器都能侦测到变化人体的热辐射信号。当人体热释电传感电路感应人体在37摄氏度体温下辐射的红外线(选取7.5至14微米波长的红外线)时，电路将其转换为电信号传输给与其相连接的控制电路，控制电路发出控制信号给与其连接的开关电路便可实现对灯具及其它电器的开关控制。
图3中，控制电路中的人体红外信号的放大电路采用双运放集成电路，两个运放分别设计成同相低通放大器U4B和反相放大器电路U4A。红外接收传感器输出的低频交流信号通过脚5送入图中的第一个运放进行同相放大，C8、C9、C11是高频旁路电容，可以防止放大器对高频杂信号进行放大，C10为低频交流通路，该级放大器的增益取决于R6与R5的比值。输出的交流信号通过脚7经耦合电容C12输入到第二级反相放大器电路的脚2。第二个运放为一个反相交流放大器，通过R7、R8分压将运放的同相端偏置在1/2电源电压，以放大交流信号，C12为高频旁路电容。该级放大器的增益取决于R10与R9的比值。经两级放大后，信号增益约50000多倍，人体微弱的热电信号变成了较强的脉冲信号，此信号通过反相放大器的脚1输入中央控制芯片U5即单片机进行处理。当然也可采用单运放或多运放的电路形式，但会出现成本上升或电路过于复杂的问题。
与中央控制芯片U5联接的还有光控电路。光控电路由一个光敏电阻PR1与一个可调电阻VR1组成。在外界光照度较高时，由于光敏电阻的阻值较小，光敏电阻与可调电阻的分压很低，无法达到单片机的触发阈值电平，单片机将始终处于检测外界光照度的状态。而当外界光照度较低时，光敏电阻的阻值较大，光敏电阻与可调电阻的分压达到单片机的触发阈值电平，此时单片机将处于等待人体热信号输入的状态。
当外界光照度较低且正好有人处于本实用新型的检测范围内时，中央控制芯片将输出控制信号，使马达转动、继电器吸合。此后中央控制芯片将不停侦测人体的存在，同时光控电路失去控制作用。只要本实用新型能检测到人体热辐射信号的存在，本实用新型就会持续工作使开关自动接通。当本实用新型连续在一段时间内检测不到人体的存在时，中央控制芯片停止侦测人体的存在，同时光控电路恢复控制作用；当光控电路检测外界光照度较高时，单片机控制马达，使马达停转。因为在结构设计上人体热释电传感器与光敏电阻并排安装，当马达停转时转盘上的窗口或通孔既对准光敏电阻，也对准了人体热释电传感器，这就为光控电路和人体感应电路下次检测外界信号提供了条件。在单片机控制马达停转后，也会控制继电器使断开，此后感应开关就会恢复到最初状态。

Claims (6)

1、一种智能人体感应开关，由外向里依次包括框形面罩(1)，在面罩内固定有面板(2)，在面板中部开有安装菲涅耳透镜(3)的通孔，在菲涅耳透镜后的电路板(4)上设置有属于传感电路的人体热释电传感器U3和光敏电阻PR1，在电路板上还设置有电源电路、控制电路，其特征是在电路板上的人体热释电传感器和光敏电阻之前，设置有转盘(8)，转盘上设置有一位置与人体热释电传感器和光敏电阻相对应的通孔，该转盘由电机(7)驱动。
2、根据权利要求1所述的智能人体感应开关，其特征是设置在电路板上的控制电路包括分别与中央控制芯片U5联接的人体红外信号放大电路、光控电路，及执行人体红外信号放大电路通过芯片U5传递的执行信号的开关电路。
3、根据权利要求2所述的智能人体感应开关，其特征是所述的信号放大电路为双运放集成电路，包括同相低通放大器U4B、反相交流放大器U4A及其周边电路，同相低通放大器U4B的脚5直接与人体热释电传感器U3联接、脚7与反相交流放大器U4A的脚2联接，反相交流放大器U4A的脚1将放大后的信号向中央控制芯片U5输出，并通过中央控制芯片U5控制开关电路中马达的工作状态。
4、根据权利要求3所述的智能人体感应开关，其特征是同相低通放大器U4B的周边电路包括与其联接构成高频旁路的电容C8、C9、C11及低频交流通路电路C10，与其联接并决定增益的电阻R6、R5。
5、根据权利要求3所述的智能人体感应开关，其特征是反相交流放大器U4A通过电阻R7、R8将其的同相端偏置在1/2电源电压，还与高频旁路的电容C13及决定增益的电阻R10、R9联接。
6、根据权利要求2所述的智能人体感应开关，其特征是所述的光控电路由光敏电阻PR1和可调电阻VR1组成。
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