基于熱釋紅外探頭的電燈節(jié)能自動(dòng)開(kāi)關(guān)

摘 要：介紹了熱釋紅外傳感器的工作原理，給出了一種熱釋電紅外報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理及其應(yīng)用電路。依據(jù)接收人體紅外光譜而工作，當(dāng)人體在其接收范圍內(nèi)活動(dòng)，熱釋電紅外探頭探測(cè)到紅外信號(hào)并對(duì)接收到的微弱信號(hào)加以放大，然后驅(qū)動(dòng)繼電器，自動(dòng)開(kāi)啟負(fù)載，人不離開(kāi)且在活動(dòng)，報(bào)警持續(xù)工作，直至人離開(kāi)后延時(shí)關(guān)閉報(bào)警，并給出了其完整的硬件電路設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)方法及節(jié)能目的。
關(guān)鍵詞：快思邏輯；菲涅爾透鏡；紅外報(bào)警

O 引言
    在當(dāng)前能源緊張、構(gòu)建綠色環(huán)保健康新社會(huì)的大環(huán)境下，各種新型的節(jié)能自動(dòng)開(kāi)關(guān)產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。電燈節(jié)能自動(dòng)開(kāi)關(guān)外圍器件很少，節(jié)約了空間和成本及調(diào)試時(shí)間，提高整機(jī)可靠勝，如圖l為整體結(jié)構(gòu)框圖。路燈使用這種節(jié)能裝置后，將會(huì)隨著周圍光線變化自動(dòng)開(kāi)關(guān)，不會(huì)再出現(xiàn)周圍可見(jiàn)度較高而路燈依然亮著的情況。而到了夜間，變壓器定時(shí)開(kāi)始啟用，通過(guò)降低電壓調(diào)暗燈光來(lái)節(jié)省電能。

    當(dāng)人體從A探測(cè)區(qū)走向B探測(cè)區(qū)，熱釋電元件的AB單元將先后感應(yīng)到人體，通過(guò)特殊電路的處理可以分辨出來(lái)，然后在A輸出端子上輸出高電平信號(hào)；反之當(dāng)人體從B探測(cè)區(qū)走向A探測(cè)區(qū)，在B輸出端子上輸出高電平信號(hào)。

1 數(shù)據(jù)紅外采集模塊
    菲涅爾鏡片是根據(jù)法國(guó)光物理學(xué)家FRESNEL發(fā)明的原理采用電鍍模具工藝和PE(聚乙烯)材料壓制而成，如圖2為菲涅爾透鏡。它上面的每個(gè)單元透鏡一般都只有一個(gè)不大的視場(chǎng)，而相鄰的兩個(gè)單元透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)也不重疊，都相隔一個(gè)盲區(qū)。菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號(hào)折射(反射)在PIR上；第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)。當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過(guò)鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個(gè)段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕咕啵t外光正好被探頭接收，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱為被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探測(cè)器。

    如果某人進(jìn)入或離開(kāi)探測(cè)器覆蓋的一個(gè)或幾個(gè)區(qū)域，探測(cè)器應(yīng)可以探測(cè)到紅外輻射能量的變化，A／D轉(zhuǎn)換器將感應(yīng)器送出的信號(hào)數(shù)碼化后，再用Visatec(基于快思邏輯基礎(chǔ)上的全數(shù)碼高智能信號(hào)分析技術(shù))信號(hào)處理器進(jìn)行分析。

2 快思邏輯
    快思邏輯又稱為模糊邏輯?？焖歼壿嬙四軌蛱幚硪话闶莟rue與非false布林值外，它亦可以處理介符是與非，兩者間的任何狀態(tài)即partial truth。快思邏輯主要應(yīng)用于自動(dòng)化控制及一般家庭電器電路邏輯控制。
    模糊邏輯真值，模糊邏輯公式所具有的一種值，用以描述邏輯公式真的程度(或稱真度)。它可在各種不同的真值范圍中取值。在最簡(jiǎn)單的狹義模糊邏輯中，模糊邏輯公式的真度用[0，1]間的實(shí)數(shù)描述。0表示假，1表示真，大于0小于1的實(shí)數(shù)表示假與真之間的某種真度。值越大，真度越高。在模糊語(yǔ)言值邏輯中，模糊邏輯公式的真度用諸如“極真、很真、較真、不太真……”中的語(yǔ)言值描述。自然語(yǔ)言的本來(lái)語(yǔ)義刻畫了這些語(yǔ)言值所表示的真度。此外，模糊邏輯還可取其他集合中的元素為真值，例如可取[0，1]中的模糊區(qū)間數(shù)和模糊中心數(shù)等為真值。

3 信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)及整體電路實(shí)現(xiàn)
    電路采用LN074B作探頭。當(dāng)探頭接收到人體釋放的熱釋紅外信號(hào)后，由控頭內(nèi)部轉(zhuǎn)換成一個(gè)頻率約0．3Hz～3Hz微弱的低頻信號(hào)，經(jīng)VTl、IC2兩級(jí)放大器放大后輸入電壓比較器IC3。兩級(jí)電壓放大采用直流放大器，總增益約70～75分貝。IC3等組成電壓比較器，其中RP為參考電壓調(diào)節(jié)電位器，用來(lái)調(diào)節(jié)電路靈敏度，也就是探測(cè)范圍。平時(shí)，參考電壓(IC3的(2)腳電壓)高于IC2的輸入電壓(IC3的(3)腳電壓)，IC3輸出低電平。當(dāng)有人進(jìn)入探測(cè)范圍時(shí)，探頭輸出探測(cè)電壓，經(jīng)VTl和IC2放大后使信號(hào)輸出電壓高于參考電壓，這時(shí)IC3的(6)腳輸出高電平，三極管VT2導(dǎo)通，繼電器兒能電吸合，接通開(kāi)關(guān)。電路中VT3、C7、R8、～R10組成開(kāi)機(jī)延時(shí)電路。當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)，開(kāi)機(jī)人的感應(yīng)會(huì)使IC3輸出高電平，造成誤觸發(fā)。開(kāi)機(jī)延時(shí)電路在開(kāi)機(jī)的瞬間，由電容C7的充電作用而使VT3導(dǎo)通，這樣就使IC3輸出的高電平經(jīng)VT3通地，VAT2可以保持截狀態(tài)，防止了開(kāi)機(jī)誤觸發(fā)。開(kāi)機(jī)延時(shí)時(shí)間由C7與R8的時(shí)間常數(shù)決定，約20秒。IC2、IC3選用高輸入阻抗的運(yùn)算放大器CA3140。該電路采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管作差分輸入級(jí)3，輸人阻抗高達(dá)1．5*10(12)歐，輸入失調(diào)電流僅0．SpA，頻帶寬達(dá)4．5MHz，轉(zhuǎn)換速率為9V／us，是一種性能十分優(yōu)良的運(yùn)算放大器，很適合于作微弱信號(hào)的放大級(jí)。如圖3的硬件電路所示。

    探頭安裝在高度距離地面為2米左右。外殼設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使透鏡對(duì)地面呈13度左右的俯角，這樣就可以形成一個(gè)監(jiān)視區(qū)。由于探測(cè)器控制角只有86度左右，所以在安裝時(shí)應(yīng)選擇最優(yōu)良角度，使死區(qū)盡量減小。

4 結(jié)束語(yǔ)
    節(jié)能自動(dòng)開(kāi)關(guān)在光照不足需要照明、行人發(fā)出的聲響的條件下自動(dòng)開(kāi)燈；經(jīng)延時(shí)后自動(dòng)關(guān)燈，達(dá)到了滅絕長(zhǎng)明燈和使用方便的目的，特別適用于樓梯燈開(kāi)關(guān)使用。
    創(chuàng)新點(diǎn)：本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，價(jià)格低廉，隱蔽性好，應(yīng)用范圍廣，所以可以通過(guò)擴(kuò)展而達(dá)到實(shí)際的應(yīng)用。