一種高性能紅外信號(hào)檢測(cè)開關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：這里設(shè)計(jì)的紅外信號(hào)檢測(cè)開關(guān)目的是實(shí)現(xiàn)當(dāng)人體接近紅外信號(hào)檢測(cè)裝置時(shí)，依據(jù)信號(hào)處理結(jié)果自動(dòng)開啟負(fù)載，如果人不離開且在活動(dòng)，負(fù)載持續(xù)工作，直至人離開后延時(shí)并關(guān)閉負(fù)載。該設(shè)計(jì)采用四元熱釋電紅外信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)，并給出其完整的硬件電路設(shè)計(jì)方案。最后利用仿真軟件Matlab進(jìn)行了仿真。
關(guān)鍵詞：多重分段；四元紅外探測(cè)；紅外信號(hào)；MatIab

    四元紅外探測(cè)器采用光敏元件，只有每個(gè)探測(cè)器都探測(cè)到信號(hào)時(shí)才觸發(fā)報(bào)警。比普通雙元紅外和幕簾式探測(cè)器有更強(qiáng)的抗誤報(bào)能力和更好的探測(cè)性能。有侵入方向識(shí)別能力，用戶從內(nèi)到外闖入警戒區(qū)，不會(huì)觸發(fā)報(bào)警，只有非法入侵都從外界侵入才會(huì)觸發(fā)報(bào)警，極大地方便了用戶在設(shè)防的警戒區(qū)域內(nèi)活動(dòng)，同時(shí)又不觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，真正地實(shí)現(xiàn)“零誤報(bào)”。并且其外圍器件很少，節(jié)約了空間和成本及調(diào)試時(shí)間，提高整機(jī)可靠性。

l 紅外采集模塊
    紅外探測(cè)器是一種輻射能轉(zhuǎn)換器，主要用于將接收到的紅外輻射能轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量或觀察的電能，熱能等其他形式的能量。雙元探測(cè)器包含兩個(gè)單元，它們對(duì)共同的FET輸出是反極性連接的，但是四元探測(cè)器包含四個(gè)單元，兩個(gè)輸出，這兩個(gè)獨(dú)立的通道使信號(hào)的處理避免錯(cuò)誤報(bào)警，其特點(diǎn)是低噪聲，高響應(yīng)度，優(yōu)異的共模平衡一雙單元類型，各種濾波器窗口供寬帶或窄帶應(yīng)用，單通道或雙通道器件，單元器件帶熱補(bǔ)償。這里采用四元紅外探測(cè)器型號(hào)Lhi807，其可靠性，以及其他指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出雙元探測(cè)器。

2 信號(hào)處理模塊
    四元紅外探測(cè)器提供了多重分段的探測(cè)區(qū)。一個(gè)報(bào)警信號(hào)是由每個(gè)區(qū)域的所有紅外能量累計(jì)產(chǎn)生的。它把一個(gè)人體目標(biāo)分為4～8個(gè)區(qū)域產(chǎn)生清晰和最強(qiáng)的信號(hào)，以達(dá)到穩(wěn)定的探測(cè)。局部溫度的變化，如老鼠和窗簾等引起的溫度變化，則同時(shí)只影響一或二個(gè)區(qū)域，從而產(chǎn)生較小的探測(cè)信號(hào)。這些信號(hào)再由信號(hào)處理電路分析，以得到更加精確的探測(cè)，并濾除誤報(bào)信號(hào)，如
圖1所示。

    信號(hào)采樣對(duì)信號(hào)處理精度影響到電路的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，在此采用的是Ni公司TI5000系列DSP5402，用68引腳的PLCC封裝，內(nèi)部帶有1個(gè)10位A／D轉(zhuǎn)換器，故硬件電路省略了A／D轉(zhuǎn)換器，而且還可以能獲得更高的分辨率。

3 整體硬件電路
    系統(tǒng)的硬件部分主要由前端輸入電路、采樣器信號(hào)處理及外圍電路組成，整體電路如圖2所示。

    PIR感測(cè)信號(hào)經(jīng)二級(jí)放大，再經(jīng)窗口電壓比較判斷是否有觸發(fā)，有則輸出高平，此時(shí)計(jì)時(shí)器受控開始計(jì)時(shí)，進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)，當(dāng)PIR檢測(cè)信號(hào)時(shí)間大于768T(時(shí)鐘周期)時(shí)，才輸出高電平，以防止誤觸發(fā)，內(nèi)部輸出控制器相當(dāng)于一個(gè)與門的功能，只有當(dāng)光敏電阻CDS檢測(cè)計(jì)時(shí)輸出及過零檢測(cè)出同時(shí)為高電平時(shí)，才會(huì)輸出正脈沖，控制可控硅動(dòng)作。光敏元件硫化鎘CDS接內(nèi)部施密特觸發(fā)器，白天CDS阻值低，施密特輸出低，抑止輸出；天暗相反，當(dāng)PIR工作，CDS不工作，即I／O腳檢測(cè)到CDS為輸出低電平。由于RE200B過零檢測(cè)的作用給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的起點(diǎn)是過零電壓，當(dāng)l，2，3腳同時(shí)為高電平，11腳輸出正脈沖，控制外圍電路工作。15腳TCI為定時(shí)時(shí)鐘，19腳TB為系統(tǒng)時(shí)鐘，時(shí)間設(shè)定均為：F=(1±O．2)／1．1RCo人體在開關(guān)的感應(yīng)范圍有微小的動(dòng)作即能使負(fù)載持續(xù)工作。當(dāng)人體靜止不動(dòng)超出延時(shí)時(shí)間，開關(guān)將自動(dòng)關(guān)閉，人體一旦移動(dòng)又自動(dòng)開啟負(fù)載。由于電路采用過零技術(shù)，常通斷，對(duì)負(fù)載影響不大，白天安裝此開關(guān)，燈泡會(huì)閃亮3次后熄滅，表示初始化結(jié)束，進(jìn)入正常監(jiān)控狀態(tài)。晚上安裝此開關(guān)負(fù)載即時(shí)工作，人離開后自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉負(fù)載。

4 性能測(cè)試
    利用仿真軟件Matlab分別對(duì)白天和黑夜的情況進(jìn)行了仿真，仿真圖如圖3和圖4所示。其中，圖3是二元熱釋電紅外信號(hào)處理器仿真結(jié)果，圖4是四元熱釋電紅外信號(hào)處理器的仿真結(jié)果。從圖中可以看出四元熱釋電紅外用更好的響應(yīng)速度。

5 結(jié) 語
    隨著人們安全意識(shí)的提高，越來越多的人投入到安全技術(shù)的研究中，而多元紅外探測(cè)器傳感器的應(yīng)用的更是逐漸成為熱點(diǎn)。在對(duì)熱釋電紅傳感器全面論述的基礎(chǔ)上，給出基于四元熱釋電紅外信號(hào)處理器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后用Matlab軟件進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)仿真，從而可預(yù)測(cè)本類系統(tǒng)的研制必將更快的促進(jìn)安全技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，并具有一定經(jīng)濟(jì)意義。