elmos推出基于熱釋電傳感器的智能家居解決方案

德國(guó)多特蒙德，艾爾默斯公司(elmos)日前宣布推出系列的“智能家居”解決方案。該家族系列包括基于熱釋電傳感器的被動(dòng)式人體傳感器(PIR)、智能家居KNX總線網(wǎng)絡(luò)、煙霧報(bào)警以及可以實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別的主動(dòng)式光電傳感器技術(shù)(HALIOSTM)。

圖1:elmos智能家居解決方案

此次推出的elmos智能家居解決方案，可對(duì)室內(nèi)的照明系統(tǒng)采取選擇性工作模式，當(dāng)有人進(jìn)入房間的時(shí)候，相應(yīng)的燈光能夠自動(dòng)開啟，而沒有人在房間則保持關(guān)閉狀態(tài)。該產(chǎn)品還可應(yīng)用于房間的空調(diào)和暖通領(lǐng)域。

智能家居應(yīng)用中的一個(gè)重要產(chǎn)品是熱釋電被動(dòng)紅外技術(shù)，此類傳感器是以非接觸形式對(duì)人體發(fā)出的紅外輻射進(jìn)行檢測(cè)，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。elmos公司此次推出的高集成化、高可靠性的半導(dǎo)體芯片E931.97、E910.97，可將模擬的電壓信號(hào)再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行濾波和后續(xù)的運(yùn)算處理，最終輸出一個(gè)有用的開關(guān)量信號(hào)(或者是一列數(shù)字信號(hào))到負(fù)載或者是單片機(jī)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的功能。

圖2：智能探頭最簡(jiǎn)化應(yīng)用

圖2是智能探頭E931.97的一個(gè)最簡(jiǎn)化的應(yīng)用，相比傳統(tǒng)分立元器件的方案，該方案的元器件總數(shù)非常少，只需6個(gè)器件就可以搭建一個(gè)完整的應(yīng)用電路。這樣可以大大減少元器件采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)成本，特別是大大縮減了PCB面積，產(chǎn)品更加精致和緊湊，同時(shí)又降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)和測(cè)試費(fèi)用，節(jié)約了大量勞動(dòng)力成本。在電氣性能方面，由于采用了高集成度的半導(dǎo)體技術(shù)，外部線路非常簡(jiǎn)單，降低了布線難度，使得產(chǎn)品具有很好的抗射頻干擾的能力。除了這些方面外，該芯片還預(yù)留了多個(gè)用戶設(shè)定的功能，用戶可根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際情況做出個(gè)性化配置。

elmos為這款芯片提供了兩種封裝形式，一種是SO14的封裝，像其他IC器件一樣把芯片和敏感元件分開使用以外。同時(shí)，我們也提供體積非常微小的裸芯片，用戶可結(jié)合人體被動(dòng)紅外傳感器技術(shù)和現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)，在不改變?cè)袀鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)的情況下，將高度集成化的半導(dǎo)體芯片封裝在探頭內(nèi)部，造就智能型熱釋電傳感器家族系列。

圖3：集成了敏感元件和半導(dǎo)體芯片的智能探頭結(jié)構(gòu)框圖

圖3是智能型熱釋電探頭的結(jié)構(gòu)示意圖，可以看出，這個(gè)探頭包括濾光片，熱釋電陶瓷(Pyro-ceramic)和外殼，其余所有的功能都可通過一個(gè)面積極其微小的半導(dǎo)體芯片(E931.97或E910.97)來實(shí)現(xiàn)。該芯片集成了所有被動(dòng)式人體紅外(PIR)感應(yīng)電路所有電氣功能。芯片的輸入端是一個(gè)輸入阻抗非常高的差分輸入，熱釋電材料可以和它直接相連接。被敏感元件識(shí)別的人體移動(dòng)信號(hào)輸入到芯片內(nèi)部之后，立刻通過一個(gè)16位的ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入二階巴特沃茲濾波器進(jìn)行濾波。在芯片內(nèi)部，經(jīng)過處理后的信號(hào)再通過比較器和觸發(fā)邏輯電路和預(yù)先設(shè)定好的靈敏度門檻電平值進(jìn)行比較，最后輸出所期望的脈沖電平信號(hào)。在這個(gè)過程中，所有的信號(hào)都經(jīng)過了數(shù)字化處理，具有良好的抗噪聲和抗射頻信號(hào)能力。

圖4是采用E931.97芯片制作的一款智能探頭產(chǎn)品，除去智能探頭，外面只需要連接3個(gè)元器件(不包括電池)就可構(gòu)成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用電路。在此基礎(chǔ)上，還可進(jìn)行其他功能的擴(kuò)展。如，把第2腳OEN引腳連接到光敏元器件上，可實(shí)現(xiàn)晝夜不同的工作模式白天對(duì)人體的移動(dòng)不產(chǎn)生響應(yīng)，只有當(dāng)夜幕來臨才進(jìn)入工作狀態(tài)。另外，給定OT引腳不同的模擬電平值可調(diào)節(jié)輸出的脈寬持續(xù)時(shí)間。

圖4：智能探頭典型應(yīng)用電路