智能感知技術(shù) 基于SD4101R的人體熱釋電應(yīng)用方案

總結(jié)
隨著智能傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，智能傳感應(yīng)用逐漸融入到人們的生活和工作中，如我們常見的電子防盜、自動節(jié)能照明、監(jiān)控、報警、門鈴系統(tǒng)等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域，被動熱釋紅外探測器得到了廣泛的應(yīng)用，但是PIR信號處理并不簡單，這就需要開發(fā)者投入大量的時間和精力。為了降低制造商的生產(chǎn)成本和難度，將杭州晶華微電子自主研發(fā)的具有PWM輸出和高精度ADC的SD4101R芯片應(yīng)用于PIR信號采集和處理。
原理分析
1.熱釋電紅外傳感器(PIR)的特點：所有溫度超過絕對0的物體都會產(chǎn)生熱輻射(紅外光譜)，而溫度低于1725的物體主要會產(chǎn)生紅外輻射光譜，所以自然界的所有物體都會向外輻射紅外熱。不同溫度的物體發(fā)出的紅外光波長不同，所以溫度與紅外波長的長度有關(guān)。而人體恒溫在37左右，發(fā)出的紅外線波長在10  m左右，熱釋電傳感器通常覆蓋一層特殊的菲涅爾濾光學(xué)薄膜，是專門為人體紅外光波設(shè)計的裝置。對波長約10m的紅外光波非常敏感，對環(huán)境其他波長的紅外成分有明顯的抑制作用。
2.熱釋電紅外傳感器(PIR)工作原理：熱釋電紅外傳感器一般包括兩個(或兩個以上)熱釋電單元串聯(lián)或并聯(lián)。而且兩個偏振方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋電單元的影響幾乎相同，所以它們產(chǎn)生的放電效應(yīng)相互抵消，所以環(huán)境背景輻射沒有信號輸出到探測器。當(dāng)有人在探測區(qū)域行走時，人體輻射被菲涅爾透鏡聚焦，并被熱釋電子紅外傳感器接收。熱釋電紅外傳感器在接收人體紅外輻射的溫度變化時會失去電荷平衡。由于兩個熱釋單元接收的熱量不同，不能相互抵消，輸出引腳會有變化的信號輸出，可以由后續(xù)電路進(jìn)行信號處理，實現(xiàn)不同的控制輸出。此外，熱釋電子紅外傳感器有不同的窗口形狀和大小。窗口面積越大，靈敏度越高，相應(yīng)的成本也越高。根據(jù)產(chǎn)品的要求，可以選擇不同型號的PIR。
3.菲涅爾透鏡：
菲涅爾透鏡，也稱為螺旋透鏡，主要由聚烯烴材料和玻璃制成。鏡頭一面光滑，另一面記錄著從小到大的同心圓。它的紋理是根據(jù)光的干涉和干涉、相對靈敏度和接收角度的要求設(shè)計的。
菲涅爾透鏡有兩個作用：第一，聚焦作用，它把熱釋紅外信號折射(反射)到PIR上；第二，它將檢測區(qū)域分為亮區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入檢測區(qū)域的運(yùn)動物體在運(yùn)動時可以在亮區(qū)和暗區(qū)之間來回切換，并在熱釋電紅外傳感器上折射，導(dǎo)致溫度變化，改變紅外探測器上的熱釋紅外信號。
菲涅爾透鏡，簡單來說，在透鏡的一側(cè)有等距的齒，可以實現(xiàn)指定光譜范圍內(nèi)光的帶通(反射或折射)功能。用于光學(xué)設(shè)備拋光的傳統(tǒng)帶通濾光片價格昂貴。菲涅爾鏡頭可以大大降低成本。一個典型的例子是PIR(被動紅外探測器)，它廣泛應(yīng)用于報警。我們可以發(fā)現(xiàn)每個PIR都有一個小封面。這是菲涅爾透鏡。小蓋里面刻著牙。這種菲涅爾透鏡可以將入射光的波長限制在10m左右(人體紅外線的波長)，成本相當(dāng)?shù)汀?br /> 菲涅爾透鏡可以將透過窄帶干涉濾光片的光聚焦在硅光電二極管探測器的光敏元件上。
使用注意事項：菲涅爾鏡片由有機(jī)玻璃制成，不能用任何有機(jī)溶液(如酒精等)擦拭。).除塵時可用蒸餾水或普通純凈水沖洗，然后用脫脂棉擦拭。
如果菲涅爾鏡頭選擇不當(dāng)，感光度會受到很大影響，菲涅爾鏡頭有對焦點。只有把熱釋電紅外傳感器放在聚焦點上，才能達(dá)到最佳的聚焦效果，靈敏度最高。下圖是菲涅爾透鏡的聚光圖和不同尺寸的測量電路示意圖
該方案設(shè)計的PIR信號測量電路外圍電路結(jié)構(gòu)簡單，其測量原理是當(dāng)有人進(jìn)入PIR檢測范圍時，PIR電荷平衡狀態(tài)被打破，然后PIR信號輸出引腳(S)會輸出變化的電壓信號，然后通過微控制器內(nèi)部軟件算法的處理，可以解析出有效的PIR信號。當(dāng)檢測到有效的脈沖響應(yīng)信號時，微控制器的輸出端將在一段時間內(nèi)輸出高電平信號。調(diào)節(jié)R4的電阻值來控制高電平的輸出時間(在1~600秒范圍內(nèi)可調(diào))，調(diào)節(jié)R6的電阻值來改變PIR信號檢測靈敏度(靈敏度選擇一般用65%~90%VDD)，用R2和R8組成的電路(光敏電阻)來判斷是白天還是黑夜(CDS電壓夜間大于1.0V，白天小于0.9V)，SW端可以用來選擇不同的工作模式(測試模式，固定)