人体感应（精选三篇）
人体感应 篇1
关键词：人体感应,节电,自控,电器
1 研制背景及意义
生活中有些电器, 周围无人时可暂时不工作, 如取暖器、电风扇、电灯、空调等, 而人们有时在离开时忘记关闭电器, 或因暂时离开不想开关电器, 日积月累会浪费较多电能。基于此, 我们设计一款自动人体感应节电器, 此节电器具有如下特点: (1) 在普通插座内加入控制电路, 改造方便。 (2) 全自动感应, 灵敏度高, 可靠性强。 (3) 体积小、成本低, 超低功耗, 抗干扰能力强, 如取暖器等电器发射的信号不会对本产品造成干扰。
以传统的排插为基础, 加入人体感应传感器, 根据传感器信号作用于继电器, 从而控制接入电器电路的通断。
2 设计方案
核心电路设计划分为三大模块, 第一模块为电源模块, 220V的市电经过变压、整流、滤波后得到5V稳定的工作电压, 为其他模块提供电源。第二模块为人体感应模块, 在设计中我们运用了红外热释电传感器, 传感器的感应灵敏度高范围广, 有效感应范围可调, 感应角度大, 第三个模块为驱动模块, 在设计中使用9013三极管作为驱动管, 三极管基极与人体感应传感器的I/O口相连, 传感器输出信号经三级管放大后, 驱动继电器动作, 从而来控制接入电器电路的通断。控制效果是, 只要电器周围设定范围内无人, 感应器30秒后会断电, 若30秒内人出现在感应范围, 不会断电, 或者30秒后有人出现在感应范围, 电器自动开启。
2.1 电源电路设计
变压电路:本产品中所使用的模块电路由5V电压供电, 要用到家庭中使用需要把市电220V转换为12V电压, 需用到变压器。控制器电源由1W的变压器接入220V电压转变为5V的电压。
整流电路:本产品中所需要的电流为直流电, 但接入的电流为交流电, 于是需用桥式整流电路进行整流把原本的交流电转换为直流电。
滤波电路:本产品中采用电容虑波电路 (电容为4700u F) 把电流波形进行滤波。
稳压电路:采用三端固定输出稳压块进行稳压, 稳压块采用7800, 稳压后得到较稳定的12V电压。
2.2 控制电路设计
当热释电红外线传感器探测到有人时会产生一个高电平, 通过Q2数据传输端传入三极管的基极使三极管导通, 这时继电器的两端就产生回路电流, 继电器工作闭合, 就相当于开关闭合负载开始工作, 同样, 热释电红外传感器没有探测的人的存在, Q2不输出电流三极管不导通, 继电器没有接通电路, 继电器不工作就相当于开关断开负载就停止工作。
2.3 人体感应传感器设计
热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料, 如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件, 并将两个探测元件以反极性串联, 以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号, 经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离, 一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜, 该透镜用透明塑料制成, 将透镜的上、下两部分各分成若干等份, 制成一种具有特殊光学系统的透镜, 它和放大电路相配合, 可将信号放大70分贝以上, 这样就可以测出10~20米距离。
2.3.1 防小动物干扰:探测器安装在推荐的使用高度, 对探测范围内地面上的小动物, 一般不产生报警。
2.3.2 抗电磁干扰:探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中要求, 一般手机电磁、微波炉、取暖器等干扰不会引起误报。
2.3.3 抗灯光干扰:探测器在正常灵敏度的范围内, 受3米外H4卤素灯透过玻璃照射, 不产生报警。
2.4 继电器电路
继电器是一种电控制器件。它具有控制系统 (又称输入回路) 和被控制系统 (又称输出回路) 之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中, 它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本产品使用常开继电器当不工作时处于断开状态负载不工作, 当继电器接收到传感器给的高电频电压继电器就闭合形成开路带动负载工作。
3 理论计算与性能分析
测得本控制器本身的功率为0.5W, 测得热释电传感器正常工作时所能感应到的距离为7-8米, 所能感应到的最大广角为180度, 由此可知该产品的试用范围非常广, 在无人的情况下功耗也非常低, 达到了节能的效果。
仅就大学教室照明系统为例来计算, 假设每只日光灯45W, 每间教室六盏, 每栋教学楼有50间教室, 一所大学有20栋教学楼, 一个省有85所大专院校, 在教室无人忘记关灯时, 如果这些教室安装了本节能器, 每小时可以省电0.045*6*50*20*85=22950度。
本产品工作过程以控制LED灯为例说明, 若有人体进入红外节能控制器的感应范围内活动, 红外感应模块将启动并检测到信号, 信号触发延时开关模块开启LED灯。如果人持续的在其范围内活动, LED灯将常亮。当人离开其范围后, 已无红外感应信号, 延时开关在30秒的设定值内 (值数大小可以调节) 自动关闭LED灯。各个模块回到待命状态, 等待下一个周期。
产品优点: (1) 电路稳定性和可靠性高, 安全性能好。 (2) 功耗低、可起到大幅度技能效果。 (3) 感应灵敏度强, 感应角度大。 (4) 控制简单, 使用起来方便。 (5) 防干扰性能好。 (6) 成本低, 体积小。 (7) 便于安装。
4 创新点及应用
自动人体感应节电器配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成自动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、取暖器等装置, 特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域, 或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
经过反复试验, 样品的制作, 技术上已经完全可行, 现实社会大量的普通插座, 只要在内部安装本设计的感应装置, 就能变成自动感应插座, 我们的设计电路简单可靠, 成本低, 体积小, 便于改造, 量产的可行性高。
本产品由于设计成普通插座形式, 只要人不在, 自动断电, 人重新到来, 自动给电, 可应用在需要省电的一切场所, 大功率电器如取暖器、空调等, 节能意义较大。
参考文献
人体感应智能开关的设计方法 篇2
关键词:电传感器;智能开关;设计
中图分类号:TM564 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)24-0124-02
随着城市建设的迅速发展,传统的人工操作和维护控制手段已不能适应现代化城市发展的需求。当前,以人体信息为控制源的控制电路,在采集人体信息时,或直接使用热释电传感器被动远红外探测功能,或将传感器置于不断转动的云台上,使被动探测变成主动探测。本文介绍的人体感应智能控制器(开关)则同时采用热释电传感器的被动探测与主动探测功能,并由单片机控制,云台电动机无需连续运转,人体无论活动与否,都能准确地检测出人体信息,实现人来、人在开关接通,人离后延时数分钟(可预设)断开的自动控制作用。该控制器用途广泛,节省电能,使用寿命长,具有其它同类控制器无法相比的优点和作用。
1热释电传感器的被动特性和相对主动探测
热释电传感器又称远红外探头(PIR),它通过感应人体的远红外辐射产生电信号,且其输出信号的大小与入射远红外线的变化频率成比例,即人体处于运动状态时,远红外幅射发生急剧变化,传感器有信号输出,人体静止时,则无信号输出,这种依赖于人体的活动才能探测人体信息的性能称为被动特性,采用被动特性探测人体信息称为被动探测。被动探测可直接用于仅需探测活动人体信息的电路中,而对于活动和静止的人体信息均需探测的电路却不适应。在后一种情况,可增设电动机和传动机构,让传感器旋转或平移,这样远红外探头与人体间产生了相对运动,人体即使静止,传感器也有信号输出,被动探测变成了相对主动探测。很明显,主动探测能准确地检测出人体信息,但由于电动机必须做长时间不停的运转,造成了电能及设备的损耗。人体感应智能控制器采用热释电传感器的被动探测与主动探测兼用技术,较好地解决了这一问题。所谓兼用,即在人体活动相对频繁时,采用被动探测,否则使用主动探测。设智能开关在人离开后延迟断开的延时为T,人体相邻两次活动的间隔时间为t,当t 2电路组成 2.1电路框图 人体感应智能控制器由热释电传感器电路、单片机电路、开关驱动电路、主动探测驱动电路和电源电路组成。人体信息经PIR获取,经热释电传感器电路处理产生标准电信号送入单片机电路。为增强信号感应灵敏度和扩大感测范围,必须在探头前加装菲涅尔透镜,为克服远红外探头的被动特性,拟为探头安装电动机和传动机构。单片机电路是本机的控制核心,它首先对热释电传感器电路输出的信号进行处理判断,然后根据判断结果输出开关驱动和主动探测电动机启停的控制信号。电源电路产生几种直流电压为整机供电。 2.2热释电传感器电路 热释电传感器电路由远红外探头、放大器、比较器、控制器和延时器等电路组成,该电路可用运放LM324或热释电传感器专用模块设计,使用SN9201专用模块设计的电路。SN9201专用模块结构完整、功能齐全,所需的外围元件少,可完成信号的高倍率线性放大、双向鉴幅、信号处理、延迟定时和封锁定时等功能。当人体进入探测电路感应区,红外探头PIR将菲涅尔透镜聚焦的人体远红外信号转换成电信号送入SN9201的14脚,经SN9201内部电路处理后得到标准信号,从2脚输出。调节R5或R7的比值可分别改变内部两级放大器的增益,即改变信号的感应强度;Rl0、C7构成延时电路,调节Rl0可改变输出脉冲宽度,即改变工作延时,因本系统的延时由单片机控制,故此处延时应尽量缩短;9脚是触发禁止端或功能扩展端,在A、B间接入不同的元器件可增加不同的附加控制功能。 2.3单片机控制电路 单片机控制电路。单片机选用美国Atmel公司生产的AT89C51,其基本电路有晶体振荡电路(由x、Cl、C2构成)、上电自动复位电路(由C3、Rl构成)。热释电传感器电路的输出脉冲经反相后送至AT89C51的12脚。二极管D、继电器Kl、三极管T和电阻R2组成开关驱动电路,当红外探头探测到人体信号,12脚变为低电平时,单片机P2.7送出低电平,驱动继电器使开关Kl-l闭合。在需要主动探测时,单片机从P2.0和P2.1两个I/O口输出信号控制主动探测电路工作。 图1主动探测驱动电路 2.4主动探测驱动电路 主动探测驱动电路由电动机及其驱动电路组成,见图1。 红外探头通过减速装置或平移架与电动机转轴联动,主动探测时可作180 °来回旋转或来回平移,驱动信号输入端接单片机的P2.0和P2.1脚,当单片机P2.0为高电平,而P2.1为低电平时,T1、T4导通,T2、T3截止,电动机正转;当单片机P2.0为低电平,而P2.1为高电平时,T1、T4截止,T2、T3导通,电动机反转,P2.0和P2.1的电平变化及电动机每次转动的时间由单片机控制。 2.5电源电路 电源电路由变压器、整流、滤波和稳压等电路组成。220 V市电经变压后降为12 V交流,通过桥式整流和电容滤波输出直流电,再经固定式三端稳压器7809及7805稳压后输出+9V和+5 V直流电压为整机供电。 3软件设计 设探头相邻两次感应触发的间隔时间为t,智能开关在人离开后延迟断开的延时为120 s,编程思路及要求如下: (1)单片机上电复位后,扫描检测中断口INTO,一旦检测到人体感应触发信号,P2.7输出低电平并开始计时,开关K1-l闭合且延续。 (2)如t<100 s,则当第二次信号到达时,P2.7继续输出低电平,并重新计时,K1-l继续闭合。 (3)如100 s≤T≤l20 s,单片机在计时到100 s时,P2.0、P2.1输出信号控制电动机正反转,带动远红外探头作主动探测,若检测到人体信号,则让电动机停转,且使P2.7的状态同Ⅱ.Ⅳ计时至120 s时如仍未接收到触发信号,说明人已离去,则电动机停止转动,P2.7停止输出信号,K1-l断开,系统恢复初态,等待下次控制。 4结束语 总之,智能控制器具有较强的通用性和灵活性,如在A、B间接入光敏电阻、热敏电阻或时钟控制器,可分别制成禁止白天开灯的人体感应照明控制器、达到一定室温才见人开机的空调控制器或既受时间控制又受人體信息控制的其它控制器、报警器等.应用表明,系统软硬件设计合理,性能满足设计要求。 参考文献 1 王晓春、董立菊、徐继镶.传感式智能开关控制器的研究与设计[J].沈阳大学学报,2001.06 2 王晓春、刘天惠、董立菊、徐继镶.虚拟开关机器人——传感式智能开关控制器的研究与设计[J].计算机工程与应用,2002.02 The Human Body Induces the Intelligent Switch’s Design Method Tan Binbing Abstract: The human body induces the intelligent controller versatility, has saves the electrical energy, the service life long and so on merits. Article in view of one kind, regardless of the human body activity or not, can examine the human body information accurately and implement the automatic control the intelligent controller, elaborated this controller’s principle of work and the system software and hardware design method. 关键词：超声波测距,人体感应器,单片机 1 设计背景 智能环保厕所具有全自动冲洗、自动独立识别厕位人体探测等功能, 在设计人体探测时, 尝试过使用干簧管及磁铁做感应器, 通过门的开关与门锁动作来识别, 门开表示没人, 门关且上表示锁厕位进人, 门关且上锁表示厕位有人, 门关且开锁表示厕位离人。该方案经实践表明, 正常情况下系统工作稳定可靠, 但人上厕所只关门不锁门时, 系统无法正常工作。设计基于超声波测距原理的智能厕所人体感应器克服了干簧管及磁铁做感应器的关门不锁门的判断误区问题, 并具有安装简单、工作稳定可靠等优点。 2 系统设计方案 智能厕所侧位设计为1200*1000, 长度为1200mm, 当厕位内无人时, 感应器测得的距离大于等于1200mm, 当厕位内有人时, 测得距离少于1200mm, 据此可判断厕位内有无人。 系统采用+5V电源, 单电平输出, 输出为高电平表示有人, 输出为低电平表示无人。系统由超声波发送电路、超声波接收电路、单片机控制电路、led指示及信号输出电路四部分构成。由单片机发送超声波信号给超声波发送电路进行信号放大并由超声波换能器向空间传送, 同时单片机开始计时, 当超声波接收电路接受到超声波信号, 先放大并检波输出低电平信号给单片机, 单片机发现低电平则停止计时, 根据计时时间可以推算出超声波传送的来回距离, 判断距离可以得知有无人。 3 硬件系统设计 单片机采用AT89C2051, P3.1用于发送40kHz超声波信号, P3.2用于中断方式接受超声波信号, P3.5用于信号输出及指示控制。超声波发送电路采用CD4069对发送信号进行整形放大并经换能器输出, 超声波接收电路采用集成电路CX20106A, 这是一款红外线检波接收的专用芯片, 常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近, 可以利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。 4 软件系统设计 4.1 超声波测距器的算法设计 下图示意了超声波测距的原理, 即超声波发生器T在某一时刻发出的一个超声波信号, 当超声波遇到被测物体后反射回来, 就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到接受返回信号所用的时间, 就可算出超声波发生器与反射物体的距离。 距离计算公式:d=s/2= (c*t) /2, 其中d为被测物与测距器的距离, s为声波的来回路程, c为声速, t为声波来回所用的时间。 4.2 主程序 主程序首先对系统环境初始化, 设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式, 置位总中断允许位EA。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲, 为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发, 需延迟0.1ms (这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因) 后, 才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用12MHz的晶振, 机器周期为1us, 当主程序检测到接收成功的标志位后, 将计数器T0中的数 (即超声波来回所用的时间) 按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离, 设计时取20℃时的声速为344m/s则有: d= (C*T0) /2=172T0/10000cm (其中T0为计数器T0的计数值) 4.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 超声波发生子程序的作用是通过P3.1端口发送2个左右的超声波信号频率约40KHz的方波, 脉冲宽度为12us左右, 同时把计数器T0打开进行计时。超声波测距器主程序利用外中断0检测返回超声波信号, 一旦接收到返回超声波信号 (INT0引脚出现低电平) , 立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器T0停止计时, 并将测距成功标志字赋值1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号, 则定时器T0溢出中断将外中断0关闭, 并将测距成功标志字赋值2以表示此次测距不成功。 5 软硬件调试及性能 在产品调试过程中发现两个主要问题, 第一个问题是超声波回波反射问题, 当厕位内无人并关上门时, 由于厕位构成一个封闭的空间, 超声波在其中来回反射, 造成误判动作。经仔细分析, 采用两次连续探测法, 及连续两次探测发现厕位有人才输出信号, 连续两次探测发现厕位无人才判断为无人, 实验表明, 该方法切实可行。 第二个问题是探测灵敏度不够, 当采用一对探头时, 探头探测范围较小, 经过改进设计, 采用两对探头, 接受与发送探头交叉布局, 大大提高了灵敏度。人体感应 篇3
