基于熱釋紅外探頭的電燈節(jié)能自動開關

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警器的結構原理及其應用電路。依據接收人體紅外光譜而工作，當人體在其接收范圍內活動，熱釋電紅外探頭探測到紅外信號并對接收到的微弱信號加以放大，然后驅動繼電器，自動開啟負載，人不離開且在活動，報警持續(xù)工作，直至人離開后延時關閉報警，并給出了其完整的硬件電路設計方案與實現方法及節(jié)能目的。
關鍵詞：快思邏輯；菲涅爾透鏡；紅外報警

O 引言
在當前能源緊張、構建綠色環(huán)保健康新社會的大環(huán)境下，各種新型的節(jié)能自動開關產品應運而生。電燈節(jié)能自動開關外圍器件很少，節(jié)約了空間和成本及調試時間，提高整機可靠勝，如圖l為整體結構框圖。路燈使用這種節(jié)能裝置后，將會隨著周圍光線變化自動開關，不會再出現周圍可見度較高而路燈依然亮著的情況。而到了夜間，變壓器定時開始啟用，通過降低電壓調暗燈光來節(jié)省電能。

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

1 數據紅外采集模塊
菲涅爾鏡片是根據法國光物理學家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。它上面的每個單元透鏡一般都只有一個不大的視場，而相鄰的兩個單元透鏡的視場既不連續(xù)也不重疊，都相隔一個盲區(qū)。菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射(反射)在PIR上；第二個作用是將探測區(qū)域內分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產生變化熱釋紅外信號。當人進入感應范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個適當的焦距，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅動負載工作。整個接收人體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標探測器。

如果某人進入或離開探測器覆蓋的一個或幾個區(qū)域，探測器應可以探測到紅外輻射能量的變化，A／D轉換器將感應器送出的信號數碼化后，再用Visatec(基于快思邏輯基礎上的全數碼高智能信號分析技術)信號處理器進行分析。

2 快思邏輯
快思邏輯又稱為模糊邏輯。快思邏輯元件除了能夠處理一般是true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。快思邏輯主要應用于自動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。在最簡單的狹義模糊邏輯中，模糊邏輯公式的真度用[0，1]間的實數描述。0表示假，1表示真，大于0小于1的實數表示假與真之間的某種真度。值越大，真度越高。在模糊語言值邏輯中，模糊邏輯公式的真度用諸如“極真、很真、較真、不太真……”中的語言值描述。自然語言的本來語義刻畫了這些語言值所表示的真度。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)間數和模糊中心數等為真值。

3 信號處理模塊設計及整體電路實現
電路采用LN074B作探頭。當探頭接收到人體釋放的熱釋紅外信號后，由控頭內部轉換成一個頻率約0．3Hz～3Hz微弱的低頻信號，經VTl、IC2兩級放大器放大后輸入電壓比較器IC3。兩級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為參考電壓調節(jié)電位器，用來調節(jié)電路靈敏度，也就是探測范圍。平時，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。當有人進入探測范圍時，探頭輸出探測電壓，經VTl和IC2放大后使信號輸出電壓高于參考電壓，這時IC3的(6)腳輸出高電平，三極管VT2導通，繼電器兒能電吸合，接通開關。電路中VT3、C7、R8、～R10組成開機延時電路。當開機時，開機人的感應會使IC3輸出高電平，造成誤觸發(fā)。開機延時電路在開機的瞬間，由電容C7的充電作用而使VT3導通，這樣就使IC3輸出的高電平經VT3通地，VAT2可以保持截狀態(tài)，防止了開機誤觸發(fā)。開機延時時間由C7與R8的時間常數決定，約20秒。IC2、IC3選用高輸入阻抗的運算放大器CA3140。該電路采用結型場效應管作差分輸入級3，輸人阻抗高達1．5*10(12)歐，輸入失調電流僅0．SpA，頻帶寬達4．5MHz，轉換速率為9V／us，是一種性能十分優(yōu)良的運算放大器，很適合于作微弱信號的放大級。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。外殼設計時應使透鏡對地面呈13度左右的俯角，這樣就可以形成一個監(jiān)視區(qū)。由于探測器控制角只有86度左右，所以在安裝時應選擇最優(yōu)良角度，使死區(qū)盡量減小。

4 結束語
節(jié)能自動開關在光照不足需要照明、行人發(fā)出的聲響的條件下自動開燈；經延時后自動關燈，達到了滅絕長明燈和使用方便的目的，特別適用于樓梯燈開關使用。
創(chuàng)新點：本設計結構簡單，本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，價格低廉，隱蔽性好，應用范圍廣，所以可以通過擴展而達到實際的應用。