基于熱釋紅外探頭的電燈節(jié)能自動開關(guān)

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(jié)構(gòu)原理及其應(yīng)用電路。依據(jù)接收人體紅外光譜而工作，當(dāng)人體在其接收范圍內(nèi)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(qū)動繼電器，自動開啟負(fù)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(guān)閉報警，并給出了其完整的硬件電路設(shè)計方案與實現(xiàn)方法及節(jié)能目的。
關(guān)鍵詞：快思邏輯；菲涅爾透鏡；紅外報警

O 引言
在當(dāng)前能源緊張、構(gòu)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(guān)產(chǎn)品應(yīng)運而生。電燈節(jié)能自動開關(guān)外圍器件很少，節(jié)約了空間和成本及調(diào)試時間，提高整機(jī)可靠勝，如圖l為整體結(jié)構(gòu)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(guān)，不會再出現(xiàn)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(diào)暗燈光來節(jié)省電能。

當(dāng)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(yīng)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(dāng)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(shù)據(jù)紅外采集模塊
菲涅爾鏡片是根據(jù)法國光物理學(xué)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(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠(yuǎn)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(dāng)?shù)慕咕?，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(qū)動負(fù)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(biāo)探測器。

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

2 快思邏輯
快思邏輯又稱為模糊邏輯?？焖歼壿嬙四軌蛱幚硪话闶莟rue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?？焖歼壿嬛饕獞?yīng)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(shù)描述。0表示假，1表示真，大于0小于1的實數(shù)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(shù)和模糊中心數(shù)等為真值。

3 信號處理模塊設(shè)計及整體電路實現(xiàn)
電路采用LN074B作探頭。當(dāng)探頭接收到人體釋放的熱釋紅外信號后，由控頭內(nèi)部轉(zhuǎn)換成一個頻率約0．3Hz～3Hz微弱的低頻信號，經(jīng)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(diào)節(jié)電位器，用來調(diào)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(dāng)有人進(jìn)入探測范圍時，探頭輸出探測電壓，經(jīng)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(dǎo)通，繼電器兒能電吸合，接通開關(guān)。電路中VT3、C7、R8、～R10組成開機(jī)延時電路。當(dāng)開機(jī)時，開機(jī)人的感應(yīng)會使IC3輸出高電平，造成誤觸發(fā)。開機(jī)延時電路在開機(jī)的瞬間，由電容C7的充電作用而使VT3導(dǎo)通，這樣就使IC3輸出的高電平經(jīng)VT3通地，VAT2可以保持截狀態(tài)，防止了開機(jī)誤觸發(fā)。開機(jī)延時時間由C7與R8的時間常數(shù)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(jié)型場效應(yīng)管作差分輸入級3，輸人阻抗高達(dá)1．5*10(12)歐，輸入失調(diào)電流僅0．SpA，頻帶寬達(dá)4．5MHz，轉(zhuǎn)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(shè)計時應(yīng)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(yīng)選擇最優(yōu)良角度，使死區(qū)盡量減小。

4 結(jié)束語
節(jié)能自動開關(guān)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(jīng)延時后自動關(guān)燈，達(dá)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(guān)使用。
創(chuàng)新點：本設(shè)計結(jié)構(gòu)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(yīng)用范圍廣，所以可以通過擴(kuò)展而達(dá)到實際的應(yīng)用。