基于热释红外探头的电灯节能自动开关

摘 要：介绍了热释红外传感器的工作原理，给出了一种热释电红外报警器的结构原理及其应用电路。依据接收人体红外光谱而工作，当人体在其接收范围内活动，热释电红外探头探测到红外信号并对接收到的微弱信号加以放大，然后驱动继电器，自动开启负载，人不离开且在活动，报警持续工作，直至人离开后延时关闭报警，并给出了其完整的硬件电路设计方案与实现方法及节能目的。
关键词：快思逻辑；菲涅尔透镜；红外报警

O 引言
    在当前能源紧张、构建绿色环保健康新社会的大环境下，各种新型的节能自动开关产品应运而生。电灯节能自动开关外围器件很少，节约了空间和成本及调试时间，提高整机可靠胜，如图l为整体结构框图。路灯使用这种节能装置后，将会随着周围光线变化自动开关，不会再出现周围可见度较高而路灯依然亮着的情况。而到了夜间，变压器定时开始启用，通过降低电压调暗灯光来节省电能。

    当人体从A探测区走向B探测区，热释电元件的AB单元将先后感应到人体，通过特殊电路的处理可以分辨出来，然后在A输出端子上输出高电平信号；反之当人体从B探测区走向A探测区，在B输出端子上输出高电平信号。

1 数据红外采集模块
    菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺和PE(聚乙烯)材料压制而成，如图2为菲涅尔透镜。它上面的每个单元透镜一般都只有一个不大的视场，而相邻的两个单元透镜的视场既不连续也不重叠，都相隔一个盲区。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射(反射)在PIR上；第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。

    如果某人进入或离开探测器覆盖的一个或几个区域，探测器应可以探测到红外辐射能量的变化，A／D转换器将感应器送出的信号数码化后，再用Visatec(基于快思逻辑基础上的全数码高智能信号分析技术)信号处理器进行分析。

2 快思逻辑
    快思逻辑又称为模糊逻辑。快思逻辑元件除了能够处理一般是true与非false布林值外，它亦可以处理介符是与非，两者间的任何状态即partial truth。快思逻辑主要应用于自动化控制及一般家庭电器电路逻辑控制。
    模糊逻辑真值，模糊逻辑公式所具有的一种值，用以描述逻辑公式真的程度(或称真度)。它可在各种不同的真值范围中取值。在最简单的狭义模糊逻辑中，模糊逻辑公式的真度用[0，1]间的实数描述。0表示假，1表示真，大于0小于1的实数表示假与真之间的某种真度。值越大，真度越高。在模糊语言值逻辑中，模糊逻辑公式的真度用诸如“极真、很真、较真、不太真……”中的语言值描述。自然语言的本来语义刻画了这些语言值所表示的真度。此外，模糊逻辑还可取其他集合中的元素为真值，例如可取[0，1]中的模糊区间数和模糊中心数等为真值。

3 信号处理模块设计及整体电路实现
    电路采用LN074B作探头。当探头接收到人体释放的热释红外信号后，由控头内部转换成一个频率约0．3Hz～3Hz微弱的低频信号，经VTl、IC2两级放大器放大后输入电压比较器IC3。两级电压放大采用直流放大器，总增益约70～75分贝。IC3等组成电压比较器，其中RP为参考电压调节电位器，用来调节电路灵敏度，也就是探测范围。平时，参考电压(IC3的(2)脚电压)高于IC2的输入电压(IC3的(3)脚电压)，IC3输出低电平。当有人进入探测范围时，探头输出探测电压，经VTl和IC2放大后使信号输出电压高于参考电压，这时IC3的(6)脚输出高电平，三极管VT2导通，继电器儿能电吸合，接通开关。电路中VT3、C7、R8、～R10组成开机延时电路。当开机时，开机人的感应会使IC3输出高电平，造成误触发。开机延时电路在开机的瞬间，由电容C7的充电作用而使VT3导通，这样就使IC3输出的高电平经VT3通地，VAT2可以保持截状态，防止了开机误触发。开机延时时间由C7与R8的时间常数决定，约20秒。IC2、IC3选用高输入阻抗的运算放大器CA3140。该电路采用结型场效应管作差分输入级3，输人阻抗高达1．5*10(12)欧，输入失调电流仅0．SpA，频带宽达4．5MHz，转换速率为9V／us，是一种性能十分优良的运算放大器，很适合于作微弱信号的放大级。如图3的硬件电路所示。

    探头安装在高度距离地面为2米左右。外壳设计时应使透镜对地面呈13度左右的俯角，这样就可以形成一个监视区。由于探测器控制角只有86度左右，所以在安装时应选择最优良角度，使死区尽量减小。

4 结束语
    节能自动开关在光照不足需要照明、行人发出的声响的条件下自动开灯；经延时后自动关灯，达到了灭绝长明灯和使用方便的目的，特别适用于楼梯灯开关使用。
    创新点：本设计结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。