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无线热释电人体感应传感装置

阅读：1022发布：2020-05-28

专利汇可以提供无线热释电人体感应传感装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种无线热释电人体感应传感装置，包括热释电传感器，热释电传感器的输出端分别连接带通滤波器和模数转换器，带通滤波器连接窗口比较器，窗口比较器将接收到的热释电传感器输出值与固定参考阈值进行比较；当通过热释电传感器检测到人体运动时，通过窗口比较器产生脉冲信号，窗口比较器的输出端连接微控制器，窗口比较器的输出作为微控制器的中断；模数转换器将热释电传感器检测到的模拟信号转换为数字信号，微控制器对数字信号进行快速傅里叶变换和离散小波变换后利用机器学习算法对转换结果进行分类辨别。本发明能够将人为动作和非人为动作进行区分，从而进行更精确的检测；同时，能够在人静止不动作的情况下进行检测，避免错误的触发。，下面是无线热释电人体感应传感装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种无线热释电人体感应传感装置，其特征在于：包括热释电传感器，所述的热释电传感器的输出端分别连接带通滤波器和模数转换器，所述的带通滤波器连接窗口比较器，所述的窗口比较器将接收到的热释电传感器输出值与固定参考阈值进行比较；当通过热释电传感器检测到人体运动时，通过窗口比较器产生脉冲信号，所述的窗口比较器的输出端连接微控制器，窗口比较器的输出作为微控制器的中断；所述的模数转换器将热释电传感器检测到的模拟信号转换为数字信号，微控制器对数字信号进行快速傅里叶变换和离散小波变换后利用机器学习算法对转换结果进行分类辨别；所述的带通滤波器由第一级运算放大器和第二级运算放大器组成，所述的第一级运算放大器将热释电传感器的输出值进行放大，所述的第二级运算放大器形成带增益的带通滤波器；所述的窗口比较器由两个比较器组成，两个比较器的输入端分别连接第二级运算放大器的输出端，两个比较器的输出端连接微控制器；所述的模数转换器连接于第一级运算放大器的输出端，所述的模数转换器还连接温湿度传感器和光照传感器；当窗口比较器输出脉冲时，微控制器同时采集湿度传感器和光照传感器的数据进行补偿计算，判断是否有人；
当窗口比较器无脉冲输出时，包括以下步骤：
1）热释电传感器进入有人状态；
2）热释电传感器检测到是否无人，若是，则进行下一步，若否，则返回上一步；
3）确定当前时间点，判断在该时间点以前的T1时间段内C△是否都小于CTH；若是，则进入“准无人”状态，若不是，则返回步骤2）；其中，C△为每经过设定时间D，对脉冲进行计数的计数值；CTH为设置的阙值，该值表示在小幅度动作时测得的CTH；
4）启动定时器，检测此时间点以后的T2时间段内是否检测到有人；若是，则返回步骤
1），若不是，则进入“无人状态”，并由热释电传感器检测直到有人后进入步骤1）。
2.如权利要求1所述的无线热释电人体感应传感装置，其特征在于：还包括供电模块，所述的供电模块由碱性电池组成，供电电压为3 3.3V。
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3.如权利要求1所述的无线热释电人体感应传感装置，其特征在于：还包括ESD保护电路，所述的ESD保护电路设置在微控制器的输入端。

说明书全文

无线热释电人体感应传感装置

技术领域

[0001] 本发明涉及传感器技术领域，尤其是一种无线热释电人体感应传感装置。

背景技术

[0002] 现代智能建筑通过安装无线传感器节点来提效能耗。这些传感器节点必须保持较长的电池寿命（3年以上），并且对温度，湿度，是否有人等关键参数进行实时监测。在智能建筑中，PIR（被动红外技术）人体感应传感器被应用到许多反馈控制系统中，比如空调控制系统、照明控制系统以及安防系统。PIR人体感应传感器仅仅需要一个PIR传感器和一些简单的外围器件就组成检测电路。人体感应系统主要是对人动作的监测，它包含PIR传感器和菲涅耳透镜，数字输出的人体动作检测器能有效地检测人体动作的幅度，包括快速运动及缓慢运动。然而，由于热释电感应传感器本身的物理特性，使其在非人为动作时（诸如光或温度变化的快速环境变化）也会被检测到；或是在人动作幅度很小的情况下检测不到，从而导致控制的误动作。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是：提供一种无线热释电人体感应传感装置，能够有效的进行动作检测和避免错误的触发。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无线热释电人体感应传感装置，包括热释电传感器，所述的热释电传感器的输出端分别连接带通滤波器和模数转换器，所述的带通滤波器连接窗口比较器，所述的窗口比较器将接收到的热释电传感器输出值与固定参考阈值进行比较；当通过热释电传感器检测到人体运动时，通过窗口比较器产生脉冲信号，所述的窗口比较器的输出端连接微控制器，窗口比较器的输出作为微控制器的中断；所述的模数转换器将热释电传感器检测到的模拟信号转换为数字信号，微控制器对数字信号进行快速傅里叶变换和离散小波变换后利用机器学习算法对转换结果进行分类辨别。

[0005] 当窗口比较器无脉冲输出时，包括以下步骤：

[0006] 1）热释电传感器进入有人状态；

[0007] 2）热释电传感器检测到是否无人，若有，则进行下一步，若无，则返回上一步；

[0008] 3）确定当前时间点，判断在该时间点以前的T1时间段内C△是否都小于CTH；若是，则进入“准无人”状态，若不是，则返回步骤2）；其中，C△为每经过设定时间D，对脉冲进行计数的计数值；CTH为设置的阙值，该值表示在小幅度动作时测得的CTH；

[0009] 4）启动定时器，检测此时间点以后的T2时间段内是否检测到有人；若是，则返回步骤1），若不是，则进入“无人状态”，并由热释电传感器检测直到有人后进入步骤1）。

[0010] 进一步的说，本发明所述的带通滤波器由第一级运算放大器和第二级运算放大器组成，所述的第一级运算放大器将热释电传感器的输出值进行放大，所述的第二级运算放大器形成带增益的带通滤波器。

[0011] 再进一步的说，本发明所述的窗口比较器由两个比较器组成，两个比较器的输入端分别连接第二级运算放大器的输出端，两个比较器的输出端连接微控制器。

[0012] 再进一步的说，本发明所述的模数转换器连接于第一级运算放大器的输出端，所述的模数转换器还连接温湿度传感器和光照传感器；当窗口比较器输出脉冲时，微控制器同时采集湿度传感器和光照传感器的数据进行补偿计算，判断是否有人。

[0013] 再进一步的说，本发明还包括供电模块，所述的供电模块由碱性电池组成，供电电压为3 3.3V。~

[0014] 再进一步的说，本发明还包括ESD保护电路，所述的ESD保护电路设置在微控制器的输入端。

[0015] 本发明的有益效果是：能够将人为动作和非人为动作进行区分，从而进行更精确的检测；同时，能够在人静止不动作的情况下进行检测，避免错误的触发。附图说明

[0016] 图1是本发明的结构原理框图。

[0017] 图2是本发明算法流程图。

具体实施方式

[0018] 现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

[0019] 如图1所示的一种无线热释电人体感应传感装置，包括模拟前端，基于AAA碱性电池的电源管理系统，2个低功耗运算放大器（图1中的运放），2个纳瓦级功率的比较器，1个低功耗ADC转换器，1个数字光照传感器，1个数字温湿度传感器和1个带模拟信号输出的PIR传感器。PIR传感器连接1个运算放大器，形成1个具有高输入阻抗的放大带通滤波器，直接与传感器相连接。这个放大器的输出与另一个带增益的带通滤波器相连接。两个比较器组成一个窗口比较器，用于将放大的传感器输出与固定参考阈值进行比较，以便将人体运动与噪声区分开来。窗口比较器的两个输出可以作为MCU的中断，以便MCU可以在没有检测到运动的时间内以最低功耗睡眠模式运行。当通过窗口比较器检测到任何运动时，MCU将ADC从断电切换到工作模式，并开始对PIR传感器经过放大的信号进行采样和转换。同时，可以采集来自光照传感器和温湿度传感器的数据进行补偿，以获得更好的检测效果。通过小波变换，在时-频域中不同类型的动作具有各自的特征，从而允许有效的进行动作检测和避免错误的触发。利用这些特征，正确应用机器学习或人工智能将为新型智能人体运动传感器寻求一种新的方法。这些动作检测能够适应不同的环境。

[0020] 判断人是离开还是人静止不动时，当PIR传感器检测到有人时，通过窗口比较器输出脉冲，否则，无脉冲输出。由于热释电的物理特性，人在静止不动作的情况下是检测不到的，即不会有脉冲产生，这时应用就会误判为无人，从而导致错误控制。为此本方案通过软件算法来弥补这一缺陷，具体算法原理是：进入工作状态后，每经过设定时间D，对脉冲进行计数，计数值为C△；设置阙值CTH，该值表示在小幅度动作时测得的CTH，CTH主要通过实际应用场景测试所得，CTH可以进行在线设置。通过AD转换器获取热释电传感器的测量数据，使用FFT(快速傅里叶变换)和DWT(离散小波变换)变换数据，然后使用机器学习来分类已变换数据从而区分人的不同行为以及剔除干扰信号。通过机器学习区分的结果分析得到T1，T2和CTH的值，依据这些值和以下的流程来判断无人状态是否是由人静止不动而导致的。

[0021] 算法流程如图2所示，

[0022] 1）热释电传感器进入有人状态；

[0023] 2）热释电传感器检测到是否无人，若有，则进行下一步，若无，则返回上一步；

[0024] 3）确定当前时间点，判断在该时间点以前的T1时间段内C△是否都小于CTH；若是，则进入“准无人”状态，若不是，则返回步骤2）；其中，C△为每经过设定时间D，对脉冲进行计数的计数值；CTH为设置的阙值，该值表示在小幅度动作时测得的CTH；

[0025] 4）启动定时器，检测此时间点以后的T2时间段内是否检测到有人；若是，则返回步骤1），若不是，则进入“无人状态”，并由热释电传感器检测直到有人后进入步骤1）。

[0026] 本发明的性能指标如下表所示：

[0027]

[0028] 以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

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