红外感应器论文

红外感应器论文（精选7篇）

红外感应器论文 第1篇

关键词：红外线感应器,自控系统,电磁阀,自动洗面池

随着社会生产力和科学技术的迅猛发展,人类物质文明和精神文明得到了极大的提高,人们的生活水平也越来越优质化,各种先进的产品陆续应用到人们的日常生活中。其中,自动控制系统的一系列产品更是给人们带来了方便、快捷,使人们的生活更加舒适,尤以红外线感应器为核心的红外线自动感应控制系统更是令人耳目一新。这种高科技产品的问世,标志着自动控制领域已经进入了数字化控制时代。红外线技术的自动感应控制系统具有很强的实用性,加之功能齐全、性能稳定、技术先进、真正能够做到既节能又环保,这项技术目前已经广泛应用到各行各业,显示了科学技术的进步为社会带来的应用价值,为人类生活的改善产生深刻的影响[1]。让人们深深懂得,科学技术的大力发展将会改变人类的物质文明,当然也包括精神文明,加快社会文明发展的进程。

笔者试从红外线感应器的研究意义和目的、工作原理、功能特点、故障分析与维修等方面进行探讨,侧重于红外线感应器在房建设备中的应用与维修方法。

1 红外线感应器研究的意义和目的

随着红外线感应技术的不断提高,红外线感应器的发明,许多红外线自动冲水产品相继问世,这些产品能够做到“人到开启,无人关闭,方便卫生”,既方便安全又节能节水,并且设计思路简洁、集成度高,科学化、人性化设计,性能稳定、经济耐用,使用单位改造起来简便,投资小、见效快,解决了长期困扰许多公共场所如学校、火车站、飞机场、汽车站、宾馆、医院、办公楼等单位水费支出开支大、厕所用水效率低、不好管理等一系列社会难题。

然而公共场所毕竟人员复杂,很多人对红外线自动感应控制系统盲目无知,使用时乱搬乱拧,造成设施的损坏率极高。另外,维修人员对红外线自动感应控制系统也缺乏相应的知识,对产品缺乏认知,购买产品时根本不考虑后续维修,设备损坏维修时又缺乏相应的专业知识,造成维修成本居高不下。为此,笔者从其基本的工作原理出发,对新技术的原理和指标进行了详细的分析,为使用单位在产品购买、维修方面提供一些有益的帮助,从而达到简化安装使用、降低维修成本的目的。

2 红外线感应器的工作原理

2.1 红外线感应原理

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由德国科学家霍胥尔于1800年发现,又称为红外热辐射。他把太阳光线用三棱镜分解开,然后在各种不同颜色的区域上放置了温度计,用来测量各种颜色的光的加热效应。实验结果发现,放在红光外侧的那支温度计的温度升得最快。因此,霍胥尔的结论是在太阳光谱中红光的外侧一定还存在着一种看不见的光线,并称之为红外线,它位于太阳光谱中波长自0.76~400μm的那一段。并且,它同其他物质一样可以当作传输的介质。该论文阐述的房建设备红外线感应器的原理利用的就是上述红外线的这一特性。根据红外线的这一特性,已经研发出了一系列红外线自动感应产品,见图1。例如:红外线自动感应门、红外线自动感应给皂机、自动干手器等。笔者以自动洗面池和小便斗红外线感应器(也称为热红外人体感应器)为例加以说明。

2.2 红外线感应器的工作原理

红外线感应器电路由红外线发射电路、红外线接收电路、单片机集成电路、双稳态电磁阀驱动电路等四部分组成,见图2。其中,+5 V电源经单片机的脚(20)端输入,经单片机对输入电源进行处理,再由单片机的脚(2)端输出一个脉冲信号,输出的脉冲信号经三极管VT5放大后推动红外线发射二极管VD1发出频率为125 Hz、载波频率为36k Hz的红外线脉冲信号。TL0038是一体化红外线接收头,由红外线接收管、带通放大器、检波和脉冲整流电路等部分组成。当控制器前有人,在人体的某一部位到达红外线的感应区域内时,红外线接受管接收到由VD1发射、经人体反射的红外线脉冲信号,经放大、检波、整流后从接受头的脚(3)输出频率为125 Hz的脉冲信号,再通过单片机的脚(8)端输入作为单片机的识别信号进行计数处理;在人体离开红外线的感应区域,控制器前没有人时,红外线接受管收不到VD1发射的红外线,接受头的脚(3)端输不出脉冲信号。单片机的脚(16)端至脚(19)端为双稳态电磁阀的驱动输出端,VT1~VT4为双稳态电磁阀的四个型号均为TIP127的推动三极管。平时,脚(16)端至脚(19)端均为高电平。当脚(16)端与脚(18)端为高电平、脚(17)端与脚(19)端为低电平时,电磁阀加上正向电压吸合,然后脚(17)端与脚(19)端也恢复高电平,此时,电磁阀内部的磁铁吸合维持稳定状态,电磁阀关断;当脚(16)端与脚(18)端为低电平、脚(17)端与脚(19)端为高电平时,电磁阀加上反向电压,产生的电磁场和内部磁铁的磁场方向相反,电磁阀释放、出水。由于电磁阀的绕组内阻较小,瞬间工作电流较大,故在电源两端并联了1只容量较大的电解电容器C5进行过电流保护。脚(11)端为感应器的工作模式选择端。当脚(11)端接电源正极时为冲水模式,接电源负极时为洗手模式。发光二极管VD2为控制器的工作状态指示标志,当控制器前有人时,脚(9)端输出低电平,VD2灯亮;否则,控制器前无人时,脚(9)端输出高电平,VD2灯熄灭。

2.3 红外线感应器的流程图解

为了更好地理解红外线感应器的工作原理,可以借助图2来进一步理解。

1)信号采集。信号采集由红外线发射电路与红外线接收电路共同完成。在人体的某一部位到达红外线的感应区域内时,红外线感应器的接收管接受到人体反射过来的红外线信号,通过红外线接收电路对采集到的红外线信号进行放大、检波、整流处理,将这种红外线信号的变化经过接收电路转化成频率为125 Hz的脉冲电压或脉冲电流等模拟量的变化[2,3]。

2)信号处理。信号处理由单片机集成电路完成。由红外线接收电路输出的频率为125 Hz的脉冲信号输入单片机集成电路,单片机集成电路将输入的脉冲电压或脉冲电流等的变化再进行必要的转换,为后面的信号控制提供准备。

3)信号控制。信号控制由单片机集成电路和双稳态控制电路共同完成。输入单片机集成电路的脉冲信号经单片机集成电路处理后由脚(16)和脚(19)输出,控制双稳态控制电路的4个驱动三极管的基极电流,通过1个预定的控制方式,实现对设计要求的准确操作。

4)信号响应信号响应主要由双稳态电磁阀驱动电路完成。根据双稳态驱动电路的4个驱动三极管基极电流电平的高低,来实现控制双稳态部分电磁阀的开关要求。

3 红外线感应器的功能特点

3.1 红外线感应器的节能特点

首先,红外线感应器是先进的智能化节水节能产品。自动洗面器和小便斗红外线感应器均属于红外线自动感应控制系统,它们采用的是红外线感应自动冲水方式,微电脑全自动智能控制,属于智能节水控制器。只有在人体的某一部位到达红外线的感应区域内时,感应器才会接受信号,然后经过信号处理,控制电磁阀打开、出水。当人体的某一部位离开红外线的感应区域时,电磁阀关闭。人多多冲,人少少冲,无人不冲。对于小便感应器,它的内部还设有水量调节阀,可以调节冲水量的大小。在水管和水压不变的情况下,只要调节小便感应器的开关水阀的时间,就可以实现调节水流的大小。延长时间时,水量就增大,缩短时间时,水量就减小。另外,红外线感应器还具有超时功能,当连续使用时间超过1 min时,感应器将自动关水,避免因异物长时间在感应范围内造成水资源的浪费。感应器还可根据使用的频率及每次使用的时间的长短自动调节水量的大小。在使用频率高的场所,平均每次冲水量为1.2~3 L;在使用频率低的场所,每次冲水为2~4 L。节水率高达60%~90%。确实达到了节能节水的目的。据统计,一个单位在改装红外线感应器后,一般在1~3个月就可以收回全部投资,投资回报率及高。

其次,红外线感应器还具有省电节能特点。小便斗红外线感应器和自动洗面器均采用先进成熟的集成电路,高倍节能。电源可选择交、直流两种供电方式,有一部分部分产品还可以采用交直流同时供电。若选择直流供电时,使用4节5号电池供电,若每天使用300次,3年内无需更换电池。若选择交流供电时,年耗电仅2~3 k Wh.

3.2 红外线感应器的卫生特点

小便斗红外线感应器和自动洗面器的冲洗过程均由感应器自动完成,是非接触产品,不需要手动控制,出水由感应器自动完成。冲洗彻底、不留异味,有效地避免了细菌的交叉感染。另外,小便斗红外线感应器还具有定时自动冲水功能,当小便斗长期处于不使用状态时,冲水器将24 h自动冲水一次,真正实现了方便、卫生、安全的功能。特别适合人多的公共场所使用,如学校、火车站、飞机场、汽车站等。

3.3 红外线感应器的其他特点

自动洗面器和小便斗红外线感应器除具有节能、卫生两大功能外,它们还具有许多其他功能。例如:自动洗面器内装柔水器,出水均匀流畅,使用舒适方便;安装简单,非专业人员也可以准确无误地安装;外形设计美观流畅,还可起到装饰作用;此外,小便斗感应器采用微电脑控制,冲洗程序、冲洗时间和感应距离均可调整,是目前国内比较先进的智能化产品。

4 应用红外线感应器的原理进行故障分析

4.1 感应器有感应不出水

红外线感应器有感应,感应器的指示灯亮,但是,电磁阀没有打开,阀门不出水。出现这种故障的原因可能有3种:一是电磁阀内置的过滤网被砂石等杂物堵塞。拆开电磁阀内部进行清洗,然后再原样装回。二是如果清洗过滤网之后,电磁阀的阀芯还没有工作(开启和开闭)的声音,说明双稳态电磁阀内部线圈阻力增加,弹簧弹力不够,弹簧失效损坏,更换电磁阀线圈即可。三是如果上述两种原因都不是,则可能是双稳态电磁阀的4个驱动三极管损坏。可用万用表测量双稳态电磁阀的4个驱动三极管的各项参数指标是否正确,然后把检测出损坏的驱动三极管更换即可。

4.2 感应器没感应常流水

红外线感应器没有接受感应,指示灯没亮。但是阀门常开,流水不断。出现这种故障的原因也可能有3种:其一可能是电源出了问题,检查电源是否接的正常。其二如果电源接的正常,感应感应器,指示灯仍不亮,则可能是发射二极管VD1损坏或是有物体堵塞了二极管发射出的红外线。其三前面两种原因都不是时,可能是双稳态电磁阀内部的磁铁失效,磁力不够,电磁阀不能紧密吸合,则打开电磁阀,更换电磁阀内部的磁铁即可。

4.3 感应器有感应常流水

红外线感应器有感应,指示灯亮着,水流不断。出现这种情况时,首先要检查进水处是否有杂质堵塞,如果没有就用手感应,仔细听电磁阀阀芯是否工作(有开启和关闭的声音)。或者是双稳态电磁阀损坏失控造成,此时检查双稳态电磁阀的4个驱动三极管是损坏,还是电磁阀内部的磁铁失效,然后有针对性地更换。

4.4 造成其他故障的原因

如果小便器与进水管连接不紧密,会有漏水的可能。如果小便器与法兰盘连接不正确,也会有漏水的可能。

5 生产指导

5.1 红外线感应器的分类及优缺点

红外线感应器自动控制系统材料有整体式的,也有分体式的。整体式的红外线感应器自动控制系统使用寿命长,不容易损坏,如TOTO品牌产品,一般质量好,价格高,但更换维修成本也比较高;分体式的红外线感应器自动控制系统,损坏率较整体式的红外线感应器偏高,坏了以后,需要维修人员进行故障分析,有针对性地更换其中的零部件。并且,对一些场所替换下来的零部件还可以进行再次拆解,实现再次使用。

5.2 红外线感应器的选择

据调查,太原火车站第一、第三候车大厅使用的是米奇牌红外线感应器;第二、第四候车大厅使用的是箭牌红外线感应器。这两种产品虽然都属于分体式的,但是这两种产品的商家,只卖整件,不卖配件,红外线感应器出现问题时,还得整体更换,维修成本还是居高不下。如果把现在使用的品牌更换成可以买到零部件的品牌(如卓美卫浴),在红外线感应器损坏时,维修技术人员就可以利用工作原理分析故障原因,在小范围内更换个别零部件,这样就会降低维修成本。要想降低成本,还必须要求房建维修职工认真学习红外线感应器自动控制系统的专业技术知识,提高专业的维修技能责任感,在鱼目混珠的商品供应市场,应慎重选择新材料感应器,既便于维修,又有利于节省开支。

6 结束语

红外线自动感应器是自动控制系统中重要的一支,红外线自动感应器从它的设计,制造到使用都具有现代新技术的重要特征,笔者着重阐述的是自动洗面器和小便斗红外线感应器,因其具有独特的节水、省电、卫生的特点,已广泛融入现代公共场所和公共设施中,而且越来越受到人们青睐和喜爱,再加上舒适方便、安装简单、外形美观等优点,在房建设备中也已经得到人们广泛的认同和应用。相信随着现代科学技术的不断进步和发展,红外线自动感应系统的一系列产品的发展会进一步完善,应用越来越普遍,市场越来越广阔,前景越来越美好。

参考文献

[1]王国栋.大学物理学[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]吴国祯.分子振动光谱学原理与研究[M].北京:清华大学出版社,2002.

红外感应器论文 第2篇

摘要：红外微电脑自动泵液晶是21世纪一个实用的全新的小家电产品。它采用红外技术感应人手，由单片机控制出液量，具有抗干扰能力强、无误操作、省电节能等特点。

关键词：红外 泵液晶 单片机

随着许多日用新产品的出现，人们的生活水平和生活质量不断提高，同时，也逐渐改变了人们传统的生活方式。如液体香皂改变了人们用传统香皂洗手、洗澡、洗脸、洗碗的习惯。液体香皂可高效、安全去除和抑制95%以上有害细菌，特别适合医院和其他经常接触细菌源的.行业人员，如银行及证券公司等有台工作人员。强力去污型可有效去除皮肤表层之重油污，并有除菌抗菌之效用，对皮肤无伤害，最适用于经常接触重油污的油田、煤矿、机修等工作人员手部肌肤的清洁养护。现在，各种清洁爽肤、营养滋润、强力除菌抗菌、强力去污、草本精华系列的液体香皂遍布各大超市、商场。然而，在使用过程中，人们仍无法告别瓶瓶罐罐、用油乎乎的手倒洗洁精的烦恼。为此，市面上出现了许多手动泵液晶和红外线泵液器，但其价格较贵，主要用于星级酒店、宾馆。

我们设计了一种红外微电脑自动泵液器，不同于以往所见到的所有的给液器。即插好用是该产品的主要特点和优点，安装无需打孔破坏墙面，补液无需灌装，杜绝了液体的二次污染，使用无接触，更卫生、方便，是取代传统香皂及其它瓶装、泵装洗护产品的时尚而经济的选择。它由单片机控制，可设定出液量，具有抗干扰能力强、无误操作、低压报警、省电节能、价格便宜等特点。不仅仅选用于家庭，也适用于公共单位：医院、银行、政府机构、学校等。

(本网网收集整理)

1 硬件设计

本设计采用Microchip PIC16C54单片机，选用南通光电器件厂GR40101红外发射二极管和GD1611硅PIN型光敏二极管作为红外发射和接收器件，舟山海山电器有限公司生产的微型电机QDB-30-3.0作为泵液晶驱动。系统采用单键模式完成暂停、设定泵液量等功能。电路采用节电方式设计，待机电流小于100μA，并可提供微型电机所需的500mA负载电流，可监测电池电压，欠压报警。系统原理如图1所示。

图中TX(红外发射管)、R1、R5、Q4组成红外发射电路，单片机RA1口输出一定频率的脉冲控制三极管Q4的通断，从而控制红外发射管TX的发射频率。由单片机RA3口为发射电路提供电源，是为了节能。当RA1口将要发射脉冲时，RA3口置高，发射电路加电。RX(红外接收管)、R2、R11、R12、R13、R16、Q6、C3组成红外接收电路，RX接收红外脉冲，整形后由Q6放大。接收电路必须严格控制放大倍数，确保红外反射接收距离在10cm左右。接收电路电源由单片机RB1口提供，在发射脉冲后，将RB1口置高。R6、R7、R8、Q3组成电池电压监测电路，当电源电压降到一定值时，Q3截止，单片机RB3口为高电平，欠压报警。D2、D3、R9、R10、Q1、Q5组成电机供电电路，提供微型电机所需的3V电压、500mA负载电流，当需驱动电机泵液时，由单片机RB2口输出低电平，Q发射极为电机供电。D1、C4、Q2、R3组成电机控制电路，泵液时先为电机供电，然后单片机RA2口输出高电平驱动电机运转。LED为工作状态指示灯，单一按键SW为多功能键，可完成设定泵液量、暂停、手动泵液等功能。

2 软件设计

本电路硬件设计通过控制各单元电路供电达到节能的目的，软件上利用PIC单片机的休眼、看门狗溢出唤醒特性以及对发射脉冲个数的控制进一步降低能耗，使其待机电流小于100μA，4节4号碱性电池可提供15 000次以上的使用次数或200天以上的使用时间。程序流程如图2所示。

程序开始先对单片机各端口初始化，并设置好看门狗溢出时间，程序工作一个周期后，自动进入休眠模式，由看门狗溢出唤醒单片机进入下一周期。进入一个工作周期前，首先判断是电池上电第1次工作，还是看门狗溢出唤醒单片机。如果是电池上电第1次工作，指示灯应给出指示，并对泵液量进行设定。进入工作周期后要判断按键是否按下，若按下按键，则判断是手动泵液还是暂停泵液器工作，这两者靠按键时间长短决定。

红外收发程序对提高泵液器抗干扰能力、降低泵液器能耗起着关键作用。经过实验选定一个发射脉冲频率使其对外界光干扰不敏感。为了最大限度地降低能耗，程序对发射脉冲的个数和方法进行设计，先发2个试探脉冲，若接收到，则按选定频率连续发60个脉冲，然后判断接收方收到的脉冲数是否在允许的范围内，是则泵液，否则进入休眠模式;若接收方未收到试探脉冲，则直接进入休眠模式。每次泵液器工作后，都检查电池电压，若发现电压低，立即由指示灯给出报警，提示更换电池。

3 系统特点

我们设计的红外感应泵液器与同类产品相比，有以下优势：紧凑、精密集成电路设计，成本低、耗电省，4节5号碱性电池可提供15 000次以上的使用次数或200天以上的待机时间;抗干扰能力强，无误操作;采用可拆卸式磁控阀门，无泄漏，便于清洗;采用高科技粘贴技术，方便实用，无需打孔固定;即插即用液体瓶技术，补液无需灌装，杜绝了液体的二

红外感应节能电梯 第3篇

关键词：热力发电技术,全自动,红外感应节能电梯

1 研究背景及意义

现今社会, 一些大型娱乐、服务场所的自动电梯在无人乘坐的情况下仍会不停歇的运转, 而且用来制动的能量来自于热力发电, 这不仅消耗了大量的不可再生的化石能源, 而且对环境造成了不可估量的污染, 是社会的一大浪费。此红外线节能电梯利用红外线传感技术, 实现对电梯的“智能化”管理, 同时在用来制动的能量来源上进行改革, 采用光伏发电技术, 减少环境污染, 达到节能减排的目的。

2 关键性技术描述

与传统的电梯运作模式相比较而言, 该红外感应节能电梯在制动原理上进行了大胆革新。首先, 它一改当前电梯的运作模式, 采用红外线感应技术, 确保了只有在有人需要乘坐电梯时才会启动装置, 电梯才会运行。同时, 在提供制动的能量来源上进行了创新。此装置利用光伏发电技术, 采集太阳光, 并且将太阳光通过光伏发电技术转化为能量以供电梯制动所用。该产品最大的特点就是将节能减排与生物反应和物理机理巧妙的结合在了一起。且此系统能做到“零排放”, 对环境没有任何污染, 同时还可以缓解由于化石能源紧缺所带来的生存压力。真正实现了节能减排, 为环境友好型社会的构建增添了自己的微薄之力。

3 系统的主要部分

3.1 传感器电路部分

利用人体热释红外检测模块的传感器, 设定它的有效传感距离为一米。我们将该传感器安置在自动电梯的两端。当人与电梯的距离在1米以内时, 电梯两端所安置的人体红外检测模块的传感器就会对人体发出的红外线进行感应, 当人在此距离内停留的时间大于10秒时, 则该传感器就会将有人乘坐电梯的信号传给制动的装置, 装置输出高电平, 带动电梯运转。

3.2 光伏发电系统部分

红外感应节能电梯在能量来源上也进行了创新, 采用光伏发电技术来替代传统的热力发电技术, 目前, 能源短缺已成为了不争的事实。尽快地寻找一种环境友好型能源已成为一个社会焦点问题。目前太阳能技术已日益成熟, 我们可以将这种技术应用到电梯中去, 从用来制动的能量来源上进行优化。从而减少化石能源的了利用。此技术取代了传统的热力发电技术应用新型能源, 大大节约了化石能源的消耗, 达到节能减排的目的。

4 产品应用的解释

(1) 进出口处设红外线探头, 使用人靠近端口时, 电梯自动启动全速运行;进出口处探头一段时间没有感应信号, 表示梯上已无人, 电梯停止, 进入待命状态, 直至有人靠近再重新启动。这种模式, 在无人乘坐时电梯自动停止, 节省电力, 同时也减少机器磨损, 主要是用于人流很不均匀, 电梯空载率较高的场所。

(2) 进出口处设红外线探头, 安装电机交流变频装置.电梯开启后一段时间无人乘坐时, 电梯变降频慢速运行;有人进入入口时, 电梯快速进入全速运行状态;进口和出口处探头一段时间没有感应信号, 表示梯上已无人, 电梯重新进入变频运行状态。这种方式适合人流稍多, 无需安全停机的场合。

(3) 对于人流不均后人流很少的场合, 因为节能效果要大打折扣, 而且减小机械磨损小过亦不理想。由于电梯始终处于全速或慢速运行状态, 给使用人以明显直观的方向提示, 辅以导向箭头等, 一般也就不至于产生由于节能改造而带来明显的安全问题, 所以这种电梯将会正常运行, 减少安全事故的发生。

5 创新点及应用

红外感应节能电梯灵敏度高、运行可靠、应用广泛, 适与推广。本设计首次将人体红外感应系统、光伏发电系统与节能型电梯运行相结合。当乘客靠近电梯时, 电梯就会感应到人体发出的红外线, 并接受启动信号。与此同时, 电梯接受自然光, 利用光伏发发电系统实现对能量来源的优化。

此技术也应用了太阳能。当下, 利用太阳能作为一种新型能源来替代当今的化石能源, 已成为一种潮流。同时它绿色无污染, 是一种比较理想的能源。

红外感应节能电梯主要应用与一些大型的娱乐场所、餐厅、商场、宾馆等人流不均匀的场所。这样不仅会为商家金额约一定的成本, 同时也保护了环境, 达到了节能减排的目的。

6 意义

该系统可以实现“智能化”管理电梯。当行人欲乘坐电梯接近电梯时, 通过人体红外感应系统, 使电梯接受启动信号, 同时利用光伏发电技术来对电梯实现制动。当乘客离开电梯时, 同样利用人体红外感应系统使电梯停止运转。这有效的减少了电梯的运转时间, 从而达到节约能源的目的。

采用光伏发电技术来替代传统的热力发电技术, 在大型娱乐场所的建筑物的楼顶上安装太阳能发电系统, 采用光伏发电技术, 对场所内的耗电装置提供太阳能。此技术取代了传统的热力发电, 应用新型能源, 大大节约了化石能源, 并达到了减排的目的。

该系统利用的是人体热释红外检测装置, 我们设定它的有效传感距离为一米, 将该传感器安置在自动电梯的两端。当人站在自动电梯的上面时, 传感器探测到人体红外光谱自动持续输出高电平, 带动电梯运转, 人离开后, 开关延时自动关闭负载, 停止运转。现在人体红外感系统日趋成熟, 已利用在很多领域, 该技术的成熟性保证了电梯的有效运转。它将为我们的社会实行可持续发展做出巨大的贡献。

参考文献

[1]郑苇.扶手电梯自动感应节能改造中的技术方案优化[J].今日科苑, 2009 (03) .

[2]宁波.电梯节能技术推广及应用[J].节能, 2010 (04) .

[3]温武, 古鹏.红外感应式智能开关控制系统的设计和实现[J].科技信息, 2010 (05) .

[4]梁爱国, 赵广立, 吕文斌.关于电梯节能问题的探讨[J].大众标准化, 2009 (05) .

红外线人体感应控制语音系统的研究 第4篇

近年来,智能家居系统迅速发展,各式各样的控制产品层出不穷。如一些公共场所的自动门等红外线人体感应单片机控制语音留言系统与之相似,并具有两大特点:一是从节能的角度考虑,可用于室内的灯等用电器自动断电保护装置上,当人们出门时,用电器自动断电;二是能够判断人进出的方向性。同时受到电话留言的启发,本系统在解决识别人进出的问题基础上扩展了语音留言提示功能,适用于办公室或家庭等的普通门上,对单个人进出的情况进行识别和分析。

1 总体设计

系统设计的关键在于如何对感应产生的信号进行分析和判断,也就是方向性的识别,即人的进出。它是通过对两个红外线人体感应模块A和B采集信号的时间差来实现的,如图1所示。在房间的门里装传感器A,在门外装传感器B。当有人经过时,A先产生感应信号,B后产生感应信号,表示人出;反之,若B先感应信号,A后感应信号,表示人进。同时,系统采用模块化设计,可大大简化硬件电路,并能保证结构的完整性。

2 硬件电路设计

电路整体分为传感器模块,控制模块AT89C51,语音留言模块三部分,如图1所示。各模块功能介绍如下。

2.1 红外线人体感应模块

利用红外线在测试温度和位移方面的应用所设计的。当人体进入检测范围时,测试的温度和位移同时发生变化,此时模块就会发出信号,即1～2的高电平(5 V),见图2。单片机就是对该信号进行判断和处理。该模块具有以下功能:

(1)可选全天候工作,也可选仅在某一时间段工作。

(2)随机延时选择、固定延时选择。

(3)当感应到被测信号时传感器输出高电平,平时保持低电平。电路连接如图2所示。

2.2 控制模块

选用AT89C51单片机,内有4 KB的Flash闪存,128字节的内部RAM,2个16位定时器/计数器,6个中断源,片内时钟振荡器。它对两个传感器的信号进行扫描,判断,记数,并将记数结果通过LED数码管显示,即显示出室内的人数。 当最后一人走出房间时,便给语音模块发出指令,通过语音模块实现语音提醒功能。

2.3 语音模块

由于语音模块属系统的执行元件,实现留言和提醒人做事的功能。它只需10～30 s内短暂录音并且可随时播放。而ISD10、20 s录放模块抗断电语音录放模块广泛用于各种留言、语音报警及提示装置。能够在电源断开的情况下,长期保存信息,又能随意进行录入,完全满足本系统的设计要求。当按住录音键(即REC保持低电平),电路开始录音,LED灯亮。松开REC后,录音结束,电路自动在内部设置段结束标志,然后进入节电状态。 若存储器录满,录音自动结束。放音可采用边沿或电平触发,每放完一段,LED灯闪亮一下(约15 ms)。如图3所示:

2.4 电源设计

由于红外线感应模块所需电源为6 V,语音模块的工作电压为4.5～6.5 V,而单片机控制系统所需电源为5 V,为了使本系统结构紧凑,采用三端固定集成稳压器,型号为MC78L05C,外接三个管脚1,2,3,分别为输出、接地、输入。如图4所示。

2.5 功率放大应用电路

由于语音模块内部已含有功率放大电路,但根据实际系统使用的场所不同,若需进一步放大录音播放的音量,可选用LM386、D2283、D2822等功率放大器。声音信号由SP+或SP-通过电容耦合输入,SP+或SP-不用的一端必须悬空,不能接地。使用LM386作放大器的连线如图5。

3 软件设计

由于系统的核心控制元件是AT89C51单片机,所以程序设计采用汇编语言。其程序结构分为扫描检测,记数显示,控制录放音三个模块。扫描检测程序为主程序,是对传感器信号的采集,并进行分析和判断。红外线人体感应模块的信号输出端与单片机的P1口连接,单片机通过对P1口的扫描来分析判断室内人员的进出。另外,对语音模块的控制也要用到P1口,即P1.2,常态下处于高电位。检测程序的工作状态如表1所示。

记数显示子程序是对采集到的信号进行累加并用LED数码管显示。语音控制子程序的工作过程为:单片机上的P1.2口与语音模块的播放键相连,控制开关。当最后一个人离开时,P1.2口发出一个信号控制播放,由于模块录音时间为20 ms,所以有一段延时程序,20 ms后系统使开关置位。方法如图6。

整个程序流程如图7所示。

4 结束语

本系统在实验室等公共场所的门上进行调试,测试结果成功,验证了对人体运动方向识别设计的正确性。它不仅可用于智能家居的监控系统,也可用于工程生产等领域,解决一些实际问题,为智能监控提供了一种设计方法。另外,现在许多公共场所的节能灯多使用声控系统,需要人为的发出响声。若能用本系统改为感应灯,就更加方便了。

参考文献

[1]胡健,刘玉宾,朱焕立.单片机原理及接口技术实践教程.北京:机械工业出版社,2004

[2]李钟实.实用电子报警器精选百例.北京:科学技术文献出版社,2002

[3]韩江洪.智能家居系统与技术.合肥:合肥工业大学出版社,2005

红外感应器论文 第5篇

目前, 全球范围都在提倡低碳地球, 节能减排, 然而在日常生活中, 浪费电能的现象经常发生, 根据国际经济合作组织的一项调查称, 各国因待机而消耗的能量约占能耗总数的3%~13%。目前我国城市家庭及办公场合的平均待机能耗已经占到了总能耗的10%左右。待机能耗像一只隐形的吸血虫, 在浪费能源的同时形成了巨大的环保压力。如何提高电力资源的利用率, 对于社会的发展起着举足轻重的作用, 必须引起高度重视[1]。

为了节约电能, 节能插座应用而生。它是现在最有效的节能产品之一, 可以主动切断电器电源降低待机能耗。目前, 市场上的节能插座主要有:按钮开关和遥控器控制两种形式。以上两种设备都需要人为的控制插座的开启与关闭, 给使用带来不便。随着自动技术不断发展, 出现使用热释电红外传感器制作的节能插座[2]。本文研究了一种智能节能插座的控制方法, 达到节能和远距离控制的双重目的。

1 智能型节能插座设计思路

该插座主要应用于办公场所, 其主要控制对象是电脑。显示器、打印机、音箱等周边设备, 在电脑主机使用时才会使用, 主机关闭或待机之后被闲置。因此插座采用“主副控”形式, 排插孔位分为主机孔、受控孔、常用孔。使用时主机 (电脑或其他设备) 连接到主机孔, 周边设备连接在受控孔。主机启动之后, 采集信号检测到主机的功率变大, 则延时接通受控孔电源, 周边设备被启用;主机关闭或待机之后, 采集信号检测到主机的功率下降到阈值, 则会延时关闭受控孔电源, 周边设备断电。

2 系统构成

智能插座的结构主要包括几个部分:电能采集模块、核心控制器、继电器通断控制、红外热感应信号检测模块、电能变换模块。

根据上述指导思想控制电路原理框图如图1所示。

2.1 电能采集模块

通过电流互感器将一次系统的大电流变换成二次系统的小电流, 正确反映电气设备的运行电流参数, 作为判断主控电路是否工作的依据。在理想情况下, 即忽略线圈的电阻, 铁心损耗及漏磁通可得:I1N1=I2N2有:I1/I2=N2/N1, 即线圈的匝数与电流成反比。根据插座额定电流选择10A/1A的互感器进行电流信号采集。

2.2 核心控制系统

系统核心控制采用PIC16F1783单片机, 该单片机具有硬件结构简单, 内部的资源丰富, 抗干扰能力强, 低功耗、高性能, 性价比高等特点, 其内部具有的高速SPI通信端口, 反复快速擦写的FLASH, 10位A/D转换通道, 256KB容量的EEROM, 512KB的RAM能够满足系统设计要求。

2.3 继电器通断控制

主副插孔及控制电路电源的通断控制均采用欧姆龙G6M-1A-5VDC其线圈电压5V额定电流5A触点电压250V主要特点: (1) 抗干扰能力强; (2) 可直接由单片机输出口驱动; (3) 具备独立带载能力; (4) 继电器寿命长可连续吸合10万次; (5) 体积小适合密集安装。

2.4 红外热感应信号检测模块

智能插座的通断电控制利用热释电红外线传感器RE200B检测被测区域是否有人员在场, 以此判断是否对插座实施通断控制达到节能的目的。

热释电红外线传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件, 是由一种高热电系数的材料制成。由探测元件将探测并检测出人体的红外辐射能量的变化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BISS0001为核心的调理电路对传感器输出的电压信号进行放大和滤波, 以便送给单片机进行处理[3,4]。其工作原理图如图2所示。

RE200B正常工作电压为直流3-10V;信号输出电压最小值2.5V, 典型值4V;噪声输出电压最大250m V, 典型值90m V, 频率响应0.3Hz-3Hz, 增益±10Bb。该传感器探测的最大广角为180度, 感应距离约为7-8m[5]。能够满足对室内人员的检测要求, 同时为了保证检测准确率避免干扰可加装干涉滤光片, 准确检测人体特有红外光谱 (红外线的波长在7.0-14m之间) 。

2.5 电能变换模块

电能变换电路选用HLK-PM01电源模块将220V市电变换成控制电路所需的5V其特点是:体积小、低纹波、低噪声、效率高、功率密度大。

3 软件设计

控制软件的设计从实用的角度出发并兼顾系统稳定性的要求。系统设定了上电自检环节。红外节能开关插座初次上电先进行开机上电自检测, 检测通过后启动A/D转换, 检测回路电流根据电流及人员情况决定程序执行结果。其程序流程图如图3所示, 当红外线传感器检测到人员离开且电流互感器检测到电路电流低于阀值, 则延时切断电源从而达到节约待机能耗的目的。

4 总结

感应式智能插座的诞生, 能有效地减少待机能耗, 操作方便又节能, 据统计单台电脑+显示器的年待机消耗为53.6k W/h, 打印机的年待机消耗为78.5k W/h, 假设某写字楼有10台电脑3台打印机办公室100间, 均采用节能插座则一年可节约电能约为7万千瓦/时。为了扩大其适用范围应在带载能力和抗干扰能力上不断加强。同时为了更好地发挥插座的节能作用可与电脑待机检测软件结合使用, 即通过软件检测电脑是否长时间无人使用, 若判断成立则利用软件将电脑关闭, 防止人员忘记关机, 插座不能及时断电。

摘要：智能型节能插座应用于办公场所的电脑待机节能控制。插座可在人员离开后, 自动关闭电源。其原理是, 利用红外热感应和电流闭环反馈控制, 检测电脑是否关闭, 若“关闭”, 则切断附带设备 (打印机等) 电源, 最后彻底切断电脑电源;当人员返回, 被红外热感应器感知后, 热感应器控制电脑电源接通, 电脑启动, 控制电路再控制附带设备电源接通, 从而减少待机耗电, 实现节能。

关键词：智能型节能插座,热释电传感器,PIC单片机

参考文献

[1]张丽艳, 金卫国, 胡红林.远距离无线控制节能插座系统的开发[J].邢台学院学报, 2012, 27 (02) :186-187.

[2]张晓杰, 姜同敏, 王栋.红外遥控节能开关插座的设计定型[J].现代电子技术, 2010, 33 (11) :187-192.

[3]黄法, 孔秀华.基于PIC16F873单片机的步进电机控制系统[J].现代电子技术, 2009 (12) :175-178.

[4]王军敏, 卫亚博.基于AT89S51和RE200B的教室照明节能控制系统设计[J].平顶山学院学报, 2013, 28 (02) :36-38.

红外感应器论文 第6篇

红外感应自动水龙头是一项包含在建筑节能这个大概念中的科技产品,发达国家已经有经验表明,建筑能耗总量约占社会总能耗的三分之一,最终将超越工业、交通等其它行业居于社会能源消耗的首位。建筑节能有利于促进科技进步,拉动内需,带动产业化发展。实施建筑节能,既能产生强大的能源环境效益,而且有着巨大的经济效益和社会效益,并潜在巨大的商机。同理对于其中的一个部分也是适用的,所以我们可以说红外感应自动水龙头的市场是巨大的,并且我们也 是本着创造经济利益和促进科技进步的目的来研究红外感应自动水龙头。现在市场的红外线水龙头都是开关量,只有开关两种状态[1],我们设计的是可以根据手的距离改变水的流量,更符合节能的标准。

1 系统工作原理

采用SHARP红外线测距传感器作为人手距离水龙头距离的检测元件[2],其工作原理是利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理,进行障碍物远近的检测。红外线测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管,发射管发射特定频率的红外信号,接收管接收这种频率的红外信号,当红外线的检测方向遇到障碍物时,红外信号反射回来被接收管接收,经过处理之后,通过数字传感器接口返回到单片机中[3]。用此类传感器简化了硬件设计,节约了开发和生产成本,另外采用此类传感器编程简单,易于修改。

在进行距离检测时,红外线测距传感器检测到人伸手的位置,并在输出端输出对应的电压信号,由于STC系列的单片机内部自带A/D转换[4],所以可以直接将传感器输出的电压信号进行分析,并作出相应的处理。图1是红外线测距传感器输出曲线图。从图中来看,在10～50 cm之间时,随着距离的增加,输出电压的减小近似线性,所以我们在程序中将设定其工作范围为10～50 cm,除此范围之外的检测信号均为无效,这样既可以减小检测误差,又提高了水龙头的工作动作的精确度。

输出装置采用HD-1501MG系列的舵机,其体型较小但失速转矩为17 kgcm,其工作原理是控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片,获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路,产生周期为20 ms,宽度为1.5 ms的基准信号,将获得的直流偏置电压和电位器的电压比较,获得电压差输出。最后,电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为0,电机停止转动。舵机的控制信号也就是PWM信号,利用占空比的变化改变舵机的位置[5]。

2 系统硬件设计

红外线感应自动水龙头系统的硬件设计主要由单片机主控、路径信息采集模块(红外线测距传感器)、舵机、电源模块和接口扩展等模块组成,如图2所示[6]。选用STC12C5608AD单片机,该系列芯片平时较为常用而且编程简单[7],经济实惠。

3 模糊PID控制的算法理论

PID是比例(proportion)积分(integral)微分(derivative)控制的一种算法。任何闭环控制系统的首要任务就是要稳定、快速、准确地去响应命令。实验中,为了使舵机能快速、稳定的旋转到所需的位置,而PID控制因其成熟[8,9],容易实现,并且具有可消除稳态误差的优点,在大多数的情况下可以满足系统性能的要求,但它的性能取决于参数的稳定情况。而模糊控制在保持较小的超调量和快速性方面有着很大的自身优势,但其理论并不太完善,算法复杂,控制过程会存在一定的稳态误差[10]。所以将模糊控制算法引入到舵机的控制系统构成了智能模糊PID控制系统,利用模糊控制的规则自适应在线去修改PID参数,构成模糊自整定,通过控制舵机的旋转角度,以最短的时间完成角度的调节,借此提高其控制效率。

基于模糊PID控制算法[11],以单片机为主体,构成一个能处理较复杂数据和控制功能的智能控制器。该控制器控制精度高,具有较高的灵活性和可靠性。

模糊自整定PID算法程序的总流程为:首先模糊整定,然后就可以根据误差和误差变化率来对PID的3个参数进行在线的调整,把经过模糊调整后的PID参数作为最终的控制参数来进行PID控制(见图3)。

在以计算机为核心的离散性控制系统中,PID控制利用差分方程表示,即

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式中 u(k)第k次采样时的输出;

e(k)第k次采样时的偏差;

T采样间隔。

在公式(1)中,令

Ki=Kp/Ti

Kd=Kp/Td

Δe(k)=e(k)-e(k-1)

则有

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公式(2)被称为数字PID控制器的位置式算式。其输出的控制量u(k)对应于系统输出Y(位置),是全量输出。系统框图如图(4)。

由于公式(2)的第二项计算过于复杂,一般采用增量式的PID算式。即

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增量式的算法只输出控制量的增量Δu(k)。在实际控制算法中,采用公式(3)进行PID的调节。

u0(n)=KpE(n)+Ki[E(n)+E(n-1)++E(0)]+Kd[E(n)-E(n-1)](4)

第n次的输出u0(n)等于第n次比例项与0到n次积分项的和与第[n-(n-1)]次的微分项的总和。

在红外线自动水龙头系统中,通过使用Matlab中simulink 模块对系统进行仿真[12],系统为随动系统,人手距离水龙头的距离为输入信号,舵机转动的角度即阀门开启的大小为输出信号,根据模糊PID理论,对所用参数进行调整得到如图(5)所示的“舵机角度人手与水龙头距离曲线”。通过曲线可以看出,当距离小于20 cm时,舵机调度为0°;当在20～50 cm时,与图(1)中红外线输出的电压信号相反,随着距离增加,水龙头角度增加即开度变大至90°;当距离大于50 cm时,手不在考虑范围内,所以角度变为零,水龙头关闭。通过仿真更直观清晰的观察水龙头的转动特性。

由此我们可知,根据单片机检测到的红外线测距传感器的信号进行分析,通过PID控制其角度[13],可以使舵机快速稳定的转到我们所需要的角度,然后达到预期的目的[14]。为此我们根据要求我们做了一个水龙头进行试验,如图(6)所示,从自动水龙头控制的实际效果来看,具有较好的动态特性、比较理想的稳态品质和系统的抗干扰能力增强等优点。同时针对于市场上出现的问题也将会做更好改善和提高[15]。

4 结论

流量可控式红外线感应自动水龙头控制模块设计,采用单片机通过红外线检测到的信号来控制舵机旋转带动水龙头开关,并采用模糊PID控制算法,在常规PID控制的基础上加以模糊调整,并针对不同的位置采取相应的控制。模糊PID算法可以不需要精确的数学模型,使系统具有模糊控制的灵活性和适应性强的优点,又具有PID控制精度高的优势。在节能方面具有较大的优势和使用价值。

摘要：本文介绍了一种流量可控式红外线感应自动水龙头控制模块设计方法。该方法采用了SHARP红外线测距传感器进行人手位置的检测,然后通过STC12C5608AD单片机内部A/D转换模块进行信号处理,提高了数据采集的精度,同时有效的消除由于传感器自身或者放大电路等所引起的误差,然后通过模糊PID控制算法理论控制外部舵机的转动,从而达到控制水龙头的目的。这种方法设计简单,易于编程,同时可以解决现在市场上现有水龙头反应不灵敏,浪费水资源等问题。

红外感应器论文 第7篇

本文通过传感器对有红外辐射的信号进行采集,再用CS9803GP进行信号处理,其外围器件很少,节约了空间和成本及调试时间,提高整机可靠胜。

1 数据采集模块

红外信号采集模块采用红外传感器PIR,采用菲涅尔透镜原理,专门用来与热释电红外传感器配套使用。该传感器由经过特殊设计的透镜组构成,镜片(0.5mm厚)表面刻录了一圈圈由小到大,向外由浅至深的同心圆,从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大,焦距远;圆环线刻录的深感应距离远,焦距近。红外光线越是靠进同心环光线越集中而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区,同心环之间组成一个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大;镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小,区段数量少被感应人体移动幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错,减少区段之间的盲区。区与区之间,段与段之间,区段之间形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约,垂直和水平感应角度有限,镜片面积也有限。每个透镜单元都只有一个不大的视场,相邻两个单元透镜的视场即不连续也不重叠,都相隔一个盲区。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,人在透镜前运动时,顺次从某一单元透镜视场进入又退出,投射信号会出现一个接一个的断续信号,但是热源信号始终都是集中在透镜中部的,将连续的热源信号变成断续的辐射信号,红外光正好被探头接收,探头将光信号变成电信号传递给CS9803GP。

2 CS9803GP介绍

一款最少元件的热释感应CS9803GP采用CMOS工艺制造,外围元器件少,功耗低,内有噪声抑制电路,工作可靠性强。仅需几只贴片电阻电容便可实现人体远距离感应功能,采用8脚封装,可以将体积做到比指头还小的微型产品,价格低廉,采用宽电压设计,可工作于3～15V之间,感应距离0～10m,工作电流1mA ,外接有硫化镉(CDS)传感器,白天抑制输出,输出可驱动继电器或可控硅,内置两级运放,增益可调,控制时间可调,内置稳压输出3.1V直接驱动PIR,有两种输出信号,可驱动双向可控硅或继电器,集成过零检测,交流电源同步触发,降低电源污染。内部结构如图1所示:

3 信号处理模块设计及实现

PIR感测信号经二级放大,再经窗口电压比较判断是否有触发,有则输出高电平。此时计时器受控开始计时,进入延时状态,当PIR检测信号时间大于768T(时钟周期)时,才输出高电平,以防止误触发,内部输出控制器相当于一个与门的功能,只有当光敏电阻CDS检测。计时输出及过零检测出同时为高电平时,才会输出正脉冲,控制可控硅动作。光敏元件硫化镉CDS接内部施密特触发器,白天CDS阻值低,施密特输出低,抑止输出,天暗相反,当PIR工作,CDS不工作,即CS9803GP的9脚检测到CDS为输出低电平,如图2硬件电路所示。由于CS9803GP过零检测的作用给一个标准的起点是过零电压,当1.2.3脚同时为高电平,11脚输出正脉冲,控制外围电路工作。CS9803GP的8脚TCI为定时时钟,6脚TB为系统时钟,时间设定均为:F=(1±0.2)/1.1RC。FUSE为过流保护器。

4 结束语

人体在开关的感应范围有微小的动作即能使负载持续工作。当人体静止不动超出延时时间,开关将自动关闭,人体一动又自动开启负载。由于电路采用过零技术,常通断,对负载影响不大,白天安装此开关,灯泡会闪亮三次后熄灭,表示初始化结束,进入正常监控状态。

晚上安装此开关负载即时工作,人离天后自动延时关闭负载。电路简单,是替代触摸、声控开关的理想产品。

摘要：信号检测装置采用红外传感器,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,自动开启负载,人不离开且在活动,负载持续工作,直至人离开后延时关闭负载,并给出了其完整的硬件电路设计方案与实现方法,其使用性非常好。

关键词：CS9803GP,菲涅尔透镜,红外信号

参考文献

[1]基于热释电红外传感器的无线监控报警系统设计[J].今日电子,2001(9).

[2]基于热释电传感器p7187的人体测温仪的设计[J].现代电子技术,2008(1).

[3]基于单片机AT89C51的单户可视对讲门铃室内分机的设计[J].微计算机信息,2004(10).

[4]王港元.电子技能基础[M].成都:成都科技大学出版社,1999.