红外线感应器（精选7篇）
红外线感应器 篇1
摘要：将人体红外线传感器应用于各类显示屏中, 研发一种新型的人体感应显示屏。在使用过程中, 可以预先设定显示屏的感应距离, 如果人体靠近显示屏超过设定的距离, 显示屏就自动关闭;如果离开显示屏超过设定的距离, 显示屏自动开启。
关键词：人体红外线传感器,显示屏,自动控制
1 问题的提出
一方面, 随着E时代的到来, 网络普遍使用在办公、生活等多个领域。无论是学习、工作还是娱乐都离不开电脑, 正确使用电脑的方法应该是眼睛与显示屏保持60厘米的距离, 而使用者一般都忽视这个问题, 久而久之影响视力;同样, 现在几乎家家户户都有电视机, 科学的看电视应该是眼睛与电视机的距离是电视对角线的5到7倍, 最佳距离是2.5米到8米。但是, 使用者一般都忽略了这个问题。尤其是青少年儿童, 一旦遇到自己喜欢看的儿童片时, 往往会情不自禁的越来越靠近电视机, 恨不得直接坐在电视机前面。长此以往, 视力的下降问题日趋严重[1]。
另一方面, 随着物联网技术的发展, 传感器的应用日趋广泛, 如在工业自动化、环保、汽车工业、化工、医疗、大气和海洋测量等国民经济各个领域。在日常生活中也有广泛的应用, 如人体感光开关、路灯控制器、家用燃气报警器等等。
我们可以由这些日常感应家电为依据, 将人体红外线感应器应用于电脑或者电视显示屏中, 研发出新型的人体红外线感应显示屏, 以此来监督我们健康合理的使用电脑或者电视, 保护我们的视力。
2 人体红外线感应器原理
人体红外线感应器是根据红外线反射的原理研制而成的, 属于一种智能节水、节能设备, 也有人称其为热红外线人体感应器。它的应用非常广泛, 包括感应水龙头、自动干手器、医用洗手器、自动给皂器、感应小便斗冲水器等[2,3]。
这种自动感应装置是通过红外线反射的原理, 当人体的手或身体的某一部分在红外线区域内, 红外线发射管发出的红外线由于人体手或身体摭挡反射到红外线接收管, 通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电磁阀, 电磁阀接受信号后按指定的指令打开阀芯来控制头出水;当人体的手或身体离开红外线感应范围, 电磁阀没有接受信号, 电磁阀阀芯则通过内部的弹簧进行复位来控制关水。
2.1 感应器工作原理
人体都有恒定的体温, 一般在37度, 所以会发出特定波长10UM左右的红外线, 被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件, 这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡, 向外释放电荷, 后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
2.2 感应器优缺点
优点是本身不发出任何类型的辐射, 器件功耗很小, 隐蔽性好, 价格低廉。
缺点是容易受各种热源、光源干扰。第一, 红外穿透力差, 人体的红外辐射容易被遮挡, 不易被探头接收。第二, 易受射频辐射的干扰。第三, 环境温度和人体温度接近时, 探测和灵敏度明显下降, 有时造成短时失灵。
2.3 感应器的安装要求
人体感应器只能安装在室内, 其误报率与安装的位置和方式有极大的关系, 正确的安装应满足下列条件。第一, 感应器应离地面2.0-2.2米。第二, 感应器应远离空调, 冰箱, 火炉等空气温度变化敏感的地方。第三, 感应器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。第四, 感应器不要直对窗口, 否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报, 有条件的最好把窗帘拉上。最后, 感应器也不要安装在有强气流活动的地方。
感应器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大, 它对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向) 移动则最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。
3 人体红外线感应器在显示屏中的应用
将人体红外线传感器 (可调感应距离) 嵌入到各类显示屏中, 例如电视机显示屏、电脑显示屏、手机平板电脑显示屏等, 形成一种新型的智能感应显示屏。感应显示屏主要包括液晶板、驱动板 (也称主板) 、电源板、高压板、按键控制板、人体红外线感应器 (两个) 、感应距离调节等。这种显示屏可以调节红外线感应距离, 设定近距离感应距离以及远距离感应距离, 当我们人体在设定的健康使用距离范围之内, 显示屏自动关闭, 当我们离开设定的节能远距离感应范围之外, 显示屏自动关闭。只有在健康合理的使用范围之内, 显示屏才正常运行。
这种智能感应显示屏的创新之处是:一方面, 利用近距离感应器自动感应关闭显示屏来监督我们健康的使用显示屏, 保护视力;另一方面, 利用远距离感应器自动感应关闭显示屏, 在无人使用的情况下, 节约能源, 避免不必要的浪费。特别是平板电脑, 好多使用着不注意跟显示屏保持一定的距离, 通过感应器自动关闭显示屏来监督我们健康的使用电子产品以及电器设备。
其技术方案是这样的:一般的人体红外线传感器都有四根线, 红色线接输入正极, 黑色线接负极输入, 黄色线正极输出, 绿色线负极输出, 此时将红色线与黑色线分别接我们电源的火线与零线, 将黄色线与绿色线分别接显示屏的开关的两根线;有的传感器有三根线, 红线、白线、黑线, 红线是火线, 黑线是零线, 其中白线是公共线, 红线和黑线接电源, 白线和黑线接显示屏的开关。
具体在实施过程中, 如图1所示, 该人体红外线感应显示屏包括近距离人体红外线感应器1, 近距离感应调节器2, 开关3, 其他控制按钮4, 液晶面板5, 显示屏机身6, 远距离人体红外线感应器7, 远距离感应调节器8。
在使用的过程中, 接通电源, 调节感应距离调节器2、8, 打开开关3, 用户正常使用, 当我们人体在近距离感应距离之内时, 或者在远距离感应距离之外时, 显示屏自动关闭;当我们人体在健康合理的感应距离之间时, 感应器正常使用。
4 感应器使用注意事项
人体红外线感应显示屏在使用的过程中要注意以下几点。
第一, 人体感应器模块属于高度敏感的器件, 它对电源要求很高, 必须经过良好的稳压滤波, 例如9V的层叠电池就可能因为内阻较大不能正常工作, 建议使用者用LM7808稳压芯片稳压后再通过220UF和0.1UF的电容滤波后供电。
第二, 感应器模块不接负载时能正常工作, 接上负载后工作紊乱, 一种原因是因为电源容量很小负载比较耗电, 负载工作时引起的电压波动导致模块误动作, 另一种原因是负载得电工作时会产生干扰, 例如继电器或者电磁铁等感性负载会产生反向电动势, 315M发射板工作时会有电磁辐射等都会影响模块。解决办法有三个: (1) 电源部分加电感滤波; (2) 采用负载和模块使用不同的电压的方法, 例如:负载使用24V工作电压, 模块使用12V工作电压, 其间用LM7812三端稳压器隔离。 (3) 使用更大容量的电源。
第三, 人体感应器模块工作环境应该避免阳光、强光直接照射, 若工作环境有强大的射频干扰, 可采用屏蔽措施。若遇有强烈气流干扰, 关闭门窗或阻止对流。感应区尽量避免正对着发热电器和物体, 以及容易被风吹动的杂物和衣物。人体感应器模块必须装配在密封的盒里, 否则一直会有输出信号。探头 (PIR) 与镜片有一聚焦距离, 通常在20—30mm范围调整。如果要求红外探测器的探测角度小于90°时, 可以用不透明胶纸遮挡镜片或裁剪缩小镜片来实现。
第四, 人体感应器模块采用双元探头, 人体的手脚和头部运动方向与感应灵敏度有着密切的联系, 如果设置安装不当, 会影响感应效果。模块中的探头 (PIR) 可以装焊在电路板的另一面。也可将探头用双芯屏蔽线延长, 长度应在2米以内为好。
5 结束语
在当代, 成人们几乎人手一个智能手机, 潮一点的年轻人人手一个平板电脑。在公交车上, 汽车站、火车站候车厅等场所, 我们见到的是千遍一律的画面, 大家都目不转睛的盯着手里的手机或者电脑, 耳朵里塞着耳塞在听音乐, 他们不是在玩游戏就是在看视频或者看小说。小朋友在家里的娱乐主要是靠动画片, 为了看得更清、听的更明白, 他们离电视机越来越近, 有的小朋友甚至都快爬到茶几前面去看。种种现象表明, 我们迫切需要感应显示屏来拯救我们的视力。相信这个产品一旦被产业化将给社会带来巨大的经济效益, 给使用者带来更大的益处。
参考文献
[1]张敏.基于人体红外传感器的人体信号检测保护系统设计[J].Equipment Manufactring.Technology, 2008 (1) :50-51.
[2]吴细煌, 高智岗, 等.基于51系列单片机及热释电人体红外线传感器的自动空气净化装置[J].机电工程技术, 2009, 38 (9) :111-112.
[3]李海珍, 李宪章.基于红外线的图像监控系统[J].冶金自动化, 2003, 增刊:255-257.
红外线感应节水装置效果分析 篇2
关键词：红外感应,节水,节能
1 节约用水的意义
水作为人类赖以生存的最宝贵的资源, 是生命之源。 随着人口急剧增长, 全世界耗水量迅猛增加, 加上工业现代化进程中对自然环境带来的严重水污染, 淡水资源日益紧缺。
水短缺不仅成为许多国家经济发展的严重障碍, 也严重威胁到人类的生活、健康。 中国是世界上最缺水的国家之一, 人均水资源占有量不到世界平均水平的25%, 增强节水意识, 提高节水效率, 显得尤为紧迫。 但现实状况是, 水资源的浪费相当严重。 在南方地区生活用水的大手大脚现象, 十分普遍。有人计算过, 如果不把水龙头关紧, 仅仅流出像火柴棒那样细的水流, 一昼夜就浪费了432L水。 冲凉洗澡擦沐浴露时不关掉淋浴花洒, 洗一次澡要浪费60L水。 洗菜时不用盆接水洗, 而是开着水龙头冲, 一顿饭则要浪费100L水[1]。 可见, 节约用水人人有责、意义重大。
2 设计方案
节能并不是不用能源, 或简单地少用能源, 而是善用能源, 巧用能源。 生活中有许多节水的妙招, 比如:洗菜、淘米的水再浇花、浇草、浇树;洗过衣服的水再冲拖把、卫生间等。 本设计主要通过技术创新、设备结构改造, 采用新工艺、新技术等方法, 直接减少水资源的消耗。
红外线自动感应节水装置水阀开关的控制, 是基于红外线技术的自动感应控制电路, 当有人进入感应区范围时, 专用传感器就会探测到人体红外光谱的变化, 自动打开水阀, 人不离开感应范围, 将持续接通;人离开后, 延时自动关闭水阀。 从而实现“人到水通, 人离水停”的性能。 亲切方便, 安全节能, 更显示出人性化关怀。
3 工作原理
3.1 红外线及其特性
红外线也称红外光或红外辐射, 是位于可见光中红光以外的光线, 故称为红外线。 它是一种人眼看不见的电磁波, 它的波长范围大致在0.75~1000μm之间。 自然界中, 任何高于-273K绝对温度的物体都将产生红外光谱, 不同温度的物体释放的红外能量的波长是不一样的, 因此红外波长与温度的高低是相关的, 而且辐射能量的大小与物体表面的温度有关。 人体的恒定体温一般在37℃左右, 会发出10mm左右特定波长的红外线, 被动式红外探头就是靠探测人体发射的红外线而进行工作的[2]。
红外线的特性有:
(1) 具有可见光的一切特性 (直线前进、折射定律、反射定律、干涉、衍射和偏振) 。
(2) 具有光热效应, 能辐射热量, 且物体温度越高红外辐射就越多, 故可利用红外辐射测物体温度。
(3) 红外光在介质中传播时, 由于介质的吸收和散射作用而被衰减, 介质的吸收红外光是有选择性的。
3.2 红外探测器的类型及选择
(1) 光敏红外探测器
光电磁型探测器:利用某些材料的光电磁效应 (光生载流子的扩散运动在磁场作用下产生偏转的一种物理效应) 工作。
(2) 热敏红外探测器
热敏探测器的响应速度较低, 响应时间较长, 但具有宽广的、比较平坦的光谱响应。
(3) 热释电红外传感器
热释电效应是指当一些晶体受热时, 在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷, 由于热变化而产生的电极化现象[3]。
主要应用有: (1) 探测人体用的红外传感器用于防盗报警、来客告知及非接触开关等。 (2) 供测温使用的热释电红外传感器, 其测温范围可达-80~1500℃。
采用红外传感器BISS0001 芯片作为控制核心的热释电红外无线感应器应用电路如图1 所示。 该电路通过热释电红外传感器感应人体红外的存在, 把人体红外信号输入到BISS0001 芯片, 芯片通过对红外传感器的电信号的处理, 输出控制电平信号, 从而驱动电磁继电器开关的通断[4]。
热释电红外传感器以其价格低廉、 技术性能稳定的特点, 受到专业人士和广大用户的欢迎。 热释电红外传感器既可用于防盗报警装置, 也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。
本文以热释电红外线传感器用于公共卫生间男小便节水器控制电路为例介绍其应用。
4 节水装置组成及效果
4.1 节水装置的组成
图2 是欧普微功耗红外线人体感应开关 (AC220V) , 型号:OP-18, 价格28 元一个。 它的特点有: (1) 全自动感应:人到则打开, 人走自动延时关闭; (2) 自动延时:开关安装正常后, 人进入感应范围自动打开, 人在开关感应范围内活动则一直接通, 若人静止不动或离开则按最后一次活动计算延时, 延时到设定时间自动关闭; (3) 感应范围:圆锥角≤130°, 距离≤10m; (4) 静态功耗:0.01W。
图3为宏鑫牌高品质电磁阀水阀 (AC220V) , 型号2W160-15 (4分) , 价格48元一个。
图4是红外线自动感应节水装置的制作实物图, 皮管8元1m, 导线加插头14元, 装置成本大概98元。
4.2 节水量的分析
现在的沟槽式冲水公厕几乎是白天12h不间断的用自来水冲洗, 造成了水资源的严重浪费。
流体在单位时间内通过管道某一横断面的体积或重量称为流量。 用容积表示流量单位是L/S或m3/h。 流量的计算公式为:
式中:M———体积流量, 单位是m3/h;
u———水流系数, 取0.6;
A———水流出横截面积, 单位是m2;
g———重力加速度9.8m/s;
P———水压力, 单位为MPa。
以一个沟槽式公厕为例, 假设水管内径为15mm, 市政给水压力为0.3MPa。
钢管截面积为:0.015×0.015×3.1416÷4=0.0001767 (m2)
水管1h的水流量:
水管一年水流量, 以1d白天时间12h计算:
也就是说, 仅仅一个沟槽式小便池一年浪费的水量就有3996t。
现在市政自来水公司供水的一次供水费2.56 元, 二次供水费0.50 元左右, 我们假定1t水的平均供水费用为3 元。 一个沟槽式公厕一年的水费为S=3996 (m3/年) ×3 (元/m3) =11988 元。
已知某大型医院有沟槽式公厕10 个, 那么每年需要支付的水费:10×11988=119880 元, 安装沟槽式红外自动感应节水器后, 按平均节水率75%计算, 一年可以节约水费开支:119880×75%=89910 元, 不仅可以让沟槽式公厕降低水的浪费, 还能大大减少用水成本。
4.3 功能特点
节水装置具有体积小、能耗小、使用方便、工作稳定可靠、零风险、回报高等特点。
(1) 方便节水:红外线自动感应节水装置使用后冲8s左右, 节水效果能达到75%以上。
(2) 省电节能:传感器通过人体红外线识别感应原理, 感应人体热量来控制开关, 减少了无效电能的损耗, 采用先进成熟的集成电路高倍节能, 年耗电3 度左右, 节能效果好。
(3) 自动调节:冲洗完全由感应器自动完成、无需人为操作。
(4) 安装简便:安装方法简单, 非专业人员也可以进行安装。
5 结束语
红外线感应自动化节水装置可应用于医院、车站、商场、高速服务区等公共场所的感应水龙头、医用洗手器、节水型沐浴器、感应小便斗冲水器、厕所感应大便器等。 面对自然生态环境的恶化, 珍惜自然资源, 节水节电节气, 节约使用一切资源和能源, 应当成为人们生活的习惯。
参考文献
[1]江曾培.节约三题[J].东方剑, 2004 (11) :11.
[2]艾礼貌.浅谈热释电红外传感器报警系统[J].中国科技财富, 2009 (4) :10.
[3]邢军, 周岚, 刘小兰.人体感应节能插座的研究与设计[J].山西电子技术, 2011 (2) :48, 74.
双位红外感应输液报警装置的研制 篇3
关键词：静脉输液,输液安全,红外线,报警器
一直以来静脉输液是最常用的临床治疗方法之一, 至今已有数百年的历史。输液完毕需要及时拔针或换药, 否则将会引起回血、重新穿刺,严重者甚至危及生命[1]。 如果液体输完毕医护人员未能及时拔掉针头,会出现空气进入血管形成气栓,轻则延误治疗,给病人造成痛苦, 重则危及患者生命。为避免出现以上风险,本文研制了一种安全可靠、使用简便、价格低廉的双位红外感应输液及报警装置。
1结构设计
报警器由红外线感应单元、信号放大系统、MCU主控单元、声亮报警单元和电池供电单元5个部分组成(图1)。 1红外线感应单元。主要检测探头通过2个相互对应的红外线发射及接收装置,分别把信号转导至信号放大系统; 2信号放大系统:放大具有差异的电信号,以便于识别; 3 MCU主控单元:识别处理差异信号,计算并产生报警信号,促发声亮报警单元;4声亮报警单元:接受主控单元信号,促发报警装置;5电池供电单元:报警器电源为纽扣电池,占用空间小。
2工作原理
实现自动报警器的关键技术在于输液完毕后信息的提取。 本报警器采用红外线感应检测装置获取输液完毕信号。一般输液的药液都为液体溶液,存在介质效应,会阻挡光源,产生折射效应。将特制的红外线发射装置及感应传感器检测探头紧贴于输液管路上,将位于墨菲氏管上下方的两个点做为探测点。随着输液的进行,剩余药液液面将逐步下降,液面降至上方检测探头处,2个检测探头检测到的信号出现差异。 检测探头将其转换为相应的电信号,经过信号放大系统到达主控单元,最终促发报警装置,驱动报警与显示装置发出音乐报警或使报警指示灯闪烁,以提示患者和护士准备换药或拔针。此外,如果墨菲氏管下方输液管路内出现气泡,也同样会产生报警信号。另外,笔者还根据具体情况,在下方的监测点增加了部件加热装置,避免因温度变化对输液管路造成影响。
3使用方法
报警器利用夹持器安装于墨菲氏管上下方(图2)。当药液液面降至墨菲氏管上方的探测红外线监测点,报警器即检测到上下方输液信号差异并立刻通过检测系统驱动报警器(蜂鸣器、语音提示或音乐提示)报警,提醒护士、 陪护人员及时准备换药或拔针;此外,当下方监测点有气泡流过亦会产生报警信号。护士给患者拔针时只需将报警器上的电源开关关闭即可停止报警。每个报警器安装固定之前,最好先将检测探头一头夹住输液管路,一头空置, 测试报警器是否正常工作,然后再进行安装固定。
4讨论
静脉输液治疗是医疗治疗的重要手段之一[1,2],如何在输液过程中保证患者安全,已成为临床研究的一个重要课题。
现已授权的几十种具有专利的输液报警装置的信息提取方法,概括有以下几种[1,2,3,4,5,6,7,8]:1电极法:从输液瓶瓶塞向瓶内插入2根电极,利用液体的导电性来检验瓶内是否有药液残留。该技术成本较低、可靠性较高,但存在安全隐患;2测重法:利用弹簧秤或压力传感器,根据输液袋内重量变化来判断输液进程,方法简单,但可靠性低、误差大;3通过固定在输液瓶上的光电传感器(采用半导体激光)利用光学原理判断输液进程,但成本较高;4液滴计数法:利用单片机、光电传感器对液滴计数或推算输液速度判断输液完成时间,操作复杂、成本较高;5输液通路内置入悬浮装置,输液结束时,该悬浮物质下沉阻塞管路, 但成本高,且不能报警。
本报警器具有如下优点:1本装置采用墨菲氏管上下2个探测点,通过2点间信号差异产生报警,较以往的红外线探测装置存在优势。如果在安装使用前输液管路安置探测点位置的输液通路存在遮挡,单个探测点的报警装置则不能正常工作,而本装置采用的两点探测,如果一点存在遮挡,会及时报警,提示存在工作障碍,避免因为输液管材料、颜色、液体的差异而导致不能正常工作,提升了检测灵敏度及可靠性;安置在墨菲氏管下方的探测点可以在有气泡通过时产生报警信号,防止气泡进入,另外当上方的输液报警未能及时工作时,输液结束至下方探测点,可以再次形成报警信号;2采用较为先进的MCU主控芯片, 结合优化算法,使整个电路工作稳定、误报率小;3采用红外感应检测原理获取输液完毕信号,使用极为简便。由于检测元件不接触药液,可避免药液被污染。增设报警信号的无线发射与接受装置,直接通知护士工作站,护士站安装相应的液晶显示屏,可以提示报警床位,及时更换药液或拔除装置;4适应各种输液的检测;5采用低功耗控制模式,使用常见纽扣电池供电,整机功耗小、待机时间长; 6报警器供电电源为电池,设有显示电池电量的红绿灯信号,绿灯亮表示电量充足,红灯亮表示电量不足需要及时更换,避免因电源电量不足造成报警器不工作、不报警。
红外线感应器 篇4
1 建筑照明控制现状
建筑照明控制开关的作用是断开、接通和转换电路, 以控制照明灯具工作和停止。照明控制开关经历闸刀开关、拉线开关、拇指按钮开关、大翘板开关和电子开关等发展历程后, 形成的种类及规格非常多。目前传统的拉线式、拇指按钮式和大翘板式是照明开关使用的主体, 凭借其较为简单的结构、低廉的售价和方便的安装使用方法, 牢固地占领着照明开关市场。然而, 现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化, 要求对传统的开关进行产品更新换代。住宅公共部分照明和公共建筑的走廊、过道等采用夜间常明灯, 每年除耗费大量电能外, 还因灯具长时间工作而损坏造成维修和更换灯具等大量的费用支出, 因此人们越来越关注其他有效的照明开关控制方式。
目前声光控开关在住宅公共部分照明和公共建筑的走廊、过道等照明控制中被广泛使用, 在使用中靠人为制造噪声触发启动, 但用大声咳嗽 (或跺脚) 来启动灯亮会打扰别人的安静, 特别是夜间入睡的人;另外, 声光控易受自然界的雷声、汽车喇叭声、说话声和动物鸣叫等声响干扰, 误启动作较多。而人体热释电红外感应光控开关的出现, 弥补了声光控开关的不足。
2 红外感应光控开关原理
红外感应光控开关基于被动红外传感技术, 利用红外线辐射和自然光的双重信号来实现对开关的控制, 主要感应器件为人体热释电红外传感器。它是一种能检测人体发射红外线的新型高灵敏度红外探测元件, 能以非接触形式检测人体辐射红外线能量的变化, 并将其转换成电压信号输出, 输出的电压信号被放大, 便可驱动照明控制电路。红外感应开关主要由光学系统、热释电红外传感器、信号放大处理器等部分组成, 其结构如图1所示。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理, 在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”, 以提高探测接收灵敏度。热释电红外传感器内部包含2个以反极性串联的探测元件, 以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
3 红外感应开关的特点及用途
3.1 功能特点
基于热释电红外传感技术的红外感应开关, 本身不发任何类型的辐射, 功耗很小, 白天在光控作用下, 开关处于关闭状态;晚间当有人进入感应范围时, 传感器探测到人体红外光谱的移动变化, 开关自动接通灯亮, 如果人不离开, 开关会一直开启, 人离开后, 开关延时一段时间自动关闭灯灭。其主要特点:
(1) 开关自身功耗小于0.016W/h, 可以串联在照明回路中, 单极性控制, 控制负载功率5~200W, 直线感应距离4~6m, 感应角度为140°圆锥角。
(2) 自动测光, 起控照度可在5~500lx调节感应下启动。
(3) 延时时间可在20~360s范围内调节。
3.2 主要用途
红外感应开关是利用红外线辐射和自然光的双重信号来实现对开关控制, 主要适合于公共场所照明, 如住宅公共部分照明和公共建筑的门厅、走廊、楼道、仓库、储藏室、车库、地下室、洗手间等。当环境光照度低于设定值, 并且人在感应区域活动时, 开关开启;若人离开感应区域时, 该区域光源开关按设定的延时时间关闭。这样能有效避免长明灯现象, 真正体现楼宇智能化及物业管理的节能细化管理。
4 照明控制节能经济分析
目前, 建筑照明设计中均在大力推行节能控制, 如中央控制、分组控制、定时控制、声光控制和红外控制等, 特别是可调照度红外感应开关控制, 可在很大程度上实现能源的充分节能和利用。
以某高校学生公寓楼梯与走廊照明红外光控设计改造为例, 该高校有学生公寓楼10栋, 每栋7层, 每层安装功率为21W欧普吸顶节能灯25盏, 学生每年在校约为270天。照明控制节能经济分析:
(1) 原采用11个普通翘板开关分组控制, 每天照明12h, 那么学生公寓楼总用电量计算:
(2) 如果将照明控制开关改造为安装11个红外感应光控开关分组控制, 并按照学生在公寓里活动时间和活动规律对楼梯与走廊照明情况进行折算, 每层住120人, 每人每天在控灯时间内平均活动次数5次, 每盏灯在有人活动时亮灯时间内20s, 则学生公寓楼总用电量计算:
(3) 在两种控制开关下, 学生公寓照明对比经济分析如表1所示。照明改造前, 照明灯具由普通大翘板开关来控制, 其平均成本价格20元;设计改造后, 采用红外线光控感应开关控制, 其平均价格成本35元;城市电价取0.50元。其中, 开关 (含安装费) 总成本=开关 (含安装费) 单价×数量;年用电费用=年用电量×电价;年总运行费=开关 (含安装费) 总成本+年用电费用+年综合维修费。
从表1可知, 采用红外线光控感应开关对学生公寓楼进行照明控制, 不仅降低运营成本, 还节约能源。
5 结语
电气设计人员在照明设计时应认真考虑日常节能的需要, 根据建筑物的等级、特点、功能、使用要求等具体情况, 采取最佳的灯具布置方案;根据照明场所性质不同, 对照明系统进行分散/集中、手动/自动和分区/分组等合理有效的控制设计。如果能利用安装在开关控制器中的智能芯片, 精细化控制好每一盏灯, 实现灵活的开与关, 可在保证照明质量的同时, 最大限度地节约能源。红外感应光控照明控制不仅可节约大量电能消费, 还可延长灯具寿命, 减少灯具损耗, 节省灯具购置费、替换工程费和维护费等, 间接实现节能环保。
摘要：介绍建筑公共照明控制现状和红外感应开关控制原理, 并对照明控制节能改造进行经济分析。
关键词：红外感应,照明节能,经济分析
参考文献
[1]张钰唯, 等.照明控制技术的发展及应用现状[J].照明工程学报, 2010, 12 (2) :1-7
[2]刘兵, 等.建筑电气与施工用电[M].北京:电子工业出版社, 2011
[3]时思, 等.工程经济学[M].北京:科学出版社, 2010
红外线感应器 篇5
应用各种发热器件制作的电暖器已普及到城乡千家万户。不论是已安装了空调设备、还是使用其他取暖设备的场所,包括办公场所,个别地方甚至达到了人手一台的程度。说明了这类取暖设备结构简单,价格低廉、节电节能,使用方便,得到了人们的青睐与喜欢,在今后相当长的时期内,尤其是在南方,仍具有广阔的市场前景。但是,因使用电暖器不慎而造成的火灾时有发生,有些火灾给人们的生命财产造成了无法挽回的损害。根据调查分析,结合身边所发生过的案例,并参考各种媒体的报道可知,引起火灾的主要原因是人们因某种原因突然外出,或睡觉休息等忘记关断电源,时间长而引发了火灾[1,2]。人们不能绝对保证在所有用电的场所、所有的时刻不发生一点点疏忽大意,也不是说一二次的疏忽大意就必然会发生火灾事故,但一旦发生、一旦发生到某家底、某个人身上,则对于这个家庭将是灾难性的、将造成无法挽回的后果。所以要重视暖器的安全问题,需要研究设计能提高安全性能、争取做到万无一失、节电、保安的电暖器。
1 总体设计
1.1 基本设计要求[3]
在基本不改变现有产品结构的基础上,应该实现以下功能:
(1) 距火源1 m范围内,只要有人在取暖烤火,能保证连续供电而不断电;
(2) 当人短暂离开(10 min内)仍要保持通电状态;在无人状态且超过设定时间后应立即自动切断电源;
(3) 能根据使用者的需要正常调节温度;
(4) 设计温控保护,当超过设定温度后能自动断电,温度下降后又能自动接通电路;
(5) 要有断电自锁保护功能。
1.2 总体电路[4,5]
从图1中可以看出,总体电路的主要特点是结构虽然简单,却具有多重保护功能:即人体红外感应自动断电功能,由继电器控制实现的断电自锁保护功能;由温控开关实现的高温自动断电、温度下降后自动接通功能;由调温器实现的温度手动调节功能。另外,人体红外传感器所控制的是继电器电磁线圈电流,工作可靠,使用寿命长,功耗却很小,通过的电流只有 1.4 mA,起到了节电和保护红外传感器的作用,因为负载电流不通过红外传感器。对于断电自锁功能应用于电暖器上是非常有意义、也是非常有必要的。虽然断电、人来后不能自动接通发热电路,但只要轻轻按下按钮,这对于取暖者而言并不麻烦,且在某种程度上还增加了用电必须注意节约和提高安全用电的意识。
2 热释电红外传感器总成电路的设计
热释电红外传感器能检测到人体发射的红外线并转换成电信号输出。因为人体都有恒定的体温,一般在37 ℃左右,会发出特定波长的红外线(普通人体会发射10 μm左右的特定波长红外线),利用红外探头(PIR管)探测人体发射的红外线,利用菲涅耳滤光片,增强后聚集到PIR管,同时能明显的抑制环境干扰。人们利用这方面的研究成果,已成功运用到安全防范[6,7]、灯光控制、卫厨设备、人体测温[8],也应用到对人体伤害极为严重的高压电及X射线、γ射线工业无损检测等方面。实际上,通过分析研究试验,参考相关电路并进行改进设计,热释电红外传感器也适宜应用于普及到千家万户的各类电暖器上。电路如图2所示。
以上电路[9,10]由人体热释电红外线传感器、信号处理芯片、控制及执行电路、电源电路等几部分组成。电路中主要采用了CSC9803红外感应信号处理芯片。该芯片工作电压为直流4.0~5.5 V,内置稳压3.1 V输出直接驱动PIR管。PIR管(探头)感应到信号经内部放大,若判断有触发,运放输出高电平,这时计时检测电路开始计时,计满一定的内部时钟周期,则跳变为高,控制信号由芯片的11脚输出,经三极管放大控制双向可控硅,并由双向可控硅控制外部交流电路[11,12]。外围电路中的R15为1 mΩ固定电阻,R12为微型可调电阻,两电阻与C9组成了RC电路,通过调节R12的值可以实现对延时时间的控制。试验得知在总电阻R=R12+R15=1 mΩ时,可控硅接通时间约为4 min;当R=R12+R15=3 mΩ时,可控硅接通时间约达到9 min。
为了增加人体的有效感应面(感应范围),设计中采用并联两只PIR管,可以通过三根连接线将其连接后分别安装在不同位置,但要尽可能地缩短相互间的连接线,以防止信号在导线上的损耗和噪声干扰,影响自动断电的可靠性。
3 试验试用情况
从2008年4月~2009年4月,进行了诸如PIR管安装位置、温度影响、烤火人数多少、延时时长等多方面的试验和应用。试验中,采用两根长300 mm、总功率为600 W的石英发热管,安装在木制四方型箱体正中。如图3照片所示。试验中,取消断电自锁功能;取消温控断电功能(短路温控开关);同时通过调温器将其功率调到最高输出。试验结果如下所述。
3.1 延时时长与烤火人数对可靠性的影响试验工作的可靠性,主要是有
人在的时候,供电的连续性与当人离开后自动断电的准确性。二者中,能否实现人离电断更显得重要,也是该设计的核心所在。
工作可靠性,直接影响到安全性能和节电。从以上试验可知,选取延时时长为5~7 min内,用于这类电暖器,能取得满意的节电效果和确保安全。虽然在只有一人烤火的情况下,偶尔有断电情况发生,但只需要按一下开关按钮,从实际出发并不是那么麻烦。当然,使用双PIR管重复上述试验(略)表明:断电率明显下降。为保证能在人离开后自动准确断电,可以适当缩短延时时长,做到不影响安全性能。
3.2 PIR探头与取暖器相对位置的试验
使用单PIR管,选定延时时长为5 min,按照图4所示的三种典型位置进行试验。
图4(a)中,是将PIR探头正面中心对准电暖器,(实际应用中不会出现此类情况)结果表明,在H=30 cm以内,不能断电;在H=40~90 cm,自动断电逐步趋于稳定,偶有自动接通现象发生。当H≥90 cm后,能可靠断电,且不会发生自动接通现象。分析可知,当H较小时,热辐射对PIR管有影响,因为此时产生的波长不稳定而造成热释电效应,导致探测器输出信号。
图4(b)中,PIR探头中心轴线与电暖器热反射线垂直。L值与H值每隔50 mm,一一对应试验,每对应点分别测试10次以上,以排除个别现象,结果如表2所示。
注:表中√为可断电;▲为不稳定;×为不断电
表2的试验结果表明:当L>100 mm,H>400 mm,就能保证安全、可靠地断电。在设计制作中,很容易做到避开不稳定以外的区域,而在实际应用中,就可以做到随意使用。
图4(c)中,PIR探头中心轴线与电暖器热反射线平行。实际试验中,是将PIR探头安置于电源连接线中,像普通使用电源接线板情况那样,把电源连接线拖放于地面。试验证明:只要适当离开“50 mm”取暖器(主要是防止衣物、小棉被覆盖PIR探头),是完全能够保证只要人离开,就可以在设定的时间内自动切断电源。
4 结 语
安全与节电是社会和世界永恒的主题。以上所做的研究工作表明,把人体红外感应技术应用于普及到千家万户的各类电暖器具上,能够达到设计要求,试验证明是完全可行的。设计制作时,将延时时长设计选定在7 min以内,注意PIR管总成模块电路与电暖器的相对安装位置,避开电暖器直接热源,可以实现保证安全和达到节电目的。当只有一人使用时,虽偶尔有断电情况出现,应该认为,不影响其使用方便性和工作可靠性。
摘要：人体红外感应技术已成功运用到防盗报警、灯光控制、卫厨设备等方面,但在电暖器具方面的应用还是空白。为杜绝普通电暖器引发火灾事故和避免电能浪费,将人体感应、自动延时、断电自锁等技术和方法应用到电暖器上,设计制作了具有多重保护功能的电暖器。通过对PIR管安装位置、温度、取暖人数、延时时长等因素进行试验,结果表明,红外感应技术应用到电暖器上有明显的保安节电效果,具有实际推广应用的价值。
关键词：安全节电,电暖器,红外感应,设计试验
参考文献
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红外线感应器 篇6
水龙头在人们生活中无处不在, 其“智能”程度决定着用户用水的方便度与水资源的节约程度。现在市场上比较成熟的感应水龙头都比较死板, 不够人性化。一方面, 在水资源的定量使用上, 一些公共场合所使用的自动水龙头都是“手来出水, 手离即停”, 若水流时间超过一分钟它就会自动停止, 并且水的流量不受控制;另一方面, 在水资源的定时使用上也存在不足。例如, 当用户需要出门一段时间时, 就没有人给家里的花草浇水, 这是很多用户都面临的一个问题。可见, 现有的自动水龙头并不能完全满足人们的需求。我们知道, 如今单片机、电磁阀、水流传感器及红外感应模块等各项技术都已经比较成熟, 能够为用户提供更优质的服务。本文主要介绍了基于单片机及红外感应模块双重控制的智能节水系统的设计方法, 进而实现对水龙头的出水时间及出水流量的智能控制, 避免用水浪费, 以方便人们的生活。
二、设计方案及工作原理
系统设计方案及工作原理如图1所示。电磁阀模块0的开、关状态由1、2控制端口决定。红外感应模块的信号输出端口1的电平由它接收到的感应信号决定。单片机模块的信号输出端口2的电平由矩阵键盘的输入信息和水流传感器的检测信息共同决定。当端口1和端口2中至少有一个端口为高电平时, 模块0就处于开的状态。否则, 模块0就处于关的状态。考虑到实际生活中用户可能会遇到停水情况, 这时水流传感器中便无水流通过, 电磁阀门总关。该系统可以通过矩阵键盘的输入信息来控制模块0的打开、闭合的时刻及延迟时间, 从而实现用水的定时、定量双重功能。
三、系统硬件设计
智能节水系统的核心是单片机。用户需要的用水时刻及用水容量的设置、显示功能分别由可输入矩阵键盘和液晶显示模块实现。单片机通过接收并处理水流传感器发出的脉冲信号, 来控制电磁阀阀门的开或关, 以实现对水流的智能控制。由于电磁阀阀门的开、关状态同时受红外感应模块的控制, 所以该节水系统也能实现自动感应出水功能。系统设计框图如图2所示。
1. 单片机控制模块
该方案采用STC89SC52单片机。利用单片机内部的定时/计数器T0进行中断定时, 配合延时程序实现准确定时、延时功能。当用单片机来驱动电磁阀时, I/O接口与继电器之间需接一个ULN2003AN驱动电路。单片机的IO接口电路如图3所示。
2. 水流传感器模块
本方案中选用SEN-HZ 21FA型水流传感器。由于水管中不同点的水压及流速不同, 所以在一定时间内的水流量就会不同。水流传感器以一定的工作频率测量水管中瞬时水流量的大小并发送相应的脉冲信号给单片机, 以便单片机能及时确定相应时间段内水龙头流出的总的水流量。
3. 电磁阀模块
本方案中采用ZJ-S201K型双稳态控水电磁阀。如图1所示, 单片机和红外感应模块都是通过输出正、负脉冲信号来控制电磁阀模块。当电磁阀模块接收到正脉冲时, 阀门打开;接收到负脉冲时, 阀门关闭。由于控制电磁阀模块的脉冲信号宽度为30ms, 可见电磁阀阀门的切换精度很高, 能够满足系统需要。
4. 红外感应模块
本方案中采用HC-SR501型红外感应模块。该型号的红外感应模块为被动式感应, 可感应范围:距离为0-5m左右, 角度小于等于110度圆锥角的区域。当HC-SR501红外感应模块感应到有人活动时, 输出3.3v高电平给电磁阀模块, 则电磁阀阀门打开;否则, 输出0v低电平给电磁阀模块, 则电磁阀阀门关闭。
5. 键盘模块
本系统需要0-9九个数字按键和六个特殊功能按键, 故采用4*4的矩阵键盘。为了提高CPU的工作效率, 采用中断扫描方式。当键盘按键被误按等情况, 可能导致键盘扫描结果出错。为了提高扫描结果的可靠度, 因而采用软件去抖, 即在第一次判断有按键按下后软件调用一段延时扫描子程序, 然后再次判断扫描结果。可输入矩阵键盘直接接单片机的I/O口。十六个按键分别实现的功能如表1所示。
6. 显示模块
为了使用户更方便的控制和观测系统的运行状态, 该设计采用JN12864J型LCD液晶显示。LCD直接接在单片机的I/O口上。
四、软件设计
该智能节水系统的控制系统是以单片机为核心的, 而单片机是通过程序来控制的。在软件方面, 为了提高程序运行的效率, 本设计主要是利用汇编语言, 采用模块化和结构化编程。
五、结论
本文介绍了一种智能水龙头的设计方案。该方案中将单片机、电磁阀、水流传感器及红外感应仪结合在一起, 实现可控操作, 利用水流传感器监测水管中的水流量, 实现水流量的可控设置。用户可根据需要设定用水时间和用水量, 做到真正的智能节水。
摘要：本文介绍了基于单片机及红外感应双重控制的智能节水系统的设计方法。目前, 市场上比较成熟的感应节水开关一般只由红外感应和电磁阀组成。这种感应节水开关只具有自动感应出水功能, 因而并不能使用户按照自己的意愿设置用水的时间及流量。本文所设计的智能节水系统, 正好可以满足用户的这一要求, 从而真正实现智能节水功能, 具有较高的应用价值。
关键词：STC89SC52,HC-SR501型红外感应模块,SEN-HZ21FA型水流传感器,ZJ-S201K双稳态控水电磁阀
参考文献
[1]张迎新等, 单片机初等教程[M], 北京:北京航空航天大学出版社, 2006.
[2]侯玉宝, 基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M].北京:电子工业出版社, 2008.
[3]蒋辉科, 单片机原理与应用设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.
红外线感应器 篇7
目前,在高等院校中的实验室监控系统都是采用传统的安防系统设计的24H摄像头录像进行监控。这种方式不仅大大浪费了摄像头的有效工作时间,而且不间断地工作也会缩短摄像头的使用寿命。基于实验室等高校教室的监控我们设计了一种更高效的监控方式,此方案相比于传统监控系统不仅大大缩短了摄像头的工作时间,而且大大提高了了摄像头采集信息的有效性。同时此方案也将移动技术融合到设计中来,将适用范围从传统的实验室扩展到家庭安防监控的队列,而移动技术的加入更是将实时监控信息反馈到目标客户端上,并且更加精准,更加方便。
本方案通过利用ARM S3C6410主板强大的硬件资源和LINUX系统设计了一套基于ARM的红外感应的视频报警系统。本方案主要由红外模块完成全天候的监控工作,摄像头进行辅助监控,H264视频压缩技术进行视频压缩,百度云实现视频的移动端对接。由于工业标准的红外模块不仅在强度上大大超过了传统摄像头的质量,而人体热感的立体监控在监控效果上面也大大超过了传统摄像头的监控系统。而红外探头的小巧隐蔽的特点使得此监控系统更容易布置和监控[2]。
1 总体框架设计
整体技术方案由前端用户端和后台硬件端组成。前端软件端主要是方便用户对日常监控的一些简单功能修改操作,主要的功能是登陆、修改信息、更改用户权限。后台硬件控制端主要包括了以下内容:1) 视频控制端:主要实现对已录制视频的压缩截取与后台转发; 2) 录像控制:主要实现信号感应还有录像的控制; 3) 传输控制:主要实现选择网络环境与百度云存储; 4) 监控管理:主要实现后台数据的用户存储推送..
整个系统的主体设计框架图如图1所示。
2 硬件设计
对于整个硬件端的设计我们进行了如下构思,根据设计要求,我们将整个监控端系统分成了以下几个部分:
1) 监控设备层,该部分主要包含了红外模块和摄像头模块,将此核心监控部分独立出来不仅便于设备的布线,也便于设备的正常运转,一旦系统出问题,这种分区式的结构将大大减少查错的时间。
2) 网络设备层,该部分主要包含了3G无线网卡,WIFI模块等通信设备,该层主要负责监控设备端的视频信息的转移,正是通过此层才得以实现监控视频直接到移动端的目的。
3) 内部控制管理层,主要以整个以太网、ARM11主控控制器组成。主要完成整个系统的信息搜集、处理和发布,同时承担着对整个系统的统一管理和监控。
硬件部分的ARM控制部分核心如下图所示:
由ARM11核心微处理器连接各种输入,通过CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件实现诸如红外,摄像头,3G,WLAN等各种模块的编程。有了ARM11处理器和CPLD的连接,从而全面实现了从信号输入输出,编程实现上来完成真正的ARM控制层[3]。
作为驱动监控设备的触发点,人体红外的探测距离、灵敏度和稳定性都是需要考虑的。在此我们选择了HC-SR501人体红外感应模块,它是基于红外线技术的自动控制模块,采用德国原装进口LHI778探头设计,基于人体测量的设计,适合用于实验室等安防报警的设计,同时它的高精度探测距离较远,灵敏度高,可靠性强,军工品质也保证了所选模块的使用寿命;摄像头作为整个系统的核心辅助,作用在于当红外探测发现系统异常需要报警的时候,摄像头能够完成拍摄而且对拍摄的清晰度有一定的要求,由于我们使用了云技术将视频同步到云端用移动设备查看。所以摄像头所拍视频的大小要有一定的限制,因此我们选择了主流130W像素的OV9650作为整个系统的摄像工具。不仅保证了其摄像的清晰度,也能保证在H264压缩模式下视频所占内存的最小化。
3 软件设计
程序主要是应用嵌入式技术的后台监控,软件起着辅助操作的作用,所以对于软件的考虑仅仅是辅助用户使用,为此设计软件的第一层是用户登陆关卡,第二层主要是常用的一些功能的融合。
3.1常用功能融合
首先是常用的身份验证,除去常用的身份验证流程。
主要采用以下模式进行常用功能模块的嵌入,原理如4图所示。
图4采用了五个主要方式去实现整个软件界面:其中开启监控与开启3G,wifi、为用户主动开启装置,不仅可以检验设备状态,也可以随意切换网络模式进行监控的调试。
其余三种功能主要是为了方便用户更好的使用本软件。其中添加百度云账号方便了用户直接更改移动端的账号,即使用户变更账号也不用通过后台去修改。控制录制时间主要是方便用户的视频监控的时间间隔,便于用户使用自己喜欢的时间间隔进行收集,程序默认的录制时间为3S。监控管理部分主要便于用户进行前台的日常维护,即不通过后台也能完成软件功能检查,可用性维护等功能的实现。
其中我们是用的百度云上传技术,其中部分代码为:
百度云主要使用了CURL技术,这是一种命令行方式下工作的开源文件传输工具,然后使用一种轻量级数据交换个格式JSON(Java Script Object Notation),使用它与百度的PCS接口交互,从而在开发板上直接用对存储在百度网盘里的东西进行操作[4]。
以下来是H264即录像时间控制和压缩的部分代码:
此部分主要是实现了监控视频录制时间的选择,通过此部分,用户可以直接在软件端实现对于监控录像的时间设置,免去了后台修改的很大一部分步骤。
4 结束语
基于ARMS3C6410主板的嵌入式红外视频监控系统的设计有诸多优点:1) 嵌入式系统相比于传统监控系统可以彻底将传统系统对于PC的依赖中解放出来,不仅实现了整个系统的独立运作,也能够保证系统监控强度;2) 红外模块的加入大大减少了摄像头的工作时间,相比于传统的监控系统将摄像头的录像效率最大化,最大限度的的去掉了传统监控系统的冗余录像信息,而红外监控的立体监控模式也保证了此系统的精准性;3) 移动端和云技术的加入相比于传统的视频信息只能从PC端调取更加方便,而且监控系统的实时性也相比于传统监控系统更有优势,用户也能通过移动端实时掌握监控信息;4) 由于红外探头的小巧和立体的监控方式,使得本方案监控的布置相比于传统监控的屋顶布置更加灵活;5) 嵌入式的加入使得整个系统的响应更加智能化,实时快捷,稳定性强[5]。