数字式准静态被动人体探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于提高被动红外人体探测器在检测准静止状态下人体探测精度的数字式检测技术。属于日用电器控制技术领域。其特征是将模拟放大滤波处理后的探测信号，经数／模转换器转换成数字信号后，再进行数字信号处理（ＤＳＰ）。探测信号中的各种噪声、干扰和人体探测信号统计规律的不同，人体探测信号的不同时刻取值一般都具有较强的相关性；而系统噪声和温度起伏噪声，因为其随机性较强，不同时刻取值的相关性一般较差，利用这一差异，采用离散数字式相关运算等算法进行检测，可以把人体探测信号和噪声干扰信号区分开来。克服了运动型被动红外探测器的探测精度不高、抗干扰能力差等缺点，特别适用于人体的准静态检测，具有广泛的应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种用于提高被动红外人体探测器在检测准静止状态下人体探测精度的数字式检测技术。属于日用电器控制

技术介绍
被动人体传感器(PIR)输出的信号变化缓慢、幅值小。针对该特点，目前处理电路 的种类较多，但功能都基本类似，框图如图1所示，具体处理步骤如下 1、滤波放大 PIR传感器输出信号幅值一般都很小，大约几百微伏到几毫伏，为了后续电路能作有效的处理，考虑到传感器的信噪比，通常要先进行增益约75dB，通带为0. 3Hz 7Hz左右的放大和滤波。 2、窗口比较器 放大后的信号通过固定门限电平的窗口比较器，检出满足幅值要求的信号，转换成一系列的探测脉冲信号。 3、噪声抑制和数字信号处理 根据人体运动特点和传感器的特性， 一般采用固定时间内计脉冲个数和测脉冲宽 度的方法来甄别有效的人体探测信号。判别方法为脉冲宽度低于24ms的都算作噪声，不 予处理；单个有效脉冲宽度必须大于340ms ;双脉冲，其中宽的必须大于160ms，窄的大于 24ms ;三个脉冲有效，每个都必须大于24ms。再将此有效的人体探测信号经过所需时间的 延时后输出，就可形成稳定的人体探测识别信号。 经过上述三步处理后就能准确、可靠地判断运动的人体信号。再根据具体应用场 合实现不同控制，例如报警器自动告警，自动开启某个设备等。 但是如果将上述的运动型人体探测器用于室内工作或学习等准静态的人体检测， 由于此时人体动作的幅度很小，无法在菲涅尔透镜的视区和盲区之间进行有效的运动，灵 敏度将会降低很多，输出的探测信号幅度很小，甚至没有。信号电平一直处于窗口比较器的 门限之下，就不会有探测脉冲出现，即使偶尔出现稍高于门限的信号，比较器输出的脉冲宽 度和个数也难以满足噪声抑制电路的甄别要求而当成噪声被去除了。在设定的延时时段内 如果没有第二个有效的人体探测信号出现，延时结束时就会关闭控制信号输出。之后人体 如有大一点的动作时，又会有一个延时时段的控制信号输出。这样就会造成被控设备的频 繁启停，严重时将无法正常工作。如用于灯具控制，频繁的启停不但影响人员的学习效果， 而且还会严重地縮短灯具的寿命。
技术实现思路
本专利技术针对已有技术的不足，提供一种提高准静止状态下人体探测精度的数字式检测技术，用于室内需要准静态人体检测的场合。 为了适应准静态人体检测的需求，必须对整个PIR探测系统进行改进。在菲涅尔透镜方面，要求增加其视区的数量即镜头的分区和分段密度，保证人体在整个探测区域内 稍微移动，就有一定的信号输出；在检测电路方面，必须改进检测算法，将人体移动的小信 号从系统噪声和环境温度起伏噪声等背景噪声中区分开来。其中检测电路的改进最为重 要，是能否正确检测出人体存在和抗各种干扰的关键。 由于每一个热电元件的大小约为2Xlmm，经过透镜能够投射到元件矩形范围内的 现场景物就局限在一个漏斗型的空间里，换言之，热电元件只能"看"到这个漏斗形空间内 的热能景物，我们称这个漏斗形热敏感空间为热电元件的视区。单一镜头所能形成的视区 只有两个，为了提高探测精度，需要增加不重叠的视区数目。在被动红外探测器中扩充视区 数量的普遍做法是设置多个镜头，镜头法线汇聚热电元件中心，法线向外辐射，形成一系列 视区分布。如使用了三片镜头弧形排列，可形成六个视区，扇形分布，探测区域得以扩充。这 三个镜头在热电元件表面形成了六幅不同的影像，六幅影像重叠在一起，在人体没有移动 的情况下，热电元件表面的六幅影像均为现场背景的热辐射成像，这样的静态背景所产生 热辐射为持续不变的能量场，热电器件对持续不变的热辐射不会有信号输出；当人体移动 时，持续的背景能量辐射受到扰动，热电器件接收到的热能发生变化，产生信号输出，这是 准静态人体检测的物理基础。但是，人体移动所产生的信号比人体运动产生的信号要小的 多，淹没在系统噪声和环境温度起伏噪声等背景噪声之中。 温度起伏噪声，是指由于探测器和周围环境通过各种形式进行热交换，使热探测 器温度无规则起伏的噪声，这是一种始终存在着的不可避免的噪声源。 系统噪声和环境温度起伏噪声近似为白噪声，而刮风等形成的干扰却是突发的。 热释电红外传感器检测到的人体移动信号极其微弱，这些噪声和干扰的存在，影响整个探 测系统灵敏度的提高。运动型PIR检测属于模拟检测，窗口比较器的固定门限，将门限以下 的电平，无论是信号还是噪声统统去除，提高了抗干扰能力，但也限制了探测精度的提高。 它只能用提高系统的增益的方法来提高检测精度，但是噪声和干扰信号也同时被放大，即 使在没有人体检测信号时，也可能超过比较器门限形成检测脉冲，噪声抑制电路的抑制作 用十分有限，将会出现严重的误检测。无法用于准静态的人体检测。 数字式准静态人体探测器采用了数字信号处理(DSP)技术来进行人体信号的识 别，先将模拟的探测信号转换成数字信号系列，各种噪声、干扰和人体探测信号统计规律的 不同，人体探测信号的不同时刻取值一般都具有较强的相关性；而对于系统噪声和温度起 伏噪声，因为其随机性较强，不同时刻取值的相关性一般较差，利用这一差异将数字信号序 列进行离散的数字式相关等算法的计算，可以把人体探测信号和噪声干扰信号区分开来。 从而得到准确的人体探测控制信号。 与运动型人体探测器相比，数字式准静态人体探测器优点有 1、探测精度高，在运动型探测器中，人体识别是通过放大后的检测信号与上下对 称的两个固定门限电平比较来实现的。由于受各种噪声的限制，放大器的增益不可能做的 很大，因此，这种方法只能检测人体运动的大的信号，而难于检测人体移动的小信号。数字 式探测器的识别是将放大后的信号进行数学运算，基于信号和噪声的统计特性，找出探测 信号与参考信号之间的相关系数来进行的检测的，没有门限效应的限制，因此，可以达到很 高的精度。 2、抗干扰性强，运动型探测器中的抗干扰主要是通过检测脉冲的脉宽和个数来实现的，不可能对脉冲的实质进行识别，这些探测脉冲很有可能是由背景起伏噪声或刮风等 噪声所形成的，会造成较大的误识别，抗干扰的性能较差。在数字式探测器中，通过信号与 参考信号的相似程度来判断是有效信号还是噪声，由于各种噪声的统计规律和波形等与参 考信号有一定的差异，可以将其区分开来。因此，抗各种干扰的能力很强。 3、性能稳定，运动型的人体探测器基本上是模拟处理，虽然噪声抑制电路采用了 一定的数字处理，但在形成探测脉冲前的处理都是模拟的，且系统各种时钟也是用普通的 RC电路产生的。这些电路受温度等因素影响较大，造成整机稳定性能较差。数字探测器除 了放大滤波外，其余部分都是采用由单片机组成的数字处理器来完成的，受环境温度等因 素的影响很小，稳定性得到了极大的提高。 4、温度特性好，运动型探测器的温度性能较差，当环境温度和人体温度接近时，由 于温差减小，探测灵敏度明显下降，有时造成短时失灵，虽然可以通过增益的温度补偿来提 高，但增益受噪声的影响不能提高很大，因此作用有限，无法从根本上得到解决。数字探测 器不是完全依靠检测信号的幅度大小来识别的，增益的温度补偿范围可以做的很宽，因此 受温度的影响大为减小，温度特性可以做得很好。 5、延时精度高，运动型探测器的延时是由RC电路产生的，受器件和环境温度等因 素的影响很大，精度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高被动红外人体探测器在检测准静止状态下人体探测精度的数字式检测技术，包括模拟处理和数字信号处理两部分。其特征是模拟处理电路将被动红外传感器输出的探测信号进行放大和滤波，数字信号处理部分将模拟的探测信号经数／模转换后，根据各种噪声、干扰和人体探测信号统计规律的不同，进行数字运算，输出人体探测控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄程云，苏桂香，
申请(专利权)人：黄程云，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]