专利名称:被动式红外线控制器的制作方法
本发明涉及一种无需发射信号，只是利用接收某种红外辐射体辐射的红外线来控制电源开关的被动式红外线自动遥控装置，特别是当第一个红外辐射体进入广角传感的范围时能立即自动开照明灯及操作其它种类的电器设备装置，反之，当最后一个红外辐射体离开广角传感的范围后能按不同的需要，调节不同的延迟时间自动熄灯及关闭其它的电器设备装置或作出其它的各种反应。非常适合于公共场所的照明及军事、公安、银行等机要部门的报警等用途。
被动式红外控制器，譬如，红外电源开关控制器，都是由红外传感元件把接收到的红外辐射源，例如人体的红外信号转换成电讯号，再经电子线路的放大、处理后去去控制电器设备装置的电源开关。现有的传感元件都是利用透镜或反射镜来会聚辐射来的红外线，这种传感元件视场角小。为了达到大视场角和视场连续的目的，在所要监控场所需安装多只这样的传感元件，这样制成的控制器工艺复杂、成本高、误动作几率大，有关资料参阅美国专利4386275。
本发明的任务是要提供一种光路不用光学透镜或反射镜，只用一个特别的干涉滤光片与一个红外传感器配合使用的传感元件，其视场角可在120度范围内能保证控制器正常工作，视场连续、采用集成电路、线路简单，抗干扰性能好，误动作几率小，成本低、安装方便的利用接收某种红外源辐射的红外线来控制电路设备等的自动遥控装置。
本发明的任务是以如下方式完成的任何高于绝对零度(摄氏温标-273.15℃)的物体都会向空间发出电磁辐射-红外线，各种不同温度的物体其发射的能量及随波长的分布是不同的，符合普朗克分布定律。例如，对于37℃人体的红外线辐射也符合这个分布，其辐射的红外波长一般约在10微米左右。本发明利用接收人体红外辐射这一特性，为了抑制人体的红外辐射以外的物体辐射，特别是近红外的干扰辐射，在传感元件与红外辐射源的光路中选用光谱通带能通过人体红外辐射约10微米的光学干涉滤光片(1)。对于在接收其它的红外辐射源时，也可选用与之对应波长的滤光片，达到接收目的。本发明的传感器采用一只多元的红外传感器(2)，这种传感器对于环境温度的变化，背景辐射和振动干扰所产生的随机噪声能得到良好的补偿，温度特性好、稳定可靠、探测率高，使用该传感器提高了整机抗干扰的能力。本传感器与上述的光学干涉滤光片配用后组成的红外传感元件视角约达120度，红外辐射源在视场内移动时所辐射的红外线都能被这传感元件接收并转换成电压信号。此信号经一个高输入阻抗、低噪声的前置放大器放大(3)。为了使某种红外辐射源的微弱移动信号频率能顺利的通过本装置的电路系统，同时，为了抑制其它频率通过，前置放大器的输出端后面设计了一个二阶有源滤波器(4)。这一滤波器的宽度设计在一定的范围之内，例如对人体来说设计在0.5～4.2HZ之间(人体的正常移动、最高频率一般不超过5HZ，而最低的频率是很低的)。从滤波器出来的信号经主放大器(5)，(6)进行信号的二级放大，然后经抗干扰网络到施密特触发器(7)整形，并通过相位分离电路(8)把信号分别送入到二个延迟电路(9)、(10)(延迟时间可调)，该延迟电路的作用是进一步防止随机噪声干扰带来的误动作。从延迟电路输出的信号经过一个与非门一致电路(11)送到有重复触发作用的记忆电路(12)，设计这一个重复触发的记忆电路的目的是因为本发明中传感元件的光路中不采用光学透镜或反射镜，而只用光学干涉滤光片。使用这种传感元件，使得本发明视场角加大，结构简单，成本降低。为了使只用光学干涉滤光片的传感元件也能保证足够的灵敏度，本发明采用了重复触发信号的记忆电路。该部件能在设定时间内把已放大整形及延迟输出的辐射信号不断的接收和记忆起来并把最后一次红外源移动信号作为延迟时间的开始，这个时间设定范围在几分钟～几十分钟。因为在这样一段时间内，红外辐射源总有些瞬时的静止状态，例如人体一般总有一个静止的时刻，但除了睡觉外也总有一个辐度较大的移动，这样当辐射源在视场内静止时间只要不超过这个设定的时间，该控制器总保持动作状态。这个时间也作为最后一个红外辐射源离开视场时所需的关灯和关闭其它电器设备装置的延迟时间。由重复触发记忆电路输出的信号直接送到无触点开关(13)，该无触点开关是用光电耦合及双向可控硅组成的线路，其特点是隔离控制器与电源负载的相互影响，开关时无火花，无噪声，提高了抗干扰能力，其本身体积很小，由无触点开关控制负载(14)电源的通、断。
为了进一步提高整机的抗干扰能力，本发明的直流稳压电源(17)采用了分路输出，以隔离各级电路之间的相互影响，对红外传感器及前置放大器电路所用的直流电源再经一级电子滤波器(18)滤波，进一步减少纹波电压。
为屏蔽外界信号的干扰，本发明所有电子线路部件组装在金属结构的外壳内(20)。本装置的定位安装架(21)与外壳(20)的连接采用可调螺钉系统(23)以便调节视场方向。本装置配有关灯延迟时间的调节孔(22)，配有接线柱(24)和电源保险丝(15)以及电源指示灯(19)。
本发明采用了上述的原理所构成的被动式红外控制器的最大特点是传感元件中光路不用透镜或反射镜，选用了特制的光学干涉滤光片，以滤去所需红外辐射源之外的其它物体的红外辐射干扰，它与红外传感器配用后组成的传感元件视场大，又采用了相应的电子线路与之配合使控制器在这大视场角内正常工作，视场连续、误动作几率小，可靠性高、成本低、控制的灵敏度高，另外电路中采用了多种抗干扰措施，整机的抗干扰能力强，又因为采用本发明的装置能自动控制照明电源开关，因此，可以节约大量电能，学校、公共场所、厂矿企业、办公大楼等应用后可节电30%～50%。本装置的安装使用很方便，对原有照明及电器设备不必进行任何改装，只需将此装置直接接入原线路即可使用。本装置作安全报警器用能及时、可靠显示报警信号。
以下，将本发明的附图描述一下图1 本发明的线路方框图2 本发明的外壳结构图3 本发明的电子线路实施例图参照图1，这是本装置的线路方框图，其中1光学干涉滤光片2红外多元传感器3高阻抗前置放大电路4二阶有源滤波器电路5、6二阶主放大器电路7抗干扰及施密特整形电路8相位分离电路9、10延迟电路11与非门一致电路12重复触发记忆电路13无触点开关电路14本控制器控制的负载15电源保险丝16电源指示灯电路17稳压电源电路18电子滤波器电路参照图2，这是本装置的一种外壳结构图，其中1、2滤光片及红外传感器19电源指示灯20本控制器的外壳装置21本装置的可调节的定位安装架22关灯时所需的延迟时间的调节孔23调节定位安装架方向的可调螺钉系统24接线柱
15电源保险丝本发明的实施例参照图3当人体在红外传感元件(A1)、(A2)的视场范围内移动时，滤光片(A1)能很好的通过人体辐射的红外线排除了人体红外辐射区之外的其它物体辐射，特别是近红外波长的干扰。滤光片可用透区在10微米左右的锗光学干涉滤光片，本发明选用透区在8～14微米范围的锗光学干扰滤光片(A1)，这种滤光片造价低、透过率高，配用本电子线路后能保证控制器有足够高的控制灵敏度。本实施例采用的红外线传感器(A2)是LiTao，热释敏探测器，(A1)和(A2)组合成本发明的红外传感元件，二者可一起封闭在一个元件中，也可以分开装，该元件能使控制器在视场约120度范围内正常工作。人体在这视场内移动时所辐射的红外信号被传感元件接收并能转换成电压信号输入到由电阻(R1)、(R2)和场效应管(T1)、(T2)组成的阻抗匹配器，再由前置运算放大器(A3)进行信号的前置放大。其中的(R1)电阻是一只10000MΩ左右高阻抗的栅漏电阻，它还起到减少热噪声影响的作用。前置运算放大器电路中的(R5)、(R6)电阻是本放大器的坛益比例电阻，(R3)、(R4)电阻是运算放大器(A3)的偏压电阻，(C2)是隔直流电容。前置放大器的输出信号经电容(C3)耦合到由电阻(R7)、(R9)、电容(C4)、(C6)及运算放大器A4组成的二阶有源滤波器，这一滤波器的工作频带设计在0.5～4.2Hz之间，使人体的移动信号频率顺利通过而抑制了其它信号的频率，提高了本控制器的抗干扰能力。电路中电阻(R11)、(R14)、电容C8是运算放大器(A4)、(A5)、(A6)的偏置电路。电阻(R10)、(C5)是一级阻容滤波器。经滤波后的输出信号通过耦合电容(C7)到由运算放大器(A5)、(A6)组成的主放大器进行二级放大，电阻(R12)、(R13)、电位器(W1)和电阻(R15)、(R16)、电位器(W2)分别为决定(A5)、(A6)二级运算放大器的坛益的元件，电容(C10)是去除输出的毛刺信号，消除奇生效应。放大器的输出经电容(C11)耦合到施密特电路(A7)整形，输出为矩形波脉冲，其中的电阻(R17)、(R18)、(R19)都是施密特电路的偏置电路，(C12)、(C13)是抗干扰电容，这二个电容组成的抗干扰网络能消除主放大器输出中的毛刺干扰信号。施密特电路的输出信号经相位分离器(A8)将信号一路送至延迟电路A，一路送至延迟电路(A10)，电容(C18)、电阻(R24)使输入的矩形波转换成负的尖脉冲信号而触发电路(A10)并延迟输出，延迟时间常数决定于(R25)和电容(C19)，(A9)的工作原理与(A10)相同，采用此电路目的是为了防止随机噪声产生一个干扰带来的误动作，使控制器只接收具有人移动特性频率的信号，即第一个脉冲信号后面必定要跟一个反相的脉冲信号，这第二个脉冲信号必须在继第一个脉冲信号后规定的时间内出现，才能使后级的一致电路H(D1)有输出(输出为低电平)进一步防止其它无效信号的进入。这一延迟时间可根据红外控制器的应用不同而定，若作为报警用一般选用5～6秒，若作照明用可选用15～20秒。从(D1)出来的低电平信号经过由与非门(D2)、(D3)、电子开关(A11)及有记忆能力的元件(A12)组成的重复触发记忆电路，在有(D1)输出的低电平信号时，(D2)输出高电平，(D3)输出低电平，电路(A12)被触发翻转输出高电平信号，同时，(A11)打开，(A12)电路的翻转电平被(A11)钳制在低电平，(A12)电路此时还没有记忆作用，当(D1)输出的低电平信号回复到高电平时，(D2)输出低电平，(D3)输出高电平、(A11)关断，(A12)电路开始有记忆作用，使(A12)在记忆时间内不翻转一直处于高电平输出状态。记忆电路的记忆时间是可调的，它可以通过调节孔(22)对电位器(W3)(1.0～1.5M)调整设定，调整范围可在5～10分钟左右，每次当人进入控制视场内移动的一个动作信号可记忆这么长的时间，这样就能保证只要人(除睡着外)在这段时间内总会有一次幅度较大的移动信号进入本控制器，而下一次的记忆时间又从这最后一次的动作时间开始，这样不断的重复触发及记忆使本装置一直处于接通负载电源的控制状态，例如照明灯的点亮。直到人离开这控制场所，控制器经延迟后才把负载电源切断，或把照明灯关闭，因此这个记忆时间也就是人离开这个控制场所后控制器自动切断负载电源的延迟时间。本电路的设计，使本装置的传感元件与红外辐射源的光路中不用透镜或反射镜，而只用光学干涉滤光片使视场角加大，具有记忆作用，不断的接收红外信号，达到自动控制的目的。从重复触发记忆电路输出的信号经双向可控硅无触点开关(A13)直接驱动负载(A14)，可控硅无触点开关由光电耦合器来传输信号，并通过双向可控硅来直接带动负载，以隔离输出的负载回路与控制回路的相互影响。本电路的可控硅触发采用零电流截止，零电压触发导通的控制方法，这种电路对外的射频干扰很小，无触点、无火花、提高了本装置的可靠性。
本装置用的电源及其被操纵的各种电器设备的电源可采用交流或直流电源。用交流电源时本控制装置的各电路的电源需用直流稳压电源(A15)稳压电源输出采用分路输出，其P、Q、K输出端各对应供给线路中P′、Q′、K′端，以隔离各级电路之间的相互影响。对红外传感器及前置放大器的电源再采用一级电子滤波器(A16)以减少纹波电压。当本装置用直流电源供电时，可采用退耦分路输出的方法来减少各级电路的相互影响。被控制的电器设备用直流电源时，本装置最后的无触点开关可采用晶体管，也可用直流继电器。电阻(R29)、(R30)和发光二级管(T3)、(T4)组成了二套发光二级管的电源指示电路，在电源的进线端装保险丝(BX)以保安用。
以上线路可组装在图2的外壳(20)内，外壳用金属材料，定位安装架(21)与外壳(20)用可调螺钉系统(23)连接，使整个控制器的视场方向可调，定位安装架(21)与可调螺钉(23)，采用金属制成，接线柱(24)用来接输入输出电线用。延迟调节孔(22)对准可调电位器W3。
权利要求
1.一种自动照明，报警及各种电器设备用的遥控装置，是利用接收某种红外辐射源移动时辐射的红外线作为控制信号的装置，其特征是红外辐射源在由光学干涉滤光片及红外传感器组成的传感元件的视场内移动时，其红外辐射线信号通过光学干涉滤光片被红外传感器接收并转换成电压信号后经过前置放大器、二阶有源滤波器，二级主放大器、抗干扰网络、施密特触发器、相位分离器、延迟电路、一致电路及重复触发记忆电路的放大、整形、处理后通过无触点开关自动、及时的开启照明、报警或其它各种电器设备的电源开关，当红外辐射源离开该视场后可按需调节不同延迟时间自动关闭照明、报警或其它各种电器设备的电源开关的一种自动遥控装置。
2.如权利要求
1所述的这种控制装置所用的电源及其被操纵的各种电器设备的电源可采用交流或直流电源，用交流电电源时本控制装置的各级电路的电源需用直流稳压电源，其输出至各级电路的直流电压采用了分路输出，直流稳压电源的输出P、Q、K端分别到电路的P′、Q′、K′电源输入端，其中传感器及前置放大器所用直流的稳压电源再经一级电子滤波器单独供给，用直流对本装置供电时，采用退耦分路输出的方法，被控制的电器设备用直流电源时，本装置最后的无触点开关可采用晶体管或直流继电器，供电电源输入端用保险丝保安，用二套发光二极管的指示电路指示电源的通断状态。
3.如权利要求
1、2所述的这种控制装置安装在金属外壳内，本装置的定位安装架与装置外壳的连接采用可调螺钉系统，控制器的视场方向可以通过可调螺钉系统调节，定位安装架及可调螺钉系统用金属材料制成，其外壳上安装有接线用的接线柱，还装有一只电源保险丝及二只电源指示灯，外壳上还有一个延迟时间调节孔，此孔对准调节延迟时间的可变电位器。
4.如权利要求
1所述的光学干涉滤光片可以跟据不同的红外辐射波长选用，用于接受人体红外辐射时，用透区为8～14微米的锗光学干涉滤光片，红外传感器用Li TaO3多元红外传感器，二者配用视场角可达120度，锗光学干涉滤光片和红外传感器可以封装在一个元件中组成红外传感元件，也可以分开安装。
5.如权利要求
1所述的红外传感器输出信号经过的电路通路为信号经过一个由场效应管和电阻组成的阻抗匹配器，其中输入级的一只高阻抗栅漏电阻阻值在1000MΩ左右，经与阻抗匹配后信号送到前置运算放大器进行信号的前置放大，然后经过电容耦合送到由运算放大器集成电路组成的二阶有源滤波器，该滤波器的工作频带范围在0.5～4.2Hz左右，经滤波器滤波后的信号通过电容耦合到由运算放大器组成的二级主放大器进行信号放大，再通过电容耦合经过由二个电容组成的抗干扰网络到施密特整形的集成电路，其输出经相位分离器分离后分二路分别输入到二个延迟集成电路，经一致电路后进入重复触发记忆集成电路、其输出的信号经双向可控硅无触点开关直接驱动各种电器设备的负载，双向可控硅触发采用零电流截止，零电压触发导通的控制方法。
6.如权利要求
1、5所述的重复触发记忆电路由二个与非门电路及一个电子开关及一只记忆元件组成的记忆电路，记忆时间可以调节，该时间就是关闭照明、报警或其它各种电器设备的延迟时间。
专利摘要
本发明涉及一种无需发射信号，利用接收人体辐射的红外线来控制负载电源开、关的被动式红外线自动遥控装置。本发明的光路系统采用价格低，透过率高的光学滤光片与一个多元红外传感器组成的红外传感元件来接收及转换信号，再经过放大、整形及有记忆功能的电路处理后去控制负载的电源开关。本装置视场角大、视场连续、成本低、线路结构简单、抗干扰性能好。该装置作为照明控制能节电30％～50％
文档编号G01D5/26GK85102788SQ85102788
公开日1986年9月10日 申请日期1985年4月1日
发明者熊建国 申请人:上海市长虹灯具厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan