基于pir的運動檢測

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1、基于PIR的運動檢測：傳感器解決方案作者：ZackAlbus(MSP430應(yīng)用)這種解決方案幾乎無處不在，如鄰居的私人車道、超市，而在住宅和工作場所的走廊上更是應(yīng)用得越來越多。相關(guān)解決方案既不十分復(fù)雜，價格也不昂貴，而其應(yīng)用范圍已經(jīng)深入到我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。這就是運動檢測器。無論是安裝在隔壁的安防燈，還是自動光控智能器件，運動檢測都是一種非常有用的技術(shù)，其在為我們帶來更高安全性的同時還能幫助我們節(jié)約成本。本文將探討如何使用無源紅外(PIR)傳感器實現(xiàn)簡單的運動檢測器。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，設(shè)計人員必須確保實現(xiàn)兩個目標：即低功耗和低成本，二者都是設(shè)計運動檢測器時必需考慮的關(guān)鍵要素。我們

2、首先討論硬件。我們針對本設(shè)計選定的傳感器是Glolab(www.glolab.com)PIR325對偶元素熱釋傳感器(dualelementpyroelectricsensor)。從單元素(singleelement)到四元素，市面上有多種PIR傳感器可供選擇。每種產(chǎn)品的基本原理相同：晶體物質(zhì)(crystallinematerial)在紅外線的輻射下產(chǎn)生電荷，輻射情況的變化（即熱量的變化）會導(dǎo)致電荷的變化，而集成了高靈敏度FET元件的傳感器可以感知到這些變化。下圖1顯示了傳感器檢測到紅外輻射出現(xiàn)變化時的輸出特性。傳感器具有一個內(nèi)置的光學(xué)濾波器，能夠?qū)z測到的輻射限制在人體輻射8～14

3、um波長的范圍內(nèi)。圖1.PIR325與信號輸出可將輻射變化進行內(nèi)部放大，并在外部進行模擬輸出脈沖的測量。VCC信號輸出仍然很小，因此要特別注意設(shè)計方案必須能檢測到幾毫伏甚至幾十微伏這樣細微的峰至峰變化，但這要取決于傳感器與輻射體之間的距離以及輻射體的大小。此外，輸出偏移電壓由VCC決定。在此實例中，我們選擇3V電池供電，輸出偏移電壓為500mV。條件是必須將信號放大至可以使用的范圍，毋庸置疑，使用額外的放大器級(amplifierstage)來實施放大工作是一種切實可行的解決方案。放大器級的增益取決于用于后端處理的、最終的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換方法。設(shè)計中通常針對A/D轉(zhuǎn)換采用簡單比較器

4、，其輸出可驅(qū)動繼電器或者觸發(fā)微控制器(MCU)以執(zhí)行某些功能。在這種情況下，僅存在兩種可能的結(jié)果：高電平或低電平。對于穩(wěn)定性更高的實施方案而言，可以用高準確度A/D轉(zhuǎn)換器替代比較器，向MCU提供更多的信息以執(zhí)行高級信號處理(advancedsignalprocessing)。無論是比較器還是低成本的高精度A/D轉(zhuǎn)換器，一般要求其增益級放大1,000倍或以上。針對該設(shè)計案例，我們采用了一種獨特的方案。為了降低成本和功耗，我們選用了單芯片MCU，其在同一芯片上集成了所有必需的元件，這使該解決方案具有更小的體積、更低的成本、更易于設(shè)計和控制。我們選定的MCU集成有16位A/D轉(zhuǎn)換器，從而使

5、測量精度更高，而且對傳感器的增益需求較低。MCU較重要的特性很可能是將集成可編程增益放大器(PGA)嵌入到A/D轉(zhuǎn)換器中，以便直接進行傳感器連接。要使模擬連接更簡單直接，PGA及A/D轉(zhuǎn)換器的輸入應(yīng)為全差動，這不僅有助于處理信號的較大偏移，而且還能使傳感器的小信號輸出與A/D轉(zhuǎn)換器動態(tài)范圍的匹配最大化。當然，傳感器自身的輸出并不是差動信號。使用傳感器自身的輸出信號來針對反相PGA輸入創(chuàng)建DC偏置可以解決這一問題。圖2給出了傳感器與MCU及模擬信號鏈相連的詳細圖示。圖2.模擬輸入配置在該案例的配置中，可用傳感器的源極輸出S經(jīng)由小型抗混淆信號RC濾波器(R1/C1)向PGA的非反相輸入端

6、提供所需的輸出信號。另外，可將該輸出信號用于為差分對的A輸入端創(chuàng)建所需的DC偏壓，這可通過在A輸入端使用較大型RC低通濾波器(R2/C2)來完成。RC濾波器足夠大時，不僅能夠過濾信號的噪聲，而且還能過濾相關(guān)的信息信號，從而創(chuàng)建可根據(jù)VCC進行自動調(diào)整的DC電平。其優(yōu)勢在于，無需附加電路便可創(chuàng)建獨立的偏移電壓。該配置的A/D轉(zhuǎn)換器輸出約為60uV/LSB，這一結(jié)果是基于如下條件計算得出：1.2V內(nèi)部參考電壓、PGA增益為16倍（VLSB=[(1.2/2)/16]/[216-1]）。盡管許多運動／現(xiàn)場檢測系統(tǒng)(presencedetectionsystem)可能需要單位數(shù)(singled

7、igit)毫伏級的靈敏度，但檢測范圍為幾十米的通用系統(tǒng)也可采用圖2所示的設(shè)計。由于這些系統(tǒng)具有極高的分辨率，因而需要額外放大傳感器的輸出。既然定義了模擬接口，那么控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計當屬第二大重要因素。請謹記，低成本和低功耗是設(shè)計人員需要實現(xiàn)的兩個主要目標。所選擇的硬件想要滿足以上目標的確尚需時日，因為硬件不僅要通過模擬和數(shù)字集成來實現(xiàn)低成本，而且還要使集成組件的電源管理簡便易行，以實現(xiàn)低功耗。但是，高效率的軟件開發(fā)是達到上述目標的關(guān)鍵。圖3顯示了系統(tǒng)的高級