專利名稱：微波紅外感應(yīng)控制裝置及其信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)控制裝置，尤其是涉及一種微波紅外感應(yīng)控制裝置及其信號 處理的方法。
背景技術(shù)：
在照明控制領(lǐng)域，目前較常用的燈控人體感應(yīng)器以單聲控感應(yīng)和單紅外感應(yīng)居 多。其中，聲控感應(yīng)主要是通過感測聲音來控制燈亮；紅外感應(yīng)是通過紅外傳感器感測人的 走動來控制燈的亮滅。此外，還可采用微波感應(yīng)來感測，其是通過微波信號源產(chǎn)生的信號遇 物體反射，根據(jù)多普勒效應(yīng)，當物理遠離時，反射波的頻率降低，當物理相向而行時，反射波 的頻率升高，因此通過分析反射波信號與發(fā)射波信號的頻率差頻信號即可得到物體的移動 信息。但是，對于聲控感應(yīng)裝置來說，由于需要較大的聲音才能被其感測，所以容易產(chǎn)生噪 音且影響他人；此外也受自然環(huán)境的影響較大，容易發(fā)生誤操作。對于單紅外感應(yīng)器或者單 微波感應(yīng)器來說，都存在理論和實際使用中的探測盲區(qū)，由于人體移動的速度、方向不同則 會產(chǎn)生不同的探測距離，因此在單紅外或單微波感應(yīng)器的探測區(qū)域移動時，由于移動的方 向和速度不同則感應(yīng)器的反應(yīng)靈敏度也會不同。此外，紅外感應(yīng)器僅對探測區(qū)域橫向運動 的物體有較高的探測靈敏度，且單個紅外感應(yīng)器的探測角度范圍為較小的110° ；微波感應(yīng) 器對其正對的縱向運動的物體有較高的探測靈敏度，且其容易受到風(fēng)、雨和小動物的移動 的影響而產(chǎn)生誤操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點與不足，提供一種能夠探測較大角度范 圍以及在橫向和縱向均有較高靈敏度的微波紅外感應(yīng)控制裝置。此外，本發(fā)明還提供所述微波紅外感應(yīng)控制裝置的信號處理方法，可排除非人動 的干擾，達到準確控制的效果。一種微波紅外感應(yīng)控制裝置，包括微波感應(yīng)器、第一紅外感應(yīng)器、第二紅外感應(yīng) 器、第三紅外感應(yīng)器、信號放大器以及主控制模塊。所述第二紅外感應(yīng)器設(shè)置在第一紅外感 應(yīng)器和第三紅外感應(yīng)器之間的對稱軸方位上。微波感應(yīng)器設(shè)置在第二紅外感應(yīng)器的上方或 下方并與第二紅外感應(yīng)器的檢測方向一致。所述主控制模塊包括處理信號的單片機和繼電 器，所述微波感應(yīng)器和紅外感應(yīng)器通過各自的信號放大器連接至主控制模塊。一種微波紅外感應(yīng)控制裝置的信號處理方法，其特征在于包括步驟1)每1毫秒進行一次微波信號采樣，讀取微波信號的幅度值K,并將幅度值A(chǔ)n與 一設(shè)置的第一參照值D比較，當An > D時，控制幅值計數(shù)器累加1 ；2)將兩次連續(xù)的微波信號幅度值A(chǔ)lri和An分別與0. 196V和0. 117V做比較，其中 η為1、2……η的自然數(shù)；當前次幅度值A(chǔ)lri > 0. 196V，本次幅度值A(chǔ)n < 0. 117V時，控制過 零計數(shù)器累加1 ；3)以每300毫秒為一周期，獲得第m周期微波信號幅度值中的最大值M ；其中m為2、3、4……m的自然數(shù)；4)比較連續(xù)三個周期的過零計數(shù)器的累加值Fm_2、Fnri和Fm，獲得最大過零累加值Fmax = max {Fm_2、Fm^ Fj最小過零累加值Fmin = min {Fm_2、Fm^ Fj最大過零累加值和最小過零累加值之間的差值Fa = Fmax-Fmin ；5)判斷計數(shù)最大過零累加值Fmax和差值Fa是否滿足條件Fmax = 3 7，F(xiàn)a彡2 ； 或 F隱=8 10，F(xiàn)a 彡 3 ；或 Fmax = 11 17，F(xiàn)a 彡 4 ；或 Fmax 彡 18，F(xiàn)a 彡 5 ；6)當同時滿足步驟(5)的條件以及第m周期微波信號幅度值的最大值11>一設(shè)置 的第二參照值P時，或者滿足第m周期內(nèi)的幅值計數(shù)器的累加值大于60，則判斷微波信號有 效，即檢測到行人移動。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的微波紅外感應(yīng)控制裝置通過將紅外感應(yīng)器和微波感應(yīng) 器相結(jié)合，同時提高了橫向和縱向的感測靈敏度；同時三個紅外感應(yīng)器的設(shè)置提高了有效 探測角度范圍。相對于先有技術(shù)，本發(fā)明的信號處理方法克服了微波感應(yīng)器不能兼顧靈敏度高和 抗干擾的矛盾，在提高微波感應(yīng)器的靈敏度的同時可有效過濾無效的干擾信號，從而克服 了由于風(fēng)吹樹葉擺動或下雨、下雪和小動物造成的困擾。為了能更清晰的理解本發(fā)明，以下將結(jié)合


闡述本發(fā)明的具體實施方式
。

圖1是本發(fā)明微波紅外感應(yīng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明微波紅外感應(yīng)控制裝置的信號處理流程圖。圖3是圖2所示步驟S5微波采樣的具體工作流程圖。圖4是圖2所示步驟S8處理微波信號的具體工作流程圖。
具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明的微波紅外感應(yīng)控制裝置包括一個紅外感應(yīng)器組10和一個微 波感應(yīng)器20。所述紅外感應(yīng)器組10包括第一紅外感應(yīng)器12、第二紅外感應(yīng)器14和第三紅 外感應(yīng)器16。在物理安裝位置上，所述第二紅外感應(yīng)器14設(shè)置在所述第一紅外感應(yīng)器12 和第三紅外感應(yīng)器16之間的對稱軸上，從而使紅外感應(yīng)器組10的檢測角度擴大至270°。 所述微波感應(yīng)器20的檢測方向與第二紅外感應(yīng)器14的檢測方向一致，并設(shè)置在第二紅外 感應(yīng)器14的上方或下方。每一個紅外感應(yīng)器和微波感應(yīng)器均分別連接至各自獨立的放大 器(圖未示)，從而抑制了各感應(yīng)器相互間的信號干擾。各紅外感應(yīng)器和微波感應(yīng)器12經(jīng) 過各自的放大器連接至一主控制模塊(圖未示)中，所述主控制模塊包括處理信號的單片 機以及控制電燈開或關(guān)的繼電器。此外，本發(fā)明的微波紅外感應(yīng)控制裝置還設(shè)置有分別與主控制模塊電連接的采集 模式開關(guān)、靈敏度調(diào)節(jié)開關(guān)、亮燈時間調(diào)節(jié)旋鈕、環(huán)境光探測器和溫度探測器。調(diào)節(jié)所述采 集模式開關(guān)可選擇自動、測試和光控三個檔位，從而使本發(fā)明的微波紅外感應(yīng)控制裝置在 選擇的工作模式下工作，其中自動模式為在亮燈后延時1分鐘到12分鐘(根據(jù)亮燈時間調(diào) 節(jié)旋紐選定的時間確定)，測試模式為每感應(yīng)一次亮燈5秒鐘不延時，光控模式為根據(jù)環(huán)境亮度控制燈常亮或常滅；靈敏度調(diào)節(jié)開關(guān)具有15個調(diào)節(jié)檔位供調(diào)節(jié)微波紅外感應(yīng)控制裝 置的靈敏度；亮燈時間調(diào)節(jié)旋鈕可連續(xù)調(diào)節(jié)控制1分鐘至12分鐘的亮燈時間；所述環(huán)境光 探測器和溫度探測器探測周遭環(huán)境的亮度和溫度信息，并將信息傳送至主控制模塊中。以下詳細說明本發(fā)明微波紅外感應(yīng)控制裝置的具體信號處理和控制方法。請參閱圖2，其是所述微波紅外感應(yīng)控制裝置的信號處理流程圖。Sl 首先進行單片機初始化。S2:然后向微波感應(yīng)器提供電源。所述電源是采用方波脈沖的供電方式，從而可降 低微波感應(yīng)器的靜態(tài)功耗。S3 預(yù)熱40秒，并開始計時。S4 判斷計時時間是否為1毫秒；若為否，則返回步驟S4繼續(xù)判斷；若為是，則進 入下一步S5。S5 控制微波感應(yīng)器20進行微波信號采樣。S6 判斷計時時間是否為10毫秒。如果為否，則進入步驟S60 開始進行同步信號 處理，然后返回步驟S4，判斷計時時間是否為1毫秒，若為是，則進入步驟S5控制微波感應(yīng) 器進行微波信號采樣，然后進入步驟S6判斷計時時間是否為10毫秒。若為否，則進入步驟 S61 對測試信號進行處理，然后再次返回步驟S4，重復(fù)上述處理步驟S4、S5和S6。然后在 未到10毫秒之前的每一毫秒的步驟分別再依序處理步驟S62 處理第一紅外信號；S63 處 理模式開關(guān)信號；S64 處理第二紅外信號；S65 處理手動調(diào)節(jié)信號；S66 處理第三紅外信 號；S67 處理靈敏度調(diào)節(jié)信號；S68 處理環(huán)境光信號；S69 處理溫度信號。然后返回步驟 S4，判斷計時時間是否為1毫秒，若為是，則進入步驟S5控制微波感應(yīng)器進行微波信號采 樣，然后進入步驟S6判斷計時時間是否為10毫秒。若為是，則進入步驟S7。S7 判斷計時時間是否為300毫秒。如果為否，則返回步驟S4 ；若為是，則進入步 驟S8。S8:處理微波信號。S9:判斷處理后的微波信號是否有效而發(fā)出是否亮燈指示，若為否，則返回步驟 S4，若為是，則進入步驟S10。SlO 由亮燈計時器對亮燈時間進行計時，判斷計時時間是否為設(shè)置時間T (通過 手動調(diào)節(jié)亮燈時間調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)置的1分鐘-12分鐘可調(diào))。若為否，則返回步驟S4，若為是， 則進入步驟Sll。Sll 控制滅燈。在上述信號處理流程中，微波信號用15Bit的A/D轉(zhuǎn)換器按1024us的速率(約1 毫秒鐘)即控制所述微波感應(yīng)器采集一次微波信號，并且在連續(xù)10毫秒中的每1毫秒的步 驟中分別依序處理同步信號、測試信號、第一紅外信號、模式開關(guān)信號、第二紅外信號、手動 調(diào)節(jié)信號、第三紅外信號、靈敏度調(diào)節(jié)信號、環(huán)境光信號以及溫度信號。每間隔300毫秒即 對微波信號進行處理，然后做出是否亮燈的判斷。其中，所述同步信號是判斷是否存在同步 交流電源信號。所述測試信號是本裝置在出廠之前供技術(shù)人員檢測調(diào)試紅外信號或微波信 號所設(shè)置的信號處理步驟，若為正常的工作模式則測試信號不工作。手動調(diào)節(jié)信號是判斷 是否為手動調(diào)節(jié)模式，若為手動調(diào)節(jié)模式，則控制燈常亮或常滅，若為非手動調(diào)節(jié)模式，則 根據(jù)本發(fā)明的具體工作流程判斷控制燈的開關(guān)。
請參閱圖3，其是圖2所示的步驟5微波采樣的具體工作流程圖。S51 讀取第η次(η為1、2……η的自然數(shù))微波信號的幅值Αη。S52 將步驟S51讀取的幅值A(chǔ)n與一第一參照值D作比較。若An大于D，則進入步 驟S53 ；若An小于D，則進入步驟S54。所述第一參照值D是根據(jù)調(diào)節(jié)靈敏度調(diào)節(jié)開關(guān)所選 取的靈敏度值以及溫度探測器探測的溫度值共同確定的參數(shù)值，其取值范圍為0. 75V 2. 0V，分成15檔。S53 幅值計數(shù)器Cl加1。S54 比較η-1次讀取的微波信號的幅值A(chǔ)lri是否大于0. 196V，若為是，則進入步 驟S55 ；若為否，則進入步驟S541 比較第η次微波信號的幅值A(chǔ)n是否大于0. 196V。在步 驟S541中，若為否，則進入步驟S511，若為是，則進入步驟S57。S55 比較第η次微波信號的幅值々 是否小于0. 117V。若為是，則進入步驟S56 ； 若為否，則進入步驟S511。S56 過零計數(shù)器C2加1。S57 比較第η次微波信號的幅值A(chǔ)n是否大于存儲在記錄里的最大值Μ，若為是，進 入步驟S58，若為否，則進入步驟S59。S58 將第η次微波信號的幅值A(chǔ)n存儲作為最大值Μ。S59 比較第η次微波信號的幅值A(chǔ)n是否小于存儲在記錄里的最小值K，若為是，進 入步驟S510，若為否，則進入步驟S511。S510 將第η次微波信號的幅值A(chǔ)n存儲作為最小值K。S511 微波信號采樣結(jié)束。在微波采樣的具體工作流程中，首先判斷微波信號的幅值A(chǔ)n是否大于第一參照值 D，如果是大于第一參照值D，則幅值計數(shù)器Cl加1。由于第一參照值D是根據(jù)靈敏度及溫 度而設(shè)定的可調(diào)參數(shù)，此幅值計數(shù)器Cl主要反映了本發(fā)明裝置在一定靈敏度及溫度的條 件下的有效幅度值A(chǔ)超過第一參照值D的次數(shù)，在后續(xù)的處理流程中，只要該有效幅度值A(chǔ) 超過第一參照值D的次數(shù)達到一定值即可作為微波信號有效的判斷依據(jù)。第一參照值D的 大小確定了檢測橫向移動目標的靈敏度，克服了現(xiàn)有技術(shù)中僅通過判斷頻率的方法來判斷 橫向移動的目標靈敏度的問題。因此，步驟S52可提高對于橫向移動物體的探測靈敏度。接著判斷連續(xù)兩次采樣微波信號的幅值的波動趨勢，僅當Alri大于0. 196V且An小 于0. 117V時，過零計數(shù)器C2加1。該過零計數(shù)器C2的上限值為100，即當累積計數(shù)大于 100時停止加1。每300毫秒作為一個周期的過零計數(shù)器C2的值反映了物體移動的頻率， 尤其是在正對微波感應(yīng)器的縱向方向上具有較高的探測靈敏度。請參閱圖4，其是步驟S8處理微波信號的具體工作流程圖。以300毫秒為一個周期，對微波信號進行一次處理。在此步驟S8中，存儲了連續(xù) 3個周期對微波信號處理的過零計數(shù)器C2的計數(shù)值，分別設(shè)為Fm^Flrt和Fm(m為大于或等 于2的自然)，然后對其比較，具體處理方法為S81 將第m-2周期的C2的計數(shù)值存為Fm_2。S82 將第m-1周期的C2的計數(shù)值存為Fm^S83 將第m周期的C2的計數(shù)值存為Fm。S84 比較 Fm_2、Fm^1 和 Fm，得到
計數(shù)最大值Fmax = max {Em_2、Enri、Fj 和計數(shù)最小值 Fmin = min {Fm_2、Fnri、Fj 以及 差佶F=F -F
^r- I且 1 a 1 max 1 min°S85 判斷計數(shù)最大值Fmax和差值Fa是否滿足以下任一條件 _1] (I)Fmax = 3 7，F(xiàn)) 2;(2)Fmax = 8 10，F(xiàn)a>3;(3) Fmax= 11 17，F(xiàn))4;(4D 18，F(xiàn))5;若滿足其中之一的條件，則進入步驟S86，若不滿足上述的條件，則進入步驟S87。S86 判斷第m周期存儲的最大值M是否大于第二參照值P。若為是，則進入步驟 S88，若為否，則進入步驟S87。該第二參照值P同樣是由調(diào)節(jié)靈敏度調(diào)節(jié)開關(guān)所選取的靈敏 度值以及溫度探測器探測的溫度共同確定的參數(shù)值，其取值范圍為0. 3V 1. 0V。S87 判斷檢測的微波幅值A(chǔ)超過第一參照值D的次數(shù)是否大于60次，若為是，則 進入步驟S88，若為否，則進入步驟S89。S88 判斷微波信號為有效。然后進入步驟S9，如果環(huán)境光亮度滿足亮燈條件，則 亮燈，并根據(jù)時間電位器的值復(fù)位亮燈計時器。S89 判斷微波信號為無效。在步驟S8的處理微波信號的工作流程中，首先判斷過零計數(shù)器C2在連續(xù)3個周 期的計數(shù)值(頻率)的最大值和最小值以及最大值與最小值之間的差值是否滿足設(shè)置的參 數(shù)條件，即當連續(xù)3個周期的頻率變高或變低時，可判斷為有效信號。然后再判斷第m周期 存儲的最大值M是否大于第二參照值P，若同時滿足上述條件，則可判斷微波信號有效，控 制燈亮。此外，不管上述的條件是否滿足，只要滿足幅度計數(shù)器Cl累積的次數(shù)大于60，即可 判斷微波信號有效。即幅度計數(shù)器Cl的次數(shù)反映了探測橫向移動物體的情況，而連續(xù)三個周期的過 零計數(shù)器C2的計數(shù)值以及在本周期的最大值M反映了探測縱向移動物體的情況。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過將紅外感應(yīng)器和微波感應(yīng)器相結(jié)合，同時提高了橫 向和縱向的感測靈敏度；同時三個紅外感應(yīng)器的設(shè)置提高了有效探測角度范圍。此外，本發(fā) 明的信號處理方法克服了微波感應(yīng)器不能兼顧靈敏度高和抗干擾的矛盾，在提高微波感應(yīng) 器的靈敏度的同時可有效過濾無效的干擾信號，從而克服了由于風(fēng)吹樹葉擺動或下雨、下 雪和小動物造成的困擾。本發(fā)明并不局限于上述實施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明 的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā) 明也 圖包含這些改動和變形。
權(quán)利要求
一種微波紅外感應(yīng)控制裝置，其特征在于包括微波感應(yīng)器、第一紅外感應(yīng)器、第二紅外感應(yīng)器、第三紅外感應(yīng)器、信號放大器以及主控制模塊，所述第二紅外感應(yīng)器設(shè)置在第一紅外感應(yīng)器和第三紅外感應(yīng)器之間的對稱軸方位上，微波感應(yīng)器設(shè)置在第二紅外感應(yīng)器的上方或下方并與第二紅外感應(yīng)器的檢測方向一致，所述主控制模塊包括處理信號的單片機和繼電器，所述微波感應(yīng)器和紅外感應(yīng)器通過各自的信號放大器連接至主控制模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的微波紅外感應(yīng)控制裝置，其特征在于包括分別連接于主控制 模塊的采集模式開關(guān)、靈敏度調(diào)節(jié)開關(guān)、亮燈時間調(diào)節(jié)旋鈕、環(huán)境光探測器和溫度探測器。
3.如權(quán)利要求1所述的微波紅外感應(yīng)控制裝置，其特征在于所述主控制模塊給所述 微波感應(yīng)器提供方波脈沖電源以降低微波感應(yīng)器的靜態(tài)功耗。
4.一種微波紅外感應(yīng)控制裝置的信號處理方法，其特征在于包括步驟1)每1毫秒進行一次微波信號采樣，讀取微波信號的幅度值K，并將幅度值A(chǔ)n與一設(shè) 置的第一參照值D比較，當An > D時，控制幅值計數(shù)器累加1 ；2)將兩次連續(xù)的微波信號幅度值A(chǔ)lri分別與0. 196V和0. 117V做比較，其中η為 1、2……η的自然數(shù)；當前次幅度值A(chǔ)lri > 0. 196V，本次幅度值Αη< 0. 117V時，控制過零計 數(shù)器累加1 ；3)以每300毫秒為一周期，獲得第m周期微波信號幅度值中的最大值M；其中m為2、 3、4……m的自然數(shù)；4)比較連續(xù)三個周期的過零計數(shù)器的累加值Fm_2、Fffl^1和Fm，獲得最大過零累加值Fmax = max {Fm_2、Fnrl、Fj最小過零累加值Fmin = min {Fm_2、Fm^1 > Fj最大過零累加值和最小過零累加值之間的差值Fa = Fmax-Fmin ；5)判斷計數(shù)最大過零累加值Fmax和差值Fa是否滿足條件Fmax= 3 7，F(xiàn)a彡2 ；或Fmax =8 10，F(xiàn)a 彡 3 ；或 Fmax = 11 17，F(xiàn)a 彡 4 ；或 Fmax 彡 18，F(xiàn)a 彡 5 ；6)當同時滿足步驟(5)的條件以及第m周期微波信號幅度值的最大值11>一設(shè)置的第 二參照值P時，或者滿足第m周期內(nèi)的幅值計數(shù)器的累加值大于60，則判斷微波信號有效， 即檢測到行人移動。
5.如權(quán)利要求4所述的信號處理方法，其特征在于所述步驟3)的具體步驟為將每 一毫秒讀取的幅度值A(chǔ)n與存儲器內(nèi)存儲的最大值M做比較，若An > M，則將An存儲作為最 大值M。
6.如權(quán)利要求5所述的信號處理方法，其特征在于在所述步驟3)之后還包括步驟 在以300毫秒為一周期內(nèi)的每連續(xù)10毫秒中，在每一毫秒的操作中存儲了幅度值最大值M 后，分別在每一秒依序處理同步信號、測試信號、第一紅外信號、模式開關(guān)信號、第二紅外信 號、手動調(diào)節(jié)信號、第三紅外信號、靈敏度調(diào)節(jié)信號、環(huán)境光信號以及溫度信號。
7.如權(quán)利要求1所述的信號處理方法，其特征在于在所述步驟6)之后還包括步驟 控制亮燈，并對亮燈時間計時，達到亮燈預(yù)設(shè)時間后控制滅燈。
8.如權(quán)利要求1所述的信號處理方法，其特征在于所述第一參照值D和第二參照值P 是根據(jù)選取的靈敏度值以及探測的環(huán)境溫度值共同確定的參數(shù)值，第一參照值D的取值范 圍為0. 75V 2. 0V,第二參照值P的取值范圍為0. 3V 1. 0V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微波紅外感應(yīng)控制裝置及其信號處理方法。所述微波紅外感應(yīng)控制裝置包括微波感應(yīng)器、第一紅外感應(yīng)器、第二紅外感應(yīng)器、第三紅外感應(yīng)器、信號放大器以及主控制模塊。所述第二紅外感應(yīng)器設(shè)置在第一紅外感應(yīng)器和第三紅外感應(yīng)器之間的對稱軸方位上。微波感應(yīng)器設(shè)置在第二紅外感應(yīng)器的上方或下方并與第二紅外感應(yīng)器的檢測方向一致。所述主控制模塊包括處理信號的單片機和繼電器，所述微波感應(yīng)器和紅外感應(yīng)器通過各自的信號放大器連接至主控制模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的微波紅外感應(yīng)控制裝置提高了橫向和縱向的感測靈敏度；同時三個紅外感應(yīng)器的設(shè)置提高了有效探測角度范圍，并具有很顯著的抗干擾效果。
文檔編號H03K17/945GK101951709SQ20101025712
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者葉全豐, 紀鋼鐵 申請人:廣州市番禺奧萊照明電器有限公司