引言

隨著太陽能產(chǎn)品受到越來越多的關(guān)注，其太陽能照明系列產(chǎn)品也得到了廣泛的認可。為此，本文根據(jù)市場需要，開發(fā)了一款應(yīng)用于太陽能系列產(chǎn)品的遠紅外信號探測模塊，以滿足其越來越高的功能要求。

人體是一個具有特定波長的紅外發(fā)射體,檢測這種紅外信號并予以放大處理，推動適當(dāng)?shù)呢撦d工作，便是熱釋電人體紅外傳感器及相關(guān)專用集成電路應(yīng)有的功能。

這種人體檢測技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性。如：常見的主動式紅外裝置,雖具有較高的靈敏度，也能靠人體阻擋紅外光束進行控制,但需發(fā)射和接收兩部分才能組成，且需嚴格對準,因而機構(gòu)復(fù)雜、要求精度高、調(diào)試困難，且人物不分，誤動作難于避免。而觸摸觸發(fā)方式雖為人體直接接觸，但不能拉開距離，人手不及的地方便無能為力。因此,人體紅外觸發(fā)的方式以其功耗低、可靠性高、不易被發(fā)現(xiàn)等優(yōu)越性受到廣泛關(guān)注。這種電路的核心元件為熱釋電紅外傳感器(PIR)和信號處理模塊，供電單元為太陽能電池板。本文介紹一種簡單可靠的、主要應(yīng)用于室內(nèi)的太陽能照明系列產(chǎn)品的紅外處理模塊的設(shè)計和應(yīng)用方法。該模塊亦可應(yīng)用于安防報警。本文主要針對太陽能照明系統(tǒng)進行闡述。

1  紅外處理模塊的組成

該紅外處理模塊主要由熱釋電紅外傳感器(PIR)、紅外處理電路(IV0201),電源管理電路(IV0103JV0104)及一塊太陽能電池板組成。其系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

系統(tǒng)的基本工作原理是以太陽能做為系統(tǒng)的能量來源，用太陽能板給蓄電池存儲的電量通過一個電源管理模塊給熱釋電紅外傳感器、信號處理模塊等供電。夜間，系統(tǒng)電源管理模塊將控制并點亮系統(tǒng)中的一顆主LED燈，當(dāng)沒有人進入探測區(qū)域時，副LED處于熄滅狀態(tài)，反之，副LED燈點亮做為輔助照明使用。以此節(jié)約太陽能板白天有限的充電電量,達到更加節(jié)能的效果（若做為安防報警使用，還需對電路進行簡單處理，本文不再闡述）。

本系統(tǒng)使用的是被動式探測方式，由于本身不發(fā)出任何輻射，因而功耗低、隱蔽性好。

2  熱釋電紅外傳感器（PIR）

熱釋電紅外傳感器是根據(jù)熱釋電效應(yīng)制成的一類紅外傳感器。當(dāng)熱電晶體溫度以一定頻率發(fā)生變化時，其面束縛電荷密度必然以同樣的頻率出現(xiàn)周期性的變化，并產(chǎn)生一個交變的電場，這便是熱釋電效應(yīng)的原理。如圖2所示。

熱釋電紅外傳感器包括兩個相互串聯(lián)且電極化方向相反的熱釋電元件。由于兩電極之間的輸出阻抗極高，所以，接入MOS管可做為阻抗變換之用，當(dāng)傳感器檢測范圍內(nèi)溫度有△T的變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上產(chǎn)生電荷△Q，即在兩電極之間產(chǎn)生微弱電壓應(yīng)△V。由于它的輸出阻抗極高，所以，傳感器中有一個場效應(yīng)管進行阻抗變換。通常熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷△Q會跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，△T=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別,將產(chǎn)生△T，故會有信號輸出；如果人體進入檢測區(qū)域后不動，則溫度將沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以，這種傳感器能檢測出人體或者動物的活動。

3  信號處理及電源管理模塊

采用線性濾波放大的方法是人體遠紅外信號處理的一種常見方法，有很多生產(chǎn)商根據(jù)PIR傳感器特性設(shè)計了專用的信號處理器，如HOLTEK的HT761X,PTI的PT8A26XXP,WELTREND的WT8072.BISS0001等。這些專用的人體遠紅外信號處理器基本上都包含有運算放大器、窗口比較器、線性穩(wěn)壓器及一些邏輯控制電路。因人體遠紅外信號的變化緩慢、幅值小（大約幾十到幾mV）,為了后續(xù)電路能有效地處理，并考慮到PIR傳感器的信噪比，所以，在設(shè)計IV0201時應(yīng)將增益選在100dB左右，帶寬基本為0.1?10Hz。同時，電源上的噪聲可能會直接加到PIR的輸出端，因此，為了保證后面放大器的工作穩(wěn)定可靠,這些處理器也都集成了一個穩(wěn)壓器來給傳感器、放大器和比較器供電，并經(jīng)常在PIR的電源端做一級濾波處理。圖3所示是系統(tǒng)電源管理模塊電路圖。 

電路的信號處理由IV0201完成。IV0201的功能完全可以取代LM324組成的紅外信號處理電路,且較LM324組成的紅外信號處理電路具有明顯的優(yōu)勢(成本低、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高)?；贗V0201的信號處理模塊電路如圖4所示。