自動門感應(yīng)器抗干擾性的研究與實踐

摘要：自動門首次出現(xiàn)是在二十世紀三十年代，幾十年來經(jīng)過了無數(shù)次的發(fā)展和創(chuàng)新，同時也為我們的生活帶來無數(shù)的便利。不管自動門怎樣推陳出新，它的核心部件始終都是感應(yīng)器，感應(yīng)器提供開門與關(guān)門的信號，感應(yīng)器所提供信號的準確程度決定著自動門的性能。本文主要討論怎樣提高現(xiàn)在商場常用的自動門中感應(yīng)器的抗干擾性，從而讓感應(yīng)器提供更加準確的控制信號，避免自動門無用的開關(guān)。

關(guān)鍵詞：門禁自動控制；感應(yīng)器；抗干擾性

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 21-0000-02

1 引言

自動門在我們的生活中的公共場所中幾乎無處不在，它是人們根據(jù)自身需要進行發(fā)明并創(chuàng)新的智慧結(jié)晶。曾經(jīng)有人說過，這個世界的科技進步和發(fā)明創(chuàng)造都是懶人推動的，正是由于人們想通過自己的聰明才智解放雙手多省力氣，才會有多種多樣的發(fā)明出現(xiàn)。在公共場所，傳統(tǒng)意義上的門已不能滿足人們的要求，人們希望它是智能的，就好比有個門童站在門口一樣，有人靠近門口要進來，門童就自動開門，進來后，門童又能自覺把門關(guān)上。門禁自動控制系統(tǒng)，就是人們期望中的門童。它可以把人接近門的動作或得到某種進入授權(quán)看作是一種開門信號，通過驅(qū)動系統(tǒng)將門打開，在人離開后再將門自動關(guān)閉。自動門給人們的生活帶來很大的方便，現(xiàn)在廣泛的使用在超市、銀行、醫(yī)院、機場、商場等公共場所。

現(xiàn)在我們見到的自動門由多種多樣，漂亮的圓形門，靈敏的對開門，遙控的車庫門等等，這些自動門的門禁控制系統(tǒng)都有一個核心部件，那就是感應(yīng)器。感應(yīng)器就好比人的感覺器官，眼耳口鼻，是自動門與外界交流的介質(zhì)。感應(yīng)器為核心，外圍電路配上安全裝置，信號處理裝置，開關(guān)門馬達，輔助控制設(shè)備裝置等等，就形成一個完備的自動門控制系統(tǒng)。

自動門感應(yīng)器的靈敏度、抗干擾性、盲區(qū)大小都是自動門性能的決定性因素。靈敏度如果不高，不僅不能為人們帶來方便，還有可能發(fā)生傷人事件。感應(yīng)器的盲區(qū)太大會降低自動門的工作效率，人們還有通過試探位置，才能控制門打開?？垢蓴_性是幾點性能中尤為重要的一點，自動門控制系統(tǒng)中，控制信號的來源是感應(yīng)器，如果感應(yīng)器傳出的是錯誤信號，那么整個控制系統(tǒng)處理的也將是錯誤信號。如感應(yīng)器在溫度較高時，會自身產(chǎn)生感應(yīng)信號，這是并不是由人的移動引起的外界變化，這時控制系統(tǒng)對這個信號進行相應(yīng)，控制自動門打開關(guān)閉都是空相應(yīng)，沒有意義，同時浪費資源。本文中將就現(xiàn)在常用的自動門感應(yīng)器的工作原理對它的抗干擾性能進行討論。

2 自動門感應(yīng)器電路介紹

目前常用的自動門感應(yīng)器主要基于兩種原理：一種是基于微波感應(yīng)原理的，它又叫微波雷達，它只對物體的移動動作進行相應(yīng)，所以反應(yīng)速度較快，適用于能夠以正常步速通過自動門的場所；這種原理的感應(yīng)器的主要缺點是一旦物體靜止不動，它便不再有相應(yīng)，自動門會關(guān)閉，這種情況下容易出現(xiàn)人員被門夾住的現(xiàn)象。另外一種是基于紅外原理的，它是對物體的存在進行反應(yīng)，不考慮人員是否移動，只要人員在感應(yīng)器的可視區(qū)范圍門，便可相應(yīng)；缺點是反應(yīng)速度較慢。這兩種感應(yīng)器可以共同使用，如根據(jù)人員流動特點，我們在辦公樓的大廳門上可以用微波感應(yīng)器，辦公室門可以用紅外感應(yīng)器。

自動門感應(yīng)器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，同時監(jiān)控馬達轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使門扇開啟；門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關(guān)門，通知馬達作反向運動，關(guān)閉門扇。

自動門感應(yīng)器的內(nèi)部電路可以分為信號檢測電路、信號放大電路、觸發(fā)封鎖電路、輸出延遲電路和繼電器控制電路。

3 通過傳感器獨特的設(shè)計提高抗干擾性

熱釋電人體紅外傳感器[1]的概念是在1938年提出的，它的主要原理是利用熱釋電效應(yīng)來檢測是否有紅外線輻射，但當時這一概念并沒有為人們所重視。隨著紅外技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用人們開始重視熱釋電效應(yīng)的研究，開始著手熱釋電晶體的應(yīng)用開發(fā)。近年來，隨著傳感器技術(shù)的多樣化，熱釋電人體紅外傳感器被廣泛的應(yīng)用在自動門控制電路中。

在自然界，一切高于絕對溫度的物體都能產(chǎn)生紅外線光譜，隨著物體表面積的不同，它所產(chǎn)生的光譜的波長也不同，紅外線波長和紅外線輻射的能量都與溫度高低有關(guān)。眾所周知，人的體溫是恒定值，穩(wěn)定在37攝氏度左右，這個恒定的溫度所輻射出的紅外線光譜的波長也是相同的。熱釋電人體紅外傳感器的原理其實很容易概括：利用熱釋電效用，檢測人發(fā)射的紅外線光譜，并將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號輸出。熱釋電效應(yīng)是指當某些晶體受熱時，會在晶體的兩端產(chǎn)生符號相反但數(shù)量相等的電荷，這種熱生電的電極化現(xiàn)象叫做熱釋電效應(yīng)，這種效應(yīng)只產(chǎn)生在特定晶體中。用這種晶體制成一種對溫度敏感的傳感器。

傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)式由壓電陶瓷（PZT）材料做成兩對很薄的薄片，每對薄片在兩端各引出一個電極，兩對薄片便形成了兩個等效的小電容C1和C2。這兩對薄片在制作的時候做在同一塊硅晶片上，目的是讓它們所形成的等效電容能自身長生極化，即熱釋電效應(yīng)。效應(yīng)的結(jié)果就是在等效電容兩端形成極性相反數(shù)量相同的正負電荷。在制作的時候，將這兩個等效小電容的極性反向串聯(lián)，通過兩個小電容產(chǎn)生的電流的抵消原理，形成基于熱釋電傳感器的自動門感應(yīng)器的抗干擾性能。

具體分析以下幾種檢測情況：當傳感器沒有檢測到人體發(fā)出的紅外線信號的情況下，由于C1、C2自身產(chǎn)生了熱生電效應(yīng)，就會在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電荷量相等的正、負電荷，但是這兩個電容的極性是相反串聯(lián)的，所以正、負電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出；當人體靜止在傳感器的檢測區(qū)域內(nèi)時，C1、C2所檢測到的紅外線光能的能量是相等的，且極性相反，能量相等極性相反的光電流在回路中彼此抵消掉了，傳感器仍然還是沒有信號輸出；當環(huán)境溫度變化而引起傳感器本身熱釋電效應(yīng)時，因為我們將C1、C2做在了同一硅晶片上，它所產(chǎn)生的極性相反、能量相等的光電流在回路中仍然彼此抵消，傳感器無輸出。傳感器對特定波長紅外線的響應(yīng)決定它只對人體移動所產(chǎn)生的紅外線輻射變化敏感，對靜止或移動很緩慢的人體不敏感，所以基于這種同一硅晶片上的方向串聯(lián)方式熱釋電人體紅外傳感器可以抵擋可見光和其他紅外線的干擾。

菲涅爾鏡片[2]是扣在熱釋電人體紅外傳感器外的，它通常和熱釋電人體紅外傳感器一同使用，它是根據(jù)菲涅爾原理制成的。菲涅爾鏡片和傳感器配套使用時作用有兩點：一是聚焦作用，即把檢測到的紅外線信號折射或者反射到PIR上；二是將傳感器要檢測的區(qū)域分為明區(qū)和暗區(qū)，當檢測區(qū)有人進入引起溫度變化的時候能夠在PIR上產(chǎn)生熱釋信號，從而產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。當人進入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光能透過鏡片被加強后聚焦到了熱釋電元件上，元件失去了電荷平衡，釋放電荷，經(jīng)過處理后產(chǎn)生信號，該信號被送入電子電路驅(qū)動負載工作，這種方式被稱為被動式紅外目標探測器。圖1為實踐中與熱釋電人體紅外傳感器配合使用的菲涅爾鏡外觀圖。

4 外圍集成電路選取

自動門感應(yīng)器除傳感器這一重要部件外，還需要如信號放大電路、輸出延遲電路等。這些電路可選取適當?shù)募蓧K實現(xiàn)。集成塊BISS0001主要包含了運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器等，它是一種CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。這種集成塊使用方便、簡單，按照給定的引腳功能圖進行連接即可，在電子市場市面上也很容易買到，利于實踐的開展。圖2為集成塊的外觀。

參考文獻：

[1]呂泉.現(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學出版社，2006.

[2]郭孝武.菲涅爾透鏡統(tǒng)一設(shè)計方案[J].1991，12（4）.

[作者簡介]王爽（1984.5-），籍貫：吉林省長春市，學歷：工學碩士，職稱：助教，研究方向：嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)。