基于藍(lán)牙的人體紅外感應(yīng)開(kāi)關(guān)

溫宇豪 肖宏宇

摘要 研究了人體紅外感應(yīng)器原理以及藍(lán)牙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成，并將它們組合設(shè)計(jì)成了自動(dòng)電子開(kāi)關(guān)。對(duì)藍(lán)牙微帶貼片天線進(jìn)行了仿真并得到了掃頻曲線與三維增益圖。將該自動(dòng)開(kāi)關(guān)應(yīng)用于各類家庭電器的自動(dòng)化控制與數(shù)碼產(chǎn)品的智能化改進(jìn)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了電器與數(shù)碼設(shè)備的自動(dòng)化。紅外感應(yīng)器HC-SR504用于采集信號(hào)與信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，藍(lán)牙主機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)射信號(hào)，藍(lán)牙從機(jī)負(fù)責(zé)接收信號(hào)與控制終端設(shè)備。功能實(shí)現(xiàn)后，在低功耗的情況下便可以實(shí)現(xiàn)紅外自動(dòng)控制。

【關(guān)鍵詞】紅外感應(yīng) 藍(lán)牙 自動(dòng)化 低功耗

因?yàn)榫哂袩嵝?yīng)的性質(zhì)，紅外線又稱為紅外熱輻射。其輻射源可分為白熾發(fā)光源、熱體輻射源、發(fā)熱傳導(dǎo)源、溫體輻射源四部分。由人體、動(dòng)物等所產(chǎn)生的熱射線屬于溫體輻射。紅外感應(yīng)裝置的身影在電子產(chǎn)品上并不少見(jiàn)。但是，將之與藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)系起來(lái)卻少有人嘗試。實(shí)際上，為了充分利用紅外感應(yīng)與藍(lán)牙低功耗的特點(diǎn)，可以將它們組合成電子自動(dòng)開(kāi)關(guān)。

1 人體紅外感應(yīng)原理

人體紅外傳感器的核心器件是兩個(gè)熱釋電元件與菲涅爾濾光片。人的正常體溫是37攝氏度，所以人會(huì)發(fā)出波長(zhǎng)10微米左右的紅外線。該紅外線經(jīng)菲涅爾濾光片的增強(qiáng)后會(huì)聚集到熱釋電元件所在的紅外感應(yīng)源。兩個(gè)熱釋電元件接收到輻射時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)后就能做出反應(yīng)。在無(wú)人體干擾時(shí)，環(huán)境輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。

菲涅爾濾光片在這里有兩個(gè)作用，一是增強(qiáng)收到的人體紅外輻射;二是它對(duì)光的選擇性降低了環(huán)境對(duì)探測(cè)的干擾。

2 設(shè)計(jì)思路總述

2.1 PIR紅外傳感器的選擇

除了極低的功耗之外，紅外傳感器也有體積小的特點(diǎn)。在此，我們選擇的感應(yīng)器為HC-SR504。它的體積為3立方厘米，測(cè)試的張角為120度，距離為5米，靜態(tài)功耗小于O.1mA，供電電壓為3-12V。它的原理圖大致如圖1所示。

當(dāng)受到人體輻射后，由于熱釋電元件發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移輸出端將會(huì)輸出一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為2秒的高電平信號(hào)。該輸出信號(hào)作為之后的藍(lán)牙發(fā)射元件的輸入信號(hào)。

2.2 藍(lán)牙主機(jī)與從機(jī)

藍(lán)牙主機(jī)用于信號(hào)的發(fā)射，它能與藍(lán)牙從機(jī)進(jìn)行配對(duì)。藍(lán)牙系統(tǒng)由天線單元、鏈路控制單元、鏈路管理單元和藍(lán)牙軟件單元四個(gè)單元組成。藍(lán)牙主機(jī)用于發(fā)射信號(hào)，并且它由紅外感應(yīng)器觸發(fā)，而藍(lán)牙從機(jī)接收信號(hào)，與終端設(shè)備進(jìn)行連接。我們選擇了HC-05藍(lán)牙系統(tǒng)模塊并對(duì)其微帶天線進(jìn)行了仿真。

圖2是2.45GHz藍(lán)牙微帶貼片天線的三維增益圖。我們可以看到HC-05藍(lán)牙主機(jī)與從機(jī)的微帶天線的最大輻射方向均是在法向方向，最大增益約為7.4dB。

2.3 感應(yīng)器與藍(lán)牙的組合與應(yīng)用

當(dāng)紅外感應(yīng)器感受到人體的輻射后，紅外感應(yīng)模塊的輸出端將有一個(gè)高電平輸出。該高電平將作為HC-05藍(lán)牙主機(jī)的輸入信號(hào)。藍(lán)牙主機(jī)隨即發(fā)送信號(hào)到與終端設(shè)備相連的藍(lán)牙從機(jī)。收到信號(hào)后，藍(lán)牙從機(jī)將使得終端設(shè)備做出反應(yīng)。

實(shí)際上，作為自動(dòng)的電子開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)可以用于很多方面。在現(xiàn)代電器智能化的進(jìn)程中，這種紅外藍(lán)牙開(kāi)關(guān)可以廣泛應(yīng)用。將紅外感應(yīng)與藍(lán)牙主機(jī)至于家門(mén)前，而藍(lán)牙從機(jī)可以與諸如空調(diào)、電視、照明燈、電子窗簾等電器相連。配合簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)更多自動(dòng)化功能。除此之外，隨身的電子數(shù)碼設(shè)備諸如耳機(jī)、手機(jī)、音樂(lè)播放器等也可以成為改進(jìn)對(duì)象。

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