專利名稱：紅外感應(yīng)探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，具體的講是一種無(wú)線Pir (被動(dòng))紅外感應(yīng)探測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
在安保等一些監(jiān)控領(lǐng)域中，pir (被動(dòng))紅外感應(yīng)探測(cè)器是一種常用的儀器設(shè)備。 傳統(tǒng)紅外感應(yīng)探測(cè)器的供能方式主要有兩種，一種是以有線方式提供工作所需的能量，如通過(guò)220VAC或12A4VDC供電；另一種是采用電池方式供電。這兩種供電方式在實(shí)際安裝過(guò)程中要求進(jìn)行復(fù)雜的布線，并且在使用過(guò)程中要求定期或不定期的對(duì)系統(tǒng)或電池進(jìn)行維護(hù)，這些要求給安裝和使用都帶來(lái)一定的困難。除此之外，限制現(xiàn)有Pir紅外感應(yīng)探測(cè)器采用以上兩種方式提供能量的主要原還因?yàn)殡娐饭拇?，其長(zhǎng)期工作時(shí)需要有較大功率的電源為其提供持續(xù)的能源。pir紅外感應(yīng)探測(cè)器做出控制動(dòng)作的方式也主要有兩種，一種是直接控制有線回路的通斷，另一種是以無(wú)線信號(hào)的形式將感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；第一種控制方式需要布線與其相配合，給實(shí)際安裝帶來(lái)困難。第二種控制方式在安裝過(guò)程中比較方便，但國(guó)家對(duì)無(wú)線電發(fā)射功率有嚴(yán)格的要求，限制了無(wú)線發(fā)射的功率，對(duì)電路設(shè)計(jì)要求較高。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述情況，本實(shí)用新型提供了一種紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，特別是一種低能耗的無(wú)線紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，能夠通過(guò)光電轉(zhuǎn)換以太陽(yáng)能為紅外探測(cè)裝置提供電能，并且通過(guò)無(wú)線方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，避免了復(fù)雜的布線和長(zhǎng)期的維護(hù)，也使各組成設(shè)備的安裝可根據(jù)實(shí)際情況任意分布，提高了安裝的靈活性。同時(shí)光電轉(zhuǎn)換還能夠快速提供工作電壓。本實(shí)用新型的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置中，包括有分別與儲(chǔ)能供電單元連接的紅外感應(yīng)單元、無(wú)線發(fā)射單元和照度感應(yīng)單元，且紅外感應(yīng)單元和照度感應(yīng)單元分別與無(wú)線發(fā)射單元連接并提供傳感觸發(fā)信號(hào)。其中的儲(chǔ)能供電單元為在太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換裝置與電能輸出端之間設(shè)置有儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，所說(shuō)的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)為并聯(lián)狀態(tài)的第一儲(chǔ)能裝置和第二儲(chǔ)能裝置，且第二儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能容量大于第一儲(chǔ)能裝置，在第二儲(chǔ)能裝置所在的并聯(lián)電路中，在該第二儲(chǔ)能裝置之前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)及受其控制的第一開(kāi)關(guān)單元控制該充電電路的通斷，只當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)能裝置的輸出電壓高于該第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值時(shí)，第一電壓控制結(jié)構(gòu)導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)單元對(duì)第二儲(chǔ)能裝置充電。本實(shí)用新型裝置中的儲(chǔ)能供電單元可以在較弱的光照條件下儲(chǔ)存電能，并使由其供電的設(shè)備裝置能夠正常進(jìn)行工作。當(dāng)能量存儲(chǔ)滿后，可供用電設(shè)備持續(xù)工作數(shù)十小時(shí)。其基本工作過(guò)程和原理，是由太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出電流先對(duì)儲(chǔ)能容量較小第一儲(chǔ)能裝置充電，使其能被快速充電可滿足后端電路最低工作電壓的輸出電壓，并開(kāi)始為后端電路供電。而在與第一儲(chǔ)能裝置并聯(lián)的第二儲(chǔ)能裝置電路中，由于第一儲(chǔ)能裝置的輸出電壓尚未達(dá)到第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值，因此第二儲(chǔ)能裝置的電路處于截止?fàn)顟B(tài)。只有當(dāng)
3第一儲(chǔ)能裝置的輸出電壓達(dá)到(等于或高于)第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值，該第一電壓控制結(jié)構(gòu)才導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)單元，開(kāi)始對(duì)第二儲(chǔ)能裝置充電，直到第一儲(chǔ)能裝置因持續(xù)供電使輸出的電壓低于后端電路的工作電壓及第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值時(shí)，光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出電流才停止對(duì)第二儲(chǔ)能裝置充電，并重新開(kāi)始對(duì)第一儲(chǔ)能裝置充電，使其能快速實(shí)現(xiàn)重新向后端輸出供電，如此反復(fù)。當(dāng)該大儲(chǔ)能容量的第二儲(chǔ)能裝置存儲(chǔ)到足以滿足提供輸出的電能后，后端電路在開(kāi)始由第二儲(chǔ)能裝置向后端進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)供電。儲(chǔ)能供電單元進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)能量，為整個(gè)電路提供正常工作所需的能量。 當(dāng)整個(gè)電路正常工作后，紅外感應(yīng)單元感測(cè)物體的移動(dòng)，并將模擬信號(hào)進(jìn)行放大后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入到無(wú)線發(fā)射單元中。同時(shí)，照度感應(yīng)單元對(duì)環(huán)境照度進(jìn)行感測(cè)，并將模擬信號(hào)放大后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同樣輸入到無(wú)線發(fā)射單元中。無(wú)線發(fā)射單元根據(jù)紅外感應(yīng)單元和照度感應(yīng)單元輸入信號(hào)的變化，判斷是否發(fā)送相應(yīng)的無(wú)線信號(hào)。在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，所述的光電轉(zhuǎn)換裝置優(yōu)選為并聯(lián)狀態(tài)的至少兩組，以增加光電轉(zhuǎn)換量，滿足能夠更快速地為第一儲(chǔ)能裝置和第二儲(chǔ)能裝置充電，縮短充電時(shí)間的使用需要。另一種可選擇的改進(jìn)方案，是所說(shuō)的第二儲(chǔ)能裝置也可以采用并聯(lián)的至少兩組電容結(jié)構(gòu)，以增大電能的存儲(chǔ)容量，滿足能夠?yàn)楹蠖穗娐诽峁└L(zhǎng)久供電的需要。上述結(jié)構(gòu)中，所述第二儲(chǔ)能裝置所在的并聯(lián)電路中的開(kāi)關(guān)單元，可優(yōu)選采用 MOSFET (場(chǎng)效應(yīng)管)、PNP型三極管或NPN型三極管等元器件，如!^airchild半導(dǎo)體公司 PowerTrench工藝的低柵壓P溝道MOSFET等，其具有開(kāi)啟電壓低(1. 8V)，導(dǎo)通電阻小，開(kāi)關(guān)速度快等特點(diǎn)，能夠有效的減小電路的功耗。MOS管是目前常用的一種導(dǎo)通控制結(jié)構(gòu)，P溝道MOS管具有低電平導(dǎo)通特性，能夠更方便的實(shí)現(xiàn)電路功能。所說(shuō)的用于控制其通/斷的第一電壓控制結(jié)構(gòu)，可以選擇目前已有報(bào)道和/使用的intersi 1公司生產(chǎn)的超低功耗復(fù)位芯片ISL88003系列，或MAXMIN的超低功耗復(fù)位芯片系列產(chǎn)品等。這類芯片具有可以選擇多種不同復(fù)位電平的特點(diǎn)，可以適應(yīng)和滿足不同情況的使用需要。實(shí)驗(yàn)表明，本實(shí)用新型紅外感應(yīng)探測(cè)裝置中，除特殊的目的或需要外，所說(shuō)的第一儲(chǔ)能裝置可優(yōu)選采用為至少一個(gè)容量彡470UF的鉭電容結(jié)構(gòu)，如AVX公司生產(chǎn)的TAJ系列鉭電容，型號(hào)如 TAJC337*006#NJ、TAJD337*006#NJ、TAJD4777*006#NJ 等；第二儲(chǔ)能裝置可優(yōu)選采用為至少一個(gè)容量彡0. 33F的法拉電容結(jié)構(gòu)，如Panasonic公司生產(chǎn)的SD系列法拉電容及SG系列法拉電容，型號(hào)如EECSOHD 104(H)、EECS5R5 (H) 474，也可以是Shoei公司生產(chǎn)的PAS614L型號(hào)的PAS法拉電容。采用所述容量和型號(hào)的電容結(jié)構(gòu)能夠滿足通常情況下的使用需要。本實(shí)用新型的上述紅外感應(yīng)探測(cè)裝置中，所述紅外感應(yīng)單元的一種具體結(jié)構(gòu)，可以為包括紅外傳感器和其后經(jīng)第一放大單元連接的門(mén)限比較電路形式，其輸出與所述的無(wú)線發(fā)射單元連接。該紅外感應(yīng)單元以微功耗電路為基礎(chǔ)，特別是采用低功耗的紅外傳感器和集成運(yùn)放器件，實(shí)現(xiàn)感測(cè)物體移動(dòng)的功能。低功耗的紅外傳感器能夠感測(cè)到半徑4米范圍內(nèi)的物體移動(dòng)。所述的紅外傳感器可以采用PerkinElmer公司生產(chǎn)的LHi 1128四源P^ 紅外傳感器。門(mén)限比較電路對(duì)由紅外傳感器采集的輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并與預(yù)設(shè)的門(mén)限上下限閾值電壓進(jìn)行比較，并將超過(guò)門(mén)限閾值的異常信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字高電平信號(hào)輸出，作為觸發(fā)無(wú)線發(fā)射單元的一個(gè)條件信號(hào)。門(mén)限比較電路中的集成運(yùn)算放大器可選用intersil公司生產(chǎn)的ISL28194低功耗、軌對(duì)軌集成運(yùn)放器件，或Maxim公司生產(chǎn)的MAX920低功耗集成運(yùn)放器等器件。在此基礎(chǔ)上，上述紅外感應(yīng)單元中所說(shuō)的第一放大單元，除可以選擇目前已有報(bào)道/使用的各種放大電路結(jié)構(gòu)或元器件外，一般可優(yōu)選采用包括由順序連接的第一放大結(jié)構(gòu)(或模塊)和第二放大結(jié)構(gòu)(或模塊)組成的兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)形式。第一級(jí)放大電路放大倍數(shù)一般可設(shè)定在10 20倍，第二級(jí)放大電路放大倍數(shù)一般設(shè)定在50 100倍，最終將有效交流信號(hào)放大1000倍左右。其中第一放大結(jié)構(gòu)(模塊)和第二放大結(jié)構(gòu)(模塊)可分別采用如intersil公司生產(chǎn)的ISL28194低功耗、軌對(duì)軌集成運(yùn)放器件，其正常工作時(shí)所需的電流為330nA，或Maxim公司生產(chǎn)的MAX920低功耗集成運(yùn)放器，其正常工作時(shí)所需的電流為 380nA，也可以是其它適用的常見(jiàn)低功耗器件。同樣，上述的門(mén)限比較電路，除可以選擇目前已有報(bào)道/使用的各種電路結(jié)構(gòu)外， 一種可供參考方式，是由包括若干(例如至少兩個(gè))分壓電阻及分別跨接于不同分壓電阻間的兩個(gè)(如需要也可以為更多個(gè))運(yùn)算放大結(jié)構(gòu)組成，并由其不同跨接點(diǎn)的電阻分壓分別提供各運(yùn)算放大結(jié)構(gòu)門(mén)限比較電壓的閾值上下限。所說(shuō)的分壓電阻，較簡(jiǎn)單的可以如在一個(gè)可供參考的實(shí)施例中采用由串聯(lián)的若干電阻組成，或是采用帶有中間連接抽頭的電阻結(jié)構(gòu)寸。本實(shí)用新型的上述紅外感應(yīng)探測(cè)裝置中，除上述的紅外感應(yīng)單元外，還設(shè)置有照度感應(yīng)單元，以擴(kuò)大感應(yīng)監(jiān)測(cè)信息的適用范圍。所述的照度感應(yīng)單元一般可以由包括感測(cè)環(huán)境照度的光敏結(jié)構(gòu)以及其后的依次連接的第二放大單元或模塊以及運(yùn)算比較結(jié)構(gòu)組成， 其中該運(yùn)算比較結(jié)構(gòu)的輸入端同時(shí)還與用于提供設(shè)定基準(zhǔn)電壓的可調(diào)電阻連接，運(yùn)算比較結(jié)構(gòu)的輸出端與所述的無(wú)線發(fā)射單元連接。其中的光敏結(jié)構(gòu)可以采用如PerkinElmer公司生產(chǎn)的VTB8440B，或森霸光電有限公司生產(chǎn)的LLS05-A等器件。第二放大單元或模塊以及運(yùn)算比較結(jié)構(gòu)，可以分別采用如intersil公司生產(chǎn)的ISL28194低功耗、軌對(duì)軌集成運(yùn)放器件，或Maxim公司生產(chǎn)的MAX920低功耗集成運(yùn)放器等器件。上述的紅外感應(yīng)單元和照度感應(yīng)單元的輸出信號(hào)以并列方式可分別經(jīng)各自的整流結(jié)構(gòu)及其后適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)單元產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)輸入包括無(wú)線發(fā)射芯片的無(wú)線發(fā)射單元，經(jīng)與無(wú)線發(fā)射芯片連接的天線發(fā)送感應(yīng)探測(cè)信號(hào)。其中的整流結(jié)構(gòu)可以采用如Wiilips公司生產(chǎn)的BAS70-05或BAT54C肖特基二極管等元器件。由于無(wú)線發(fā)射要求發(fā)射功率限值小于 5mff(e.r. ρ)，發(fā)射信號(hào)的占空比限值小于1%，有效傳輸距離不小于100m，因此無(wú)線發(fā)射芯片可以選用待機(jī)狀態(tài)下的功耗為0. 2uA的STM300無(wú)線發(fā)射芯片，或nrf系列中的nrf240、 nrf240U nrf24L、nrf905 等芯片，以及如 Chipcon 公司的 SmartRF 04 系列中的 CC2500、 CC2550等模塊、PTR2030無(wú)線收發(fā)模塊，或采用Zigbee技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊等形式。由于本實(shí)用新型的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置中，該儲(chǔ)能供電單元能夠?qū)^小的太陽(yáng)能進(jìn)行采集、光電轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)電能，既能滿足快速為后端電路提供所需的供電電壓/電流，明顯縮短對(duì)后端電路供電的等待時(shí)間，使后端電路能夠快速開(kāi)始工作，同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)為后端電路提供長(zhǎng)時(shí)間的正常供電。并且通過(guò)無(wú)線方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，避免了復(fù)雜的布線和長(zhǎng)期的維護(hù)，也使各組成設(shè)備的安裝可根據(jù)實(shí)際情況任意分布，提高了安裝的靈活性。
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例的具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。但不應(yīng)將此理解為本實(shí)用新型上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本實(shí)用新型上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。

圖1是本實(shí)用新型紅外感應(yīng)探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是圖1中儲(chǔ)能供電單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中紅外感應(yīng)單元中紅外感應(yīng)部分的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖1中紅外感應(yīng)單元的門(mén)限比較電路的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖1中照度感應(yīng)單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是圖1中無(wú)線發(fā)射單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示本實(shí)用新型的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，包括分別與儲(chǔ)能供電單元連接的紅外感應(yīng)單元、無(wú)線發(fā)射單元和照度感應(yīng)單元，并且紅外感應(yīng)單元和照度感應(yīng)單元能夠分別為無(wú)線發(fā)射單元提供向適當(dāng)控制和/或執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)射異常探測(cè)信息無(wú)線信號(hào)的觸發(fā)信號(hào)。如圖2所示的儲(chǔ)能供電單元，其結(jié)構(gòu)為在太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換裝置Jl與電能輸出端之間設(shè)置有儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，所說(shuō)的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)為并聯(lián)狀態(tài)的第一儲(chǔ)能裝置Cl和第二儲(chǔ)能裝置C2， 其中第一儲(chǔ)能裝置采用容量為470uF的鉭電容結(jié)構(gòu)，第二儲(chǔ)能裝置采用容量為0. 33F的法拉電容結(jié)構(gòu)。為了提高充電電流的輸入量，縮短對(duì)第一儲(chǔ)能裝置Cl和第二儲(chǔ)能裝置C2的充電時(shí)間，可以將光電轉(zhuǎn)換裝置Jl設(shè)置為并聯(lián)狀態(tài)的多組(圖中示出的為兩組)。為了增大第二儲(chǔ)能裝置C2的能量存儲(chǔ)量，第二儲(chǔ)能裝置C2也可設(shè)置為并聯(lián)的兩組電容結(jié)構(gòu)C21和 C22，還可以設(shè)置為并聯(lián)的更多組電容結(jié)構(gòu)。在第二儲(chǔ)能裝置C2所在的并聯(lián)電路中，在該第二儲(chǔ)能裝置C2之前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul及受其控制的第一開(kāi)關(guān)單元Ql控制該充電電路的通斷，只當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)能裝置 Cl的輸出電壓VCC高于該第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的設(shè)定閾值時(shí)，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)單元Ql對(duì)第二儲(chǔ)能裝置C2充電。在第一儲(chǔ)能裝置Cl和第二儲(chǔ)能裝置C2與前端的光電轉(zhuǎn)換裝置Jl之間，分別各連接有由二極管形式的前端整流結(jié)構(gòu)Dl構(gòu)成的整流單元， 同時(shí)在第一儲(chǔ)能裝置Cl和第二儲(chǔ)能裝置C2的電能輸出端，也分別經(jīng)各自連接的由二極管形式的后端整流結(jié)構(gòu)D2構(gòu)成的相應(yīng)整流單元將電能輸出，以保證在沒(méi)有光照時(shí)，電路中法拉電容的電荷只供給后端電路使用，在本電路上沒(méi)有任何消耗。在第二儲(chǔ)能裝置C2所在的并聯(lián)電路中，在該第二儲(chǔ)能裝置C2之前，還設(shè)有由intersil公司生產(chǎn)的超低功耗復(fù)位芯片 ISL88003系列(或MAXMIN的超低功耗復(fù)位芯片系列)等構(gòu)成的第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul及受其控制的開(kāi)關(guān)單元Ql，控制該充電電路的通斷。其中開(kāi)關(guān)單元Ql可以選擇如FAIRCHILD公司生產(chǎn)的FDN304P或infineon生產(chǎn)的BSS138N的P溝道MOSFET等。只有當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)能單元 Cl的輸出電壓VCC等于或高于該第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的設(shè)定閾值(可根據(jù)不同使用需要設(shè)定)時(shí)，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul才導(dǎo)通該第一開(kāi)關(guān)單元Q1，開(kāi)始對(duì)第二儲(chǔ)能單元C2充電。在儲(chǔ)能供電單元的初始狀態(tài)沒(méi)有儲(chǔ)能時(shí)，由光電轉(zhuǎn)換裝置Jl提供的電流為第一儲(chǔ)能裝置Cl快速充電，且在其正端電壓低于第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的設(shè)定閾值的復(fù)位電壓時(shí)，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的RESET管腳輸出與輸出電壓VCC的管腳相同的電壓，從而使開(kāi)
6關(guān)單元Ql處于截止?fàn)顟B(tài)，第二儲(chǔ)能裝置C2不被充電。由于第一儲(chǔ)能裝置Cl容量相對(duì)較小， 因此能夠?qū)崿F(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)迅速將第一儲(chǔ)能裝置Cl的電壓充電后端電路最低工作電壓VCC 以上，開(kāi)始為后端電路供電。當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)能裝置Cl的電壓充電Ul設(shè)定閾值的復(fù)位電壓后，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul 的RESET管腳輸出低電平，從而使開(kāi)關(guān)單元Ql導(dǎo)通，此時(shí)由太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置Jl提供的電流改由通過(guò)開(kāi)關(guān)單元Ql向第二儲(chǔ)能裝置C2充電。由于第二儲(chǔ)能裝置C2容量較大，其充電電壓上升緩慢，但此時(shí)第一儲(chǔ)能裝置Cl電壓已經(jīng)能夠保證后端電路正常工作，不會(huì)影響到后端電路的正常工作。當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)能裝置Cl持續(xù)供電后使其供電電壓降至第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的復(fù)位電壓以下時(shí)，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的RESET管腳重新將開(kāi)關(guān)單元Ql截止，停止對(duì)第二儲(chǔ)能裝置C2充電，并重新恢復(fù)對(duì)第一儲(chǔ)能裝置Cl充電。當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)能裝置Cl的電壓重新回到第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的復(fù)位電壓以上后，開(kāi)關(guān)單元Ql才再次導(dǎo)通，又開(kāi)始對(duì)第二儲(chǔ)能裝置C2 充電。如此往復(fù)，直到第二儲(chǔ)能裝置C2充電至后端電路最低工作電壓VCC以上后，由第二儲(chǔ)能裝置C2為后端電路提供長(zhǎng)時(shí)間的供電。通過(guò)計(jì)算可知，設(shè)電路中第二儲(chǔ)能單元C2的容值為C，其最大充電電壓為Umax，由于法拉電容放電不完全存在最低工作電壓Umin，則其能夠存儲(chǔ)的能量為=—臺(tái)《4,,法拉電容所存儲(chǔ)的電荷為β - Ct χ dV =/χ ,即Q = C、-φ碰- ακ) = /文 。所以，其
能夠提供能量的安時(shí)數(shù)η為.《 = ^%9^。如果充電電流為Iin，則法拉電容充電時(shí)
3WJ0
間為CxdF = Jm xi ,即Ζ---ζ-。本實(shí)用新型裝置中的無(wú)線發(fā)射單元正常工作時(shí)所需的電流為0.8 μ A，紅外感應(yīng)單元和照度感應(yīng)單元正常工作時(shí)所需的電流總共為6 μ Α,最低工作電壓為2. IV，如果電容結(jié)構(gòu)C21和C22電壓充至4. 5V時(shí)，其持續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)為一^弘》- ,,) =,其中
ι = cυ-進(jìn)一步得知p ^tas^^^ ,即一次充滿電后，能夠持續(xù)工作兩
天(48小時(shí))以上。太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換裝置Jl選用在2001ux光照下輸出電壓為5V電流為ISuA的太陽(yáng)能板，則第一儲(chǔ)能裝置Cl充電后，為后端電路快速提供工作電壓的時(shí)間為
也就是在2001ux的光照下兩分鐘以內(nèi)可以開(kāi)始工作，極大的提高了
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工作效率，縮短了啟動(dòng)時(shí)間。圖1中的紅外感應(yīng)單元，可以包括紅外傳感器和其后經(jīng)第一放大單元連接的門(mén)限比較電路，其輸出與所述的無(wú)線發(fā)射單元連接。其中的紅外感應(yīng)部分結(jié)構(gòu)，可如圖3所示， 其中的紅外傳感器JRl將接收到的信號(hào)通過(guò)由順序連接的第一放大模塊U2和第二放大模塊U5組成的兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)輸出至門(mén)限比較電路，將紅外傳感器JRl輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸出。紅外感應(yīng)單元以微功耗電路為基礎(chǔ)，采用低功耗的紅外傳感器JRl和集成運(yùn)放器件，實(shí)現(xiàn)感測(cè)物體移動(dòng)的功能。所述的紅外傳感器JRl可以采用PerkinElmer公司生產(chǎn)的LHill28四源MR紅外傳感器。第二放大模塊TO的輸出out2分為兩路，一路進(jìn)行自身反饋，一路輸出至門(mén)限比較電路。第一放大模塊U2和第二放大模塊TO可分別采用 intersil公司生產(chǎn)的ISL28194低功耗、軌對(duì)軌集成運(yùn)放器件，其正常工作時(shí)所需的電流為 330nA，或Maxim公司生產(chǎn)的MAX920低功耗集成運(yùn)放器，其正常工作時(shí)所需的電流為380nA， 也可以是其它適用的常見(jiàn)低功耗器件。圖4是上述紅外感應(yīng)單元中的一種門(mén)限比較電路，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行電壓比較，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字電平信號(hào)輸出，作為觸發(fā)無(wú)線發(fā)射單元的一個(gè)條件信號(hào)。門(mén)限比較電路中包括依次串聯(lián)設(shè)置的三個(gè)分壓電阻R11，R14，R18及分別跨接于第二分壓電阻R14前后兩端的兩個(gè)運(yùn)算放大模塊U3，TO組成，并由R14前后兩端的不同分壓分別提供該兩運(yùn)算放大模塊U3， U6門(mén)限比較電壓的閾值上下限基準(zhǔn)電壓。因?yàn)閬?lái)自第二放大模塊TO的信號(hào)常為不規(guī)則的交流波形，當(dāng)U5的輸入信號(hào)在由U3和U6限定的高低門(mén)限閾值內(nèi)時(shí)，TO的輸出out3 為低電平，無(wú)觸發(fā)信號(hào)向無(wú)線發(fā)射單元輸出；如果來(lái)自TO輸入信號(hào)超出U3和U6限定的門(mén)限閾值時(shí)，TO的輸出out3則為高電平，向無(wú)線發(fā)射單元輸出的有效的觸發(fā)信號(hào)。在TO之后，還可以設(shè)置一整形模塊U4，使輸出的觸發(fā)信號(hào)波形更加規(guī)則。門(mén)限比較電路中的高門(mén)限檢測(cè)模塊U3和低門(mén)限檢測(cè)模塊TO，以及整形模塊U4可選用intersil公司生產(chǎn)的ISL28194 低功耗、軌對(duì)軌集成運(yùn)放器件，或Maxim公司生產(chǎn)的MAX920低功耗集成運(yùn)放器等器件。如圖5所示的是圖1中的一種照度感應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)，包括感測(cè)環(huán)境照度的光敏結(jié)構(gòu)D5以及其后依次連接的第二放大單元(模塊)Ul和運(yùn)算比較結(jié)構(gòu)(模塊)U9組成，運(yùn)算比較結(jié)構(gòu)(模塊)U9的輸入端同時(shí)還與用于提供設(shè)定基準(zhǔn)電壓的可調(diào)電阻RP連接，運(yùn)算比較結(jié)構(gòu)(模塊)U9的輸出端light與所述的無(wú)線發(fā)射單元連接。光敏結(jié)構(gòu)D5可以采用 PerkinElmer公司生產(chǎn)的VTB8440B，或森霸光電有限公司生產(chǎn)的LLS05-A等器件。第二放大結(jié)構(gòu)(模塊)Ul和運(yùn)送人比較結(jié)構(gòu)(模塊)U9，分別可采用intersil公司生產(chǎn)的ISL28194 低功耗、軌對(duì)軌集成運(yùn)放器件，或Maxim公司生產(chǎn)的MAX920低功耗集成運(yùn)放器等器件。在圖6所示的是圖1中的一種無(wú)線發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)。上述的紅外感應(yīng)單元和照度感應(yīng)單元輸出的有效觸發(fā)信號(hào)，以并列方式分別經(jīng)各自的整流結(jié)構(gòu)D7及其后由場(chǎng)相應(yīng)管 Q3，Q4，Q5組成的的開(kāi)關(guān)單元產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，輸入包括無(wú)線發(fā)射芯片U7的無(wú)線發(fā)射單元，經(jīng)與無(wú)線發(fā)射芯片U7連接的天線發(fā)送出感應(yīng)探測(cè)信號(hào)。其中整流結(jié)構(gòu)D7可以采用Philips 公司生產(chǎn)的BAS70-05或BAT54C肖特基二極管等器件。由于無(wú)線發(fā)射要求發(fā)射功率限值小于5mW(e.r. ρ)，發(fā)射信號(hào)的占空比限值小于1%，有效傳輸距離不小于100m，因此無(wú)線發(fā)射芯片U7可以選用待機(jī)狀態(tài)下的功耗為0. 2uA的STM300無(wú)線發(fā)射芯片、或采用nrf系列中的 nrf240、nrf2401、nrf24L、nrf905 等芯片，以及 Chipcon 公司的 SmartRF 04 系列中的 CC2500、CC2550等模塊、PTR2030無(wú)線收發(fā)模塊，或采用Zigbee技術(shù)的無(wú)線收發(fā)模塊等形式。本實(shí)用新型裝置的工作過(guò)程為，儲(chǔ)能供電單元進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)能量，為整個(gè)電路提供正常工作所需的能量。當(dāng)整個(gè)電路正常工作后，紅外感應(yīng)單元感測(cè)物體的移動(dòng)，并將模擬信號(hào)進(jìn)行放大后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入到無(wú)線發(fā)射單元中。同時(shí)，照度感應(yīng)單元對(duì)環(huán)境照度進(jìn)行感測(cè)，并將模擬信號(hào)放大后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同樣輸入到無(wú)線發(fā)射單元中。無(wú)線發(fā)射單元根據(jù)紅外感應(yīng)單元和照度感應(yīng)單元輸入信號(hào)的變化，判斷是否將相應(yīng)的無(wú)線信號(hào)向控制、報(bào)警和/或執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送出去。
權(quán)利要求1.紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，其特征為包括分別與儲(chǔ)能供電單元連接的紅外感應(yīng)單元、無(wú)線發(fā)射單元和照度感應(yīng)單元，且紅外感應(yīng)單元和照度感應(yīng)單元分別與無(wú)線發(fā)射單元連接并提供傳感觸發(fā)信號(hào)，其中的儲(chǔ)能供電單元為在太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換裝置(Jl)與電能輸出端之間設(shè)置有儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，所說(shuō)的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)為并聯(lián)狀態(tài)的第一儲(chǔ)能裝置(Cl)和第二儲(chǔ)能裝置(C2)， 且第二儲(chǔ)能裝置(C2)的儲(chǔ)能容量大于第一儲(chǔ)能裝置(Cl)，在第二儲(chǔ)能裝置(C2)所在的并聯(lián)電路中，在該第二儲(chǔ)能裝置(C2)之前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)(Ul)及受其控制的第一開(kāi)關(guān)單元(Ql)控制該充電電路的通斷，只當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)能裝置(Cl)的輸出電壓(VCC)高于該第一電壓控制結(jié)構(gòu)(Ul)的設(shè)定閾值時(shí)，第一電壓控制結(jié)構(gòu)(Ul)導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)單元(Ql)對(duì)第二儲(chǔ)能裝置(C2)充電。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，其特征為所述的光電轉(zhuǎn)換裝置(Jl)為并聯(lián)狀態(tài)的至少兩組。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，其特征為所述的第二儲(chǔ)能裝置(C2)為并聯(lián)的至少兩組電容型結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，其特征為所述的第二儲(chǔ)能裝置(C2)所在的并聯(lián)電路中的開(kāi)關(guān)單元(Ql)為MOSFET、PNP型三極管或NPN型三極管。
5.如權(quán)利要求1所述的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，其特征為儲(chǔ)能供電單元中的第一儲(chǔ)能裝置 (Cl)的容量為> 470uF，第二儲(chǔ)能裝置(C2)的容量> 0. 33F。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，其特征為所述的紅外感應(yīng)單元包括紅外傳感器(JRl)和其后經(jīng)第一放大單元連接的門(mén)限比較電路，其輸出與所述的無(wú)線發(fā)射單元連接。
7.如權(quán)利要求6所述的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，其特征為所述的第一放大單元為包括順序連接的第一放大模塊(U2)和第二放大模塊(U5)的兩級(jí)式放大結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求6所述的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，其特征為所述的門(mén)限比較電路由包括若干分壓電阻(Rll，R14，R18)及分別跨接于不同分壓電阻間的兩個(gè)運(yùn)算放大結(jié)構(gòu)(U3，U6)組成，并由不同跨接點(diǎn)的電阻分壓分別提供兩運(yùn)算放大結(jié)構(gòu)(U3，U6)門(mén)限比較電壓的閾值上下限。
9.如權(quán)利要求1至5之一所述的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，其特征為所述的照度感應(yīng)單元由包括感測(cè)環(huán)境照度的光敏結(jié)構(gòu)(D5)以及其后依次連接的第二放大單元(Ul)和運(yùn)算比較結(jié)構(gòu)(U9)組成，運(yùn)算比較結(jié)構(gòu)(U9)的輸入端同時(shí)還與用于提供設(shè)定基準(zhǔn)電壓的可調(diào)電阻 (RP)連接，運(yùn)算比較結(jié)構(gòu)(U9)的輸出端(light)與所述的無(wú)線發(fā)射單元連接。
10.如權(quán)利要求1至5之一所述的紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，其特征為紅外感應(yīng)單元和照度感應(yīng)單元的輸出信號(hào)以并列方式分別經(jīng)各自的整流結(jié)構(gòu)(D7)及其后的開(kāi)關(guān)單元(Q3，Q4，Q5) 產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)輸入包括無(wú)線發(fā)射芯片(U7)的無(wú)線發(fā)射單元，經(jīng)與無(wú)線發(fā)射芯片(U7)連接的天線發(fā)送感應(yīng)探測(cè)信號(hào)。
專利摘要紅外感應(yīng)探測(cè)裝置，包括分別與儲(chǔ)能供電單元連接的紅外感應(yīng)單元、無(wú)線發(fā)射單元和照度感應(yīng)單元，紅外感應(yīng)和照度感應(yīng)單元分別與無(wú)線發(fā)射單元連接并提供傳感觸發(fā)信號(hào)。儲(chǔ)能單元包括光電轉(zhuǎn)換裝置和并聯(lián)狀態(tài)的第一、第二儲(chǔ)能單元，且第二儲(chǔ)能單元的容量大于第一單元。第二儲(chǔ)能單元前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)及受其控制的第一開(kāi)關(guān)單元。當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)能單元的輸出電壓達(dá)到第一電壓控制結(jié)構(gòu)的閾值時(shí)，第一電壓控制結(jié)構(gòu)導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)單元對(duì)第二儲(chǔ)能單元充電。該紅外感應(yīng)探測(cè)裝置能夠存儲(chǔ)電能和快速為后端電路提供工作電流，明顯縮短對(duì)后端電路供電的等待時(shí)間，并以低能耗方式工作和以無(wú)線方式發(fā)送探測(cè)信號(hào)，避免了復(fù)雜的布線和長(zhǎng)期的維護(hù)，提高了根據(jù)實(shí)際情況安裝設(shè)備的靈活性。
文檔編號(hào)G01J5/10GK202267539SQ20112036864
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者何江華, 徐立杰 申請(qǐng)人:成都英泰力電子有限公司