溫度變化感應裝置及其方法

2023-05-15 13:06:26 1

專利名稱：溫度變化感應裝置及其方法
技術領域：
本發明是關於一種溫度變化感應裝置及其方法；具體而言，本發明是關於一種使用軟體方式來進行溫度補償的溫度變化感應裝置，實現了較佳的靈敏度曲線，進而提高了感應準確度。
背景技術：
焦電型紅外線感應器(passive infrared sensor, PIR sensor)利用所謂的焦電效應(pyroelectric effect)來感應移動物體人體與背景環境的溫度差異所產生的溫度變化，以相應地產生電信號。其產生出來的電信號可輸出至例如電燈、電鈴或警報器等裝置， 進而控制電燈的開啟、電鈴或警報器的作響，或者其他裝置的動作。由於焦電型紅外線感應器以被動方式感測熱能移動的特性，在實際應用中，使用
焦電型紅外線感應器的溫度變化感應裝置容易受到環境因素的影響而發生錯誤的動作。例
如當使用於室外的開放空間中時，會很容易因為溫差、氣候變化等外在環境狀態的影響導
致溫度變化感應裝置錯誤觸發。又例如當環境溫度達到某些特定溫度點(如接近人體體
溫)時，很容易將熱風吹過等狀況誤判為有人走過。此時為了抵銷外在環境因素對溫度變
化感應裝置的動作所造成的影響，可以對焦電型紅外線感應器所產生的電信號進行溫度補 m
te ο溫度補償一般是採用由熱敏電阻所組成的溫度補償電路來完成。溫度補償電路可針對特定環境溫度相應地調整溫度變化感應裝置的觸發靈敏度(感度)，例如在環境溫度較高時減緩溫度變化感應裝置的觸發靈敏度的增加速度，以避免熱風吹過等其他狀況被誤判為有人走過等情形。圖IA為已知溫度變化感應裝置的靈敏度曲線示意圖。如圖IA所示，當使用負溫度係數熱敏電阻所組成的溫度補償電路來對焦電型紅外線感應器進行溫度補償時，溫度變化感應裝置的靈敏度曲線在0°C至40°C的環境溫度範圍內呈現為遞增曲線的形式。溫度變化感應裝置的靈敏度曲線在環境溫度接近40°C的部分具有較小的斜率，亦即靈敏度在環境溫度接近40°C時的增加速度趨緩，以避免上述因靈敏度過高而發生誤判的問題。然而，欲真正解決上述因靈敏度過高而發生的誤判，在環境溫度較高時降低溫度變化感應裝置的靈敏度會是較理想的作法。圖IB為理想的溫度變化感應裝置靈敏度曲線的示意圖。如圖IB所示，靈敏度曲線可在環境溫度接近40°C時呈現為遞減曲線的形式。換言之，溫度變化感應裝置在理想狀況下必須實現U形的靈敏度曲線。受限於元件的物理特性，使用單一熱敏電阻製作的溫度補償電路只能實現出如圖IA所示的遞增曲線或是遞減曲線，欲實現類似圖IB所示的U形曲線就必須使用負溫度係數熱敏電阻配合正溫度係數熱敏電阻來製作溫度補償電路。然而，由於熱敏電阻本身的工作曲線等物理特性的限制，再加上其誤差較大的缺點，即使是由負溫度係數熱敏電阻及正溫度係數熱敏電阻所組成的溫度補償電路也往往無法實現圖IB所示的理想的U形靈敏度曲線。

發明內容
本發明的目的在於提供一種溫度變化感應裝置及其方法，相較於現有技術，可實現較完美的靈敏度曲線，進而提高了感應準確度。本發明溫度變化感應裝置包含感測單元及控制單元。感測單元用以感測溫度變化，並據以產生溫差信號。控制單元執行程序碼，以根據環境溫度而設定非觸發範圍。當溫差信號的位準不在非觸發範圍內時，控制單元產生控制信號，其中非觸發範圍相對於環境溫度呈第一曲線變化。第一曲線包含第一極值點，第一極值點兩端的第一曲線的斜率的乘積為負數。本發明溫度變化感應裝置使用程序碼來設定不同環境溫度下的靈敏度，亦即以軟體方式對感測單元所產生的溫差信號進行溫度補償，可實現完美的靈敏度曲線，進而提高感應準確度。本發明溫度感應方法使用於溫度變化感應裝置，包含下列步驟執行程序碼，以根據環境溫度設定靈敏度標準，其中靈敏度標準隨著環境溫度的不同而呈第二曲線變化，第二曲線包含第二極值點，第二極值點兩端的第二曲線的斜率的乘積為負數；根據靈敏度標準調整溫度變化感應裝置的靈敏度；使溫度變化感應裝置感測溫度變化。本發明溫度感應方法使用程序碼來設定不同環境溫度下的靈敏度，亦即以軟體方式進行溫度補償，可實現完美的靈敏度曲線，進而提高感應準確度。


圖IA為已知溫度變化感應裝置的靈敏度曲線示意圖；圖IB為理想的溫度變化感應裝置靈敏度曲線的示意；圖2A為本發明溫度變化感應裝置的一實施例的功能方塊圖；圖2B為圖2A所示溫度變化感應裝置的感測單元的一實施例的示意圖；圖2C為圖2A所示溫度變化感應裝置的控制單元的一實施例的示意圖；圖3為如圖2B所示溫度變化感應裝置的非觸發範圍變化曲線的示意圖；圖4A為本發明溫度感應方法的一實施例的步驟流程圖；圖4B為圖4A所示溫度感應方法的靈敏度變化曲線的示意圖；以及圖4C為圖4A所示溫度感應方法中調整靈敏度的步驟的一實施例的流程圖。主要元件符號說明10感測單元11感應電路111焦電型紅外線感應器12放大電路121第一級運算放大器122第二級運算放大器20控制單元100電氣裝置NTCl熱敏電阻R20分壓電阻St溫差信號
Sc 信號VDD 電源
具體實施例方式本發明提供一種溫度變化感應裝置及其方法。在較佳實施例中，本發明的溫度變化感應裝置及其方法應用於例如P^感應燈、P^感應電鈴等PIR感應裝置中。圖2A為本發明溫度變化感應裝置的一實施例的功能方塊圖。如圖2A所示，此溫度變化感應裝置包含感測單元10及控制單元20。感測單元10用以感測溫度變化，並據以產生溫差信號&。當溫差信號&的電壓位準不在非觸發範圍」V(見表2)內時，控制單元 20產生控制信號Se，由此控制電氣裝置100 (例如P^感應燈、P^感應電鈴等P^感應裝置)的動作。非觸發範圍」V的值視環境溫度T(見表幻而定，且通過控制單元20中所執行的程序碼來加以設定。圖2B為圖2A所示溫度變化感應裝置的感測單元的一實施例的示意圖。如圖2B 所示，在本實施例中，感測單元10包含感應電路11及放大電路12。感應電路11包含焦電型紅外線感應器111。焦電型紅外線感應器111利用溫度的變化來感應待測人體或其他有熱能的物體的移動，並相應地輸出電信號至放大電路12。放大電路12包含第一級運算放大器121及第二級運算放大器122，用來將焦電型紅外線感應器111輸出的mV(毫伏特)級的電信號放大例如約1000倍後成為溫差信號&，並輸出至控制單元20。在本實施例中，當感測單元10未感應到物體的移動時，放大電路12輸出2. 5V的基準電壓。圖2C為圖2A所示溫度變化感應裝置的控制單元的一實施例的示意圖。如圖2C 所示，在本實施例中，控制單元20採用微控制器(Micro Controller Unit, MCU)來實現； 然而在其他實施例中，控制單元20可以採用例如電腦等其他可執行程序碼的裝置。表1為環境溫度T與電壓Vntci的對照表。控制單元20中所執行的程序碼通過輸入控制單元20的接腳1的電壓Vntci來判斷表1所示的環境溫度T，例如利用程序碼中的陣列(array)來儲存如表1所示的環境溫度T與電壓Vntci的對照表，當電壓Vntci的值在2. 15V與2. 34V之間時，則根據對照表判斷出環境溫度T的值在25°C與27. 5°C之間。在本實施例中，電源VDD 供給5V電壓至熱敏電阻NTCl與5IOK Ω的分壓電阻R20，熱敏電阻NTCl上的分壓一即電壓 VNTCl自控制單元20的接腳1輸入。在本實施例中，每一段環境溫度T的範圍為2. 5°C，且不同段環境溫度T所對應的電壓Vntci的值之間有約0. 03V的緩衝電壓；然而在其他實施例中，可視需求調整每一段環境溫度T的範圍以及緩衝電壓的大小，並可視熱敏電阻NTC1、分壓電阻R20、電源VDD的值等因素調整環境溫度T與電壓Vntci的對應關係。表 1
T(°C)VNTCI(V)
0以下3. 90 5. 00
0. 0 2. 53. 76 3. 93
權利要求
1.一種溫度變化感應裝置，包含一感測單元，用以感測溫度變化，並據以產生一溫差信號；以及一控制單元，執行一程序碼以根據環境溫度而設定一非觸發範圍；其中，當該溫差信號的位準不在該非觸發範圍內時，該控制單元產生一控制信號，該非觸發範圍相對於環境溫度呈一第一曲線變化，該第一曲線包含至少一第一極值點，該第一極值點兩端的該第一曲線的斜率的乘積為負數。
2.如權利要求1所述的溫度變化感應裝置，其中該第一極值點為極大值並對應於一低界溫度，使得當環境溫度低於該低界溫度時，隨著環境溫度的降低而縮小該非觸發範圍，當環境溫度高於該低界溫度時，隨著環境溫度的升高而縮小該非觸發範圍。
3.如權利要求2所述的溫度變化感應裝置，其中該低界溫度實質上介於攝氏15度與 20度之間。
4.如權利要求1所述的溫度變化感應裝置，其中該第一極值點為極小值並對應於一高界溫度，使得當環境溫度低於該高界溫度時，隨著環境溫度的降低而擴大該非觸發範圍，當環境溫度高於該高界溫度時，隨著環境溫度的升高而擴大該非觸發範圍。
5.如權利要求4所述的溫度變化感應裝置，其中該高界溫度實質上介於攝氏31度與 36度之間。
6.一種溫度感應方法，供使用於一溫度變化感應裝置，該方法包含下列步驟執行一程序碼以根據環境溫度設定一靈敏度標準，其中該靈敏度標準隨著環境溫度的不同而呈一第二曲線變化，該第二曲線包含至少一第二極值點，該第二極值點兩端的該第二曲線的斜率的乘積為負數；使該程序碼根據該靈敏度標準調整該溫度變化感應裝置的靈敏度；以及使該溫度變化感應裝置感測溫度變化。
7.如權利要求6所述的溫度感應方法，其中該第二極值點為極小值並對應於一低界溫度，且該溫度變化感應裝置包含一感測單元及一控制單元，該感測單元感測溫度變化，並據以產生一溫差信號，該控制單元執行該程序碼，當該溫差信號的位準不在與該靈敏度成反比的一非觸發範圍內時，該控制單元產生一控制信號，調整該溫度變化感應裝置的靈敏度的步驟包含比較環境溫度與該低界溫度；當環境溫度低於該低界溫度時，隨著環境溫度的降低而縮小該非觸發範圍；以及當環境溫度高於該低界溫度時，隨著環境溫度的升高而縮小該非觸發範圍。
8.如權利要求7所述的溫度感應方法，其中該低界溫度實質上介於攝氏15度與20度之間。
9.如權利要求6所述的溫度感應方法，其中該第二極值點為極大值並對應於一高界溫度，且該溫度變化感應裝置包含一感測單元及一控制單元，該感測單元感測溫度變化，並據以產生一溫差信號，該控制單元執行該程序碼，當該溫差信號的位準不在與該靈敏度成反比的一非觸發範圍內時，該控制單元產生一控制信號，調整該溫度變化感應裝置的靈敏度的步驟包含比較環境溫度與該高界溫度；當環境溫度低於該高界溫度時，隨著環境溫度的降低而擴大該非觸發範圍；以及當環境溫度高於該高界溫度時，隨著環境溫度的升高而擴大該非觸發範圍。
10.如權利要求9所述的溫度感應方法，其中該高界溫度實質上介於攝氏31度與36度之間。
全文摘要
本發明提供一種溫度變化感應裝置及其方法。此溫度變化感應裝置包含感測單元及控制單元。感測單元用以感測溫度變化，並據以產生溫差信號。控制單元執行程序碼，以根據環境溫度而設定非觸發範圍。當溫差信號的位準不在非觸發範圍內時，控制單元產生控制信號，其中非觸發範圍相對於環境溫度呈第一曲線變化。第一曲線包含第一極值點，第一極值點兩端的第一曲線的斜率的乘積為負數。本發明使用軟體方式進行溫度補償，實現了較佳的靈敏度(感度)曲線，進而提高了感應準確度。
文檔編號G01K1/20GK102466524SQ20101054103
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月9日 優先權日2010年11月9日
發明者王主力 申請人:好慶科技企業股份有限公司