自獲能動靜態人體探測器及微功耗低誤報漏報的方法

2023-08-03 16:45:41

自獲能動靜態人體探測器及微功耗低誤報漏報的方法
【專利摘要】本發明公開了一種自獲能動靜態人體探測器及微功耗低誤報漏報的方法。本發明人體探測器包括監視探測器和環境探測器，兩者的組成結構類同；監視探測器由菲涅爾透鏡，熱釋電紅外傳感器，信號調理模塊，雙穩態液晶光閥執行模塊，信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊組成；外套菲涅爾透鏡的熱釋電紅外傳感器依次與信號調理模塊，信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊，雙穩態液晶光閥執行模塊相連。自獲能技術克服了電池/有線供電的缺陷；液晶光閥亮/暗切換，使人體探測器的服務對象延拓至靜態人；中位數字濾波以及藉助環境探測器、從監視探測器信號中剔除環境幹擾的差分數據祘法，有助於降低誤報漏報率；微功耗的應用提升了人體探測器的可用性。
【專利說明】自獲能動靜態人體探測器及微功耗低誤報漏報的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及被動式熱釋電紅外探測器的人體檢測技術範疇，尤其涉及一種自獲能動靜態人體探測器及微功耗低誤報漏報的方法。
【背景技術】
[0002]被動式熱釋電紅外傳感器是基於熱釋電效應的熱電型紅外探測敏感元件，廣泛應用於工業、農業、國防和安防等領域，甚至在普通的家用電器中也屢見不鮮。除黑體外的任何物體均向外福射紅外線，其波長服從維恩位移定律(Wien』 s Displacement Law);人的典型體溫為37°C，是一個很好的紅外源，只要能探測人體的紅外線就可獲取人的活動狀態。自二戰期間德國用硫化鉛材料製成全球首個紅外傳感器以來，70年曆程的紅外技術取得了全方位的長足進展；傳感器的製造工藝成熟可靠、技術性能日臻完善，經濟指標達到近乎完美的水準。首先，敏感元件的材料延拓至單晶體、陶瓷和薄膜三個大類；單晶體包括硫酸三甘鈦(TGS)、鈮酸鍶鋇(SBN)及鉭酸鋰(LiTa03)等，陶瓷材料包括鋯鈦酸鉛(PZT)及鈦酸鉛(PbTi03)等，薄膜材料有聚偏二氟乙烯(PVF2)及聚亞乙烯氟(PVDF)等。第二，傳感器普遍採用兩個相反極性敏感元件串聯的雙元型結構，使其具有獨特的抗幹擾性能。第三是光學附件的技術進步，不僅發明了只對人體輻射紅外線波長敏感的濾光片，而且開發出聚焦入射紅外光、對活動目標不斷切換溫度場的菲涅爾透鏡，提高了傳感器的靈敏度和抗幹擾性能。最後，熱釋電紅外傳感器專用晶片的推出，傳感器只需外接少量器件，即可構成品質優異的高可靠探測器。
[0003]被動式熱釋電紅外探測器由光學附件、熱釋電紅外傳感器、信號處理和應用電路組成。探測器本身不存在任何類型的輻射、無活動部件，故器件功耗小、隱蔽性好、結構可靠、價格低廉；熱釋電紅外傳感器不受可見光和噪聲的影響，可不分晝夜連續檢測，特別適宜在夜間或黑暗條件下工作；通過被測對象自身發射紅外線實現檢測，不必另設光源、系統結構相對簡單；因大氣對特定波長(8?14um)紅外線吸收甚少，故具有較易檢測到人體的特點。2008年，我國的被動式紅外傳感器市場總量達一千餘萬臺。
[0004]被動式熱釋電紅外探測器應用過程中暴露出三大不足:首先，被動式熱釋電紅外探測器僅對動態人體有效，即無法探測靜態或緩慢移動的人體；探測器若用於安防，則存在安全方面的隱患；若用於節能，根據是否有人決定照明和供熱(冷)的開閉，則存在技術上的缺憾；開發適用於動靜態人體的探測器直接受到熱釋電效應機理的制約。其二，被動式熱釋電紅外探測器的電池/有線供電方式有待改進:電池供電的運維工作量和開銷過大；有線供電的布線和維護工作量大，而且被動式熱釋電紅外探測器搭建的安防系統缺少可擴展和靈活性。第三，熱釋電紅外傳感器易受環境中其他紅外源的幹擾，如暖氣、空調可能引起的探測器誤報，減少或消除誤報是亟待解決難題。被動式熱釋電紅外探測器當探測區域無人體輻射出的紅外線信號時，外界入射的紅外線在熱釋電敏感元上產生極性相反、電量相等的正負電荷極化現象，由於兩個敏感元採用的是相反極性的串聯結構，因此正負電荷相互抵消，傳感器無輸出。當人體靜止在傳感器的探測區域內時，與外界入射紅外線的場景類同，傳感器亦無輸出。若且唯若人體在探測區域內移動時，兩個熱釋電敏感元接收到不同的紅外輻射，敏感元的極化電荷不能相互抵消，傳感器才會輸出信號；一旦人體脫離探測區域、或在探測區域內保持靜止狀態，敏感元產生的極化電荷與空氣中的離子中和，傳感器重返無信號輸出狀態。
[0005]針對被動式熱釋電紅外探測器的不足進行了充分的研究，研究工作聚焦在探測器無法探測靜態人體上，鮮見減少或消除探測器誤報漏報的報導，探測器供電方式的改進則長期處於被漠視的狀態，況且當時技術條件下確無有效的技術手段和解決方案。
[0006]針對被動式熱釋電紅外探測器無法探測靜態人體的缺點，改進設計取得了一定的成效，基本思路是正確的，即依據相對運動的原理進行改進:既然人動、探測器靜，可行；反之人靜、探測器動，必可行。但這種改進在工程實施中的成功案例少之又少，因為改進的技術手段過於複雜昂貴。商品化熱釋電紅外傳感器的批量報價2元左右，菲涅爾透鏡成本〈I元，熱釋電紅外傳感器專用晶片BISS000K1元；顯然，被動式熱釋電紅外探測器改進技術必須具備簡單、低廉、可靠的特徵，現有的電機或步進電機加傳動機構解決方案在技術經濟的合理性方面值得商榷。改進設計的另一思路是多傳感器的信息融合，如熱釋電紅外傳感器與超聲波雙鑑傳感器結合，實現動靜態人體的探測(王良昱，監獄環境下基於無線傳感器網絡技術的監控報警系統設計與實現[D]，國防科學技術大學，2011)，克服單一熱釋電紅外傳感器的缺陷。目前，較有代表性的智慧財產權成果綜述如下:
[0007]?發明專利「照明設備的智能控制系統」(專利號ZL200710060055.1)，提出由紅外熱釋電傳感器和旋轉雲臺構成人體探測器的方案。
[0008].發明專利「具有全態人體感應能力的紅外人體感應裝置」(專利號ZL201110066677.1 )，提出熱釋電紅外傳感器安裝在控制器上，包括旋轉電機和安裝支架、以及減速箱和旋轉齒輪；不僅可以檢測運動中的人體，還可以檢測靜止的人體。
[0009].發明專利「檢測動靜態人體的被動式熱釋電紅外探測器及低誤報方法」(申請號201310113490.1)，提出通過燕尾滑塊的平移，實現對動靜態人的探測；並提出低誤報率、優化燕尾槽平移次數的雙鑑算法。`
[0010]?發明專利「一種基於液晶光閥的人體探測器」(申請號201210472902.6)，提出由光閥控制器驅動液晶光閥的透明和不透明，將靜止狀態人模擬出運動狀態人的效果，從而實現對靜止狀態人的探測。發明專利JP特開2012-202783A也公開了類似的思路。
[0011]?發明專利「光控燈具的智能被動感應方法」(申請號201210195675.7)，提出將熱釋電紅外傳感器陣列中各熱釋電紅外傳感器的輸出信號進行累加，並對放大後的信號進行微分運算、整流處理；解決被動感應方法中普遍存在的對感應區內靜止人員無感應的問題。
[0012]上述有益探索，提出了 「人靜、探測器動」，靜止狀態人模擬出運動狀態人和「多傳感器信息融合」探測靜態人體的方法，有一定的參考價值，但探索成果仍存在局限。
[0013]專利「檢測動靜態人體的被動式熱釋電紅外探測器及低誤報方法」採用簡單的燕尾滑塊改進傳統的電機或步進電機加傳動機構，但機械運動的能耗很難達到令人滿意的狀態。專利「一種基於液晶光閥的人體探測器」藉助光閥控制器驅動液晶光閥，將靜止狀態人模擬出運動狀態人；但發明人忽視了一個基本事實:液晶光閥同時也將靜止狀態的紅外線幅射模擬成了運動狀態的紅外線幅射，給熱釋電紅外探測器施加了附加的、無法忽略的環境幹擾、導致誤報漏報率的上升。[0014]EnOcean是全球唯一採用自獲能技術的無線通信國際標準，由德國的EnOceanGmbH公司(www.enocean.com)提出；2012年3月，國際電工技術委員會(InternationalElectrotechnical Commission)採納為國際標準「IS0/IEC14543-3-10」。截止 2012 年，已有超過100家製造商將EnOcean無線模塊應用於智能樓宇領域(照明、遮陽、暖通系統)、工業領域、汽車行業(替代傳統需要電池的車胎壓力傳感器)。EnOcean為被動式熱釋電紅外探測器供電方式的革命奠定了紮實的基礎，鑑於EnOcean自獲能解決方案並未考慮安防對高可用性的特殊要求，直接應用EnOcean自獲能解決方案是不明智的。此外，液晶光閥將靜止狀態紅外線輻射模擬成了運動狀態紅外線輻射的負面影響，必須尋求有效的方法予以消除。因此，有必要基於被動式熱釋電紅外探測器，在現有研究成果的基礎上作深入的研究與創新，減少或消除探測器的誤報漏報、以自獲能供電方式實現對動靜態人體的低誤報漏報探測。

【發明內容】

[0015]本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種自獲能動靜態人體探測器及微功耗低誤報漏報的方法。
[0016]自獲能動靜態人體探測器包括監視探測器和環境探測器；監視探測器由監視探測菲涅爾透鏡110，監視探測熱釋電紅外傳感器120，監視探測信號調理模塊130，監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊140，監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊150組成；環境探測器由環境探測菲涅爾透鏡210，環境探測熱釋電紅外傳感器220，環境探測信號調理模塊230，環境探測雙穩態液晶光閥執行模塊240，環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊250組成；監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊150包括AD採樣單元、數位訊號處理單元、無線通訊單元、控制單元和自獲能單元，環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊250包括AD採樣單元、數位訊號處理單元、無線通訊單元、控制單元和自獲能單元；
[0017]監視探測熱釋電紅外傳感器120與監視探測信號調理模塊130相連，再接入監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊150 ;監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊150與監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊140相連，實施雙穩態液晶光閥的暗/亮狀態切換、調製輸入監視探測熱釋電紅外傳感器120的光信號；監視探測菲涅爾透鏡110套在監視探測熱釋電紅外傳感器120上；環境探測熱釋電紅外傳感器220與環境探測信號調理模塊230相連，再接入環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊250 ;環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊250與環境探測雙穩態液晶光閥執行模塊240相連，實施雙穩態液晶光閥的暗/亮狀態切換、調製輸入環境探測熱釋電紅外傳感器220的光信號；環境探測菲涅爾透鏡210套在環境探測熱釋電紅外傳感器220上；
[0018]監視區域輸入的光信號經監視探測菲涅爾透鏡110、監視探測熱釋電紅外傳感器120的監視探測雙穩態液晶光閥126，由監視探測熱釋電紅外傳感器120輸出監視區域光信號相應的電信號、供後續模塊作進一步處理，監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊150下達監視探測雙穩態液晶光閥的調製指令，監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊140按調製指令控制監視探測雙穩態液晶光閥；環境探測器輸入的光信號源自環境區域、作為監視區域輸入光信號的參照對比物，故環境探測器的信息流向與監視探測器的信息流向相同；兩者的不同之處在:監視探測器的安裝位置需確保監視探測熱釋電紅外傳感器120輸入的是監視區域的光信號，環境探測器的安裝位置需確保環境探測熱釋電紅外傳感器220輸入的是環境區域的光信號，而且環境區域光信號必需具有:無人進入、且與監視區域光環境一致、可作為監視區域光信號參照對比物的基本特徵。
[0019]所述的監視探測熱釋電紅外傳感器120由監視探測雙穩態液晶光閥126、濾光鏡121、第一敏感元122、第二敏感元123、柵極電阻Re124和場效應管FET125組成；監視區域的環境和人體輻射紅外線經監視探測菲涅爾透鏡110、監視探測雙穩態液晶光閥126、再通過濾光鏡121聚焦至熱釋電紅外敏感元，產生交替變化的紅外輻射高靈敏區和盲區，滿足熱釋電敏感元對信號變化的要求；監視探測雙穩態液晶光閥126位於濾光鏡121和敏感元的前端，採用液晶光閥暗/亮狀態切換的方法、對入射光信號進行調製、達到靜止人模擬出運動人的效果，濾光鏡121則過濾偏離人體體溫的紅外線；敏感元相對的兩面各引一電極、電極兩端形成一個等效電容、等效電容具有自身產生極化的特性，兩個敏感元採用相反極性的串聯結構；敏感元的極化電信號通過場效應管FET阻抗變換後輸出，柵極電阻Re的一端連接FET的柵極、另一端接G端；電阻R12tl與電容C12tl並聯組成低通濾波器，濾波器的一端接S端、另一端接G端；熱釋電紅外傳感器的輸出端為D、S和G，分別與監視探測信號調理模塊130BIS0001晶片的腳11、14、7相連，監視探測雙穩態液晶光閥126的兩端分別接入監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊140⑶4052晶片的腳3、13 ；
[0020]環境探測熱釋電紅外傳感器220的組成及連接方式同上；環境探測熱釋電紅外傳感器220與環境探測信號調理模塊230BIS0001晶片的連接方式，環境探測雙穩態液晶光閥226與環境探測雙穩態液晶光閥執行模塊240⑶4052晶片的連接方式亦同上。
[0021]所述的監視探測信號調理模塊130的核心是熱釋電紅外傳感器專用晶片BIS0001，監視探測熱釋電紅外傳`感器120的D端與BIS0001晶片腳11、I相連並接入電源Vcc ;監視探測熱釋電紅外傳感器120的G端與BIS0001晶片腳7相連接地；監視探測熱釋電紅外傳感器120的S端與BIS0001晶片腳14相連；電阻R133的兩端分別與BIS0001晶片腳3、4相連，電容C134的一端與BIS0001晶片腳4相連、另一端接地，R133和C134決定BIS0001晶片腳2 (V0)保持高電平的時間；電阻R136的兩端分別與BIS0001晶片腳5、6相連，電容C135的一端與BIS0001晶片腳5相連、另一端接地，R136和C135決定BIS0001晶片腳2(V。)輸出由高電平變低電平後的「觸發封鎖時間」，「觸發封鎖時間」內Vtj始終保持低電位、即屏蔽探測器的探測功能，以避免重複報警的方式達到降低功耗；監視探測信號調理模塊130的輸出端為BIS0001晶片腳2 (V0)U2 (20UT)，且分別與監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊150STM300晶片腳33、11相連；
[0022]環境探測熱釋電紅外傳感器220與環境探測信號調理模塊230的組成及連接方式同上；環境探測信號調理模塊230的輸出端為BIS0001晶片腳2 (V。)、12 (20UT)，且分別與環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊250STM300晶片腳33、11相連。
[0023]所述的監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊140的核心是電子開關晶片⑶4052，監視探測雙穩態液晶光閥126的兩端分別與⑶4052晶片腳3、13相連，監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊150STM300晶片腳12、13分別與⑶4052晶片腳10、9相連，⑶4052晶片腳6、7、8、4接地，R放電和1--的兩端分別與⑶4052晶片腳5、14和11、16相連，⑶4052晶片腳16接Vrc ;環境探測雙穩態液晶光閥執行模塊240的組成與連接關係同上；[0024]監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊150STM300晶片腳12、13取不同值，即CD4052晶片腳10 (B端)、9 (A端)取不同值，可選通XQ/YQ、或X1A1、或X2/Y2、或Χ3/Υ3 ;Χ3/Υ3選通時，電源Vcc經R充電、X3端、Xconi端至監視探測雙穩態液晶光閥126的一端，監視探測雙穩態液晶光閥126的另一端經Y 端、Y3端接地形成充電迴路，監視探測雙穩態液晶光閥的充電時間τ充電=R充電XC雙穩態液晶細、式中C雙穩態液晶.是監視探測雙穩態液晶光閥的等效電容A1A1選通時，監視探測雙穩態液晶光閥126 —端的電荷經Xconi端、X1端、
Y1端、Y 端至監視探測雙穩態液晶光閥126的另一端形成放電迴路，監視探測雙穩態液晶光閥的放電時間τ放電=R放電XC雙穩態液晶細、式中C雙穩態液晶光闊是監視探測雙穩態液晶光閥的等效電容；因此，監視探測雙穩態液晶光閥126的充/放電時間取決於1?_/1^%的值；環境探測雙穩態液晶光閥226的充/放電時間同上。
[0025]所述的監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊150的核心是自獲能專用晶片MCU STM300 ;監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊的電路包括SOLAR、型號SC175130I，鉭電容C21，超級電容C22和C23、型號DCL5R5105-C，自獲能專用MCU、型號STM300，鎖存器、型號74HC573，型號為BSS84LT1的場效應管Q21、Q22> Q23> Q24，三極體卩25、卩26、卩27、^28? 二極體 D21、D22-.D23-.D24-.D25 ；
[0026]SOLAR SC175130I 「 + 」極與 D21 陽極、Q21 源極相連，SOLAR SC175130I 「-，，極接地，D21陰極與鉭電容C21 「 + 」極、MCU STM300腳2和3相連，從C21 「 + 」極引出監視探測器的電源；鉭電容C21 極接地，R21的兩端分別與Q21的源極、門極相連；Q21門極與Q25集電極相連，Q25發射極接地，Q25基極與R22的一端相連，R22的另一端與MCU STM300腳30相連;Q21漏極與D23陽極、Q23源極相連，D23陰極與D22陽極相連，D22陰極與D21陰極相連，R25的兩端分別與Q23的源極、門極相連；Q23門極與Q27集電極相連，Q27發射極接地，Q27基極與R26的一端相連，R26的另一端與鎖存器74HC573腳19相連；Q23漏極與D25陽極相連，D25陰極與D24陽極相連，D24陰極與D21陰極相連，R23的一端與MCU STM300腳30相連，R23的另一端與C24 —端、Q26基極相連，C24的另一端與Q26集電極相連；Q26發射極接地，Q26集電極與Q22門極相連，R24的兩端分別與Q22的門極、源極相連；Q22漏極與D22陽極相連，Q22源極與超級電容C22 「 + 」極相連，C22 極接地，R27的一端與鎖存器74HC573腳19相連，R27的另一端與C25的一端、Q28基極相連，C25的另一端與Q28集電極相連；Q28發射極接地，Q28集電極與Q24門極相連，R28的兩端分別與Q24門極、源極相連;Q24漏極與D24陽極相連，Q24源極與超級電容C23 「 +，，極相連，C23 「-，，極接地，鎖存器74HC573腳20與D22陽極相連，鎖存器74HC573腳10和I並聯後接地，鎖存器74HC573的腳11、2分別與MCU STM300的腳16、15相連；MCUSTM300 的腳 9、10、1、4、32 分別與 C22 「 + 」 極、C23 「 + 」 極、地、天線 Ell、R11 的一端相連，R11的另一端與MCU STM300腳33相連；MCU STM300的腳33、11分別與監視探測熱釋電紅外傳感器專用晶片BIS0001的腳2、12相連，MCUSTM300的腳13、12分別與監視探測電子開關晶片CD4052的腳9、10相連；
[0027]監視探測熱釋電紅外傳感器專用晶片BIS0001的腳2、12分別與MCUSTM300的腳33、11相連，BIS0001腳2信號用於喚醒深度睡眠的MCU STM300, MCU STM300藉助腳11的AD 口、採集監視探測熱釋電紅外傳感器經BIS0001腳12輸出的信號；MCU STM300腳4連接RF天線，接收環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean報文，發射監視探測器實時工況的EnOcean報文和監視探測器人體紅外福射數據的EnOcean報文；[0028]鉭電容C21、超級電容C22、C23的電壓分別由MCU STM300的腳2、9、10採集；MCUSTM300腳30輸出高/低電平時，一方面Q21和Q25導通/截止、C22充電迴路打開/關閉，另一方面Q22和Q26導通/截止、C22放電迴路打開/關閉、同時R24和C24組成的延時電路使C22放電迴路延時關閉；MCU STM300的腳15、16分別與鎖存器74HC573的腳2、11相連，鎖存器74HC573腳19控制C23的充/放電；MCU STM300腳16高電平、腳15高/低電平時，鎖存器74HC573的腳19高/低電平，一方面Q23和Q27導通/截止、C23充電迴路打開/關閉，另一方面Q24和Q28導通/截止、C23放電迴路打開/關閉、同時R28和C25組成的延時電路使C23放電迴路延時關閉；
[0029]監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊150藉助S0LARSC175130I將獲取的環境光能轉化成電能，「電能」在微功耗管理電路調度下:或供監視探測器運行、或向監視探測器內的儲能器充電、或兩者兼而有之；微功耗管理電路儲能器由小容量鉭電容C21、大容量超級電容C22和C23組成；C21用於快速充電，C21電壓達到MCU STM300的工作電壓時、向MCU STM300供電、啟動監視探測熱釋電探測器，SOLAR SC175130I產生的電能對C21充電，若SOLAR SC175130I尚有剩餘電能、依據C22和C23的電壓，或轉存至C22或C23、或捨棄SOLAR SC175130I產生的剩餘電能；C22和C23存儲SOLAR SC175130I收集的剩餘電能，SOLARSC175130I供電不足或不供電時，由C22維繫熱釋電探測器的長期穩定運行；C23是C22的熱備份，一旦SOLAR SC175130I和C22存儲的電能無法保證監視探測器的電能需求時、或C22失效時，由C23維繫熱釋電探測器的長期穩定運行；
[0030]微功耗管理電路是μ A級功耗的專用電路，μ A級功耗指標的實現有賴於兩項關鍵技術:
[0031]第一、面向自獲能特定應用場合的MCU STM300晶片不僅擁有主流微功耗MCU常見的深度睡眠技術，而且只要C21的端電壓達到MCU STM300啟動電壓、即使MCU STM300處在深度睡眠狀態亦能置腳30高電平、而腳30高電平可保證C22放電和充電迴路開啟，
[0032]第二、鎖存器74HC573為核心的外圍電路，鎖存器74HC573鎖存MCU STM300運行時腳15和16的狀態、MCU STM300深度睡眠狀態下腳15和16的狀態丟失，但鎖存器74HC573腳19的輸出電平仍保存MCU STM300運行時腳15、16電平狀態的邏輯組合，腳19的輸出電平決定C23放電和充電迴路開啟；
[0033]總之，MCU STM300工作時，MCU STM300決定C22、C23放電和充電的狀態和狀態切換；MCU STM300深度睡眠時，藉助MCU STM300腳30的獨特高電平特性、以及鎖存器74HC573保存MCU STM300運行時腳15、16電平狀態的邏輯組合，維繫MCU STM300工作時指定的C22、C23放電和充電狀態；
[0034]環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊250同上，兩者的不同之處是:後者輸入和處理的信號源於環境區域，只發送環境探測器實時工況的EnOcean報文和環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean報文，不接收外部的EnOcean報文。
[0035]所述的監視探測器實時工況的EnOcean無線報文遵循EnOcean協議，報文由四個域組成:R0RG域、I字節的通訊報文類型；DATA域、I字節的無線報文數據，其中DATA的BIT7取值0/1無實際意義，BIT6?BITO表示存儲能量/標稱能量的百分比，取值O表示儲能器無能量、取值127表示已達到儲能器標稱能量；TXID域、4位元組的全球唯一 ID，監視探測器唯一性標識；STATUS&HASH域、2位元組的網絡狀態及數據校驗；監視探測器實時工況的無線報文示例:RORG域取值0xD5，報文類型是監視探測的無線報文；DATA域取值0xF2，剩餘電量為標稱電量的89.7% ；TXID域取值0x00018C3A，監視探測器的全球唯一 ID ；STATUS&HASH域取值0x002D，網絡狀態及數據校驗值；
[0036]監視探測器人體紅外輻射數據的EnOcean無線報文結構同上，兩者的不同之處是:RORG域通訊報文類型取值一監視探測器實時工況通訊報文類型數值的反碼、本示例取
0xD5的反碼GxD5 (0x2A);DATA域無線報文取值數據的內涵一DATA的BIT7取值0/1、代表
無/有人，BIT6?BITO表示監視探測器人體紅外輻射數據，取值O為無紅外輻射信號、取值127表示紅外輻射信號強度等於或大於監視探測器的上限極值；
[0037]環境探測器實時工況的EnOcean無線報文、環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean無線報文結構同上，與監視探測器報文的不同之處是:後者表徵環境探測器實時工況、環境區域的環境紅外輻射信號強度(數據)，環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean無線報文、其DATA域的BIT7取值0/1無實際意義；
[0038]因此，自獲能動靜態人體探測器EnOcean無線報文類型共計5種:環境探測器實時工況的EnOcean無線報文、監視探測器實時工況的EnOcean無線報文，環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean無線報文、監視探測器人體紅外輻射數據的EnOcean無線報文、監視探測器發送的自獲能動靜態人體探測器失效的EnOcean無線報文；
[0039]自獲能動靜態人體探測器失效的EnOcean無線報文結構同上，與監視探測器實時工況/人體紅外輻射數據EnOcean無線報文的不同之處是:R0RG域通訊報文類型取值一Ox? ；DATA域無線報文取值數據的內涵一DATA域的BIT7取值0/1、無實際意義，BIT6?BITO表示監視探測器人體紅外輻射數據，取值O為無紅外輻射信號、取值127表示紅外輻射信號強度等於或大於監視探測器的上限極值；
[0040]藉助探測器TXID域的唯一性，可確定EnOcean無線報文對應的監視/環境探測器；藉助RORG域的不同取值，可區分實時工況、探測輸出數據、人體紅外輻射數據和自獲能動靜態人體探測器失效的不同類型EnOcean無線報文；自獲能動靜態人體探測器組成安防系統時，系統通過實時工況的EnOcean無線報文獲取全部自獲能動靜態人體探測器的工況、通過人體紅外輻射數據/自獲能動靜態人體探測器失效的EnOcean無線報文實施安防作業；環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean無線報文只供監視探測器使用，對安防系統透明。
[0041]所述的自獲能動靜態人體探測器的微功耗低誤報漏報方法，其特徵在於:
[0042]微功耗方法是基於多項技術集成的方法，關鍵支撐技術有借鑑「磁保持繼電器」設計理念的雙穩態液晶光閥、自獲能儲能器的微功耗管理電路，熱釋電紅外傳感器的「觸發封鎖時間」技術、電子開關集成晶片取代傳統分列器件的解決方案，以及引進的EnOcean低能耗精簡無線報文協議；
[0043]低誤報低漏報方法的基石是自獲能動靜態人體探測器對探測信號的中位數字濾波示示法處理流程；以及在環境探測器環境探測輸出數據協助下，監視探測器從監視探測輸出數據中抽取「人體紅外輻射數據」的差分數據赫法處理流程；
[0044]自獲能動靜態人體探測器的監視探測器、對監視區域的監視探測數據作中位數字濾波處理，生成監視探測器監視探測輸出數據；自獲能動靜態人體探測器的環境探測器、亦對環境區域的環境探測數據作中位數字濾波處理，生成環境探測器環境探測輸出數據；中位數字濾波赫法如下:
[0045]
【權利要求】
1.一種自獲能動靜態人體探測器，其特徵在於，包括監視探測器和環境探測器；監視探測器由監視探測菲涅爾透鏡(110)，監視探測熱釋電紅外傳感器(120)，監視探測信號調理模塊(130)，監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊(140)，監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150)組成；環境探測器由環境探測菲涅爾透鏡(210)，環境探測熱釋電紅外傳感器(220)，環境探測信號調理模塊(230)，環境探測雙穩態液晶光閥執行模塊(240)，環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(250)組成；監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150)和環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(250)的結構相同，均包括AD採樣單元、數位訊號處理單元、無線通訊單元、控制單元和自獲能單元； 監視探測熱釋電紅外傳感器(120)與監視探測信號調理模塊(130)相連，再接入監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150);監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150)與監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊(140)相連，實施雙穩態液晶光閥的暗/亮狀態切換、調製輸入監視探測熱釋電紅外傳感器(120)的光信號；監視探測菲涅爾透鏡(110)套在監視探測熱釋電紅外傳感器(120)上；環境探測熱釋電紅外傳感器(220)與環境探測信號調理模塊(230)相連，再接入環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(250);環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(250)與環境探測雙穩態液晶光閥執行模塊(240)相連，實施雙穩態液晶光閥的暗/亮狀態切換、調製輸入環境探測熱釋電紅外傳感器(220)的光信號；環境探測菲涅爾透鏡(210)套在環境探測熱釋電紅外傳感器(220)上； 監視區域輸入的光信號經監視探測菲涅爾透鏡(110)、監視探測熱釋電紅外傳感器(120)的監視探測雙穩態液晶光閥(126)，由監視探測熱釋電紅外傳感器(120)輸出監視區域光信號相應的電信號，供後續模塊作進一步處理，監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150)下達監視`探測雙穩態液晶光閥(126)的調製指令，監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊(140)按調製指令控制監視探測雙穩態液晶光閥(126);環境探測器輸入的光信號源自環境區域，作為監視區域輸入光信號的參照對比物，故環境探測器的信息流向與監視探測器的信息流向相同；兩者的不同之處在:監視探測器的安裝位置需確保監視探測熱釋電紅外傳感器(120)輸入的是監視區域的光信號，環境探測器的安裝位置需確保環境探測熱釋電紅外傳感器(220)輸入的是環境區域的光信號，而且環境區域光信號必需具有:無人進入、與監視區域光環境一致、可作為監視區域光信號參照對比物的基本特徵。
2.根據權利要求1所述的一種自獲能動靜態人體探測器，其特徵在於，所述監視探測熱釋電紅外傳感器(120)和環境探測熱釋電紅外傳感器(220)的結構相同，所述的監視探測熱釋電紅外傳感器(120)由監視探測雙穩態液晶光閥(126)、濾光鏡(121)、第一敏感元(122)、第二敏感元(123)、柵極電阻Re (124)和場效應管FET (125)組成；監視區域的環境和人體輻射紅外線經監視探測菲涅爾透鏡(110)、監視探測雙穩態液晶光閥(126)，再通過濾光鏡(121)聚焦至熱釋電紅外敏感元，產生交替變化的紅外輻射高靈敏區和盲區，滿足熱釋電敏感元對信號變化的要求；監視探測雙穩態液晶光閥(126)位於濾光鏡(121)和敏感元的前端，採用液晶光閥暗/亮狀態切換的方法，對入射光信號進行調製，達到靜止人模擬出運動人的效果，濾光鏡(121)則過濾偏離人體體溫的紅外線；敏感元相對的兩面各引一電極、電極兩端形成一個等效電容、等效電容具有自身產生極化的特性，兩個敏感元採用相反極性的串聯結構；敏感元的極化電信號通過場效應管FET阻抗變換後輸出，柵極電阻Re的一端連接FET的柵極、另一端接G端；電阻R12tl與電容C12tl並聯組成低通濾波器，濾波器的一端接S端、另一端接G端；熱釋電紅外傳感器的輸出端為D、S和G，分別與監視探測信號調理模塊(130 ) BIS0001晶片的腳11、14、7相連，監視探測雙穩態液晶光閥(126 )的兩端分別接入監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊(140)⑶4052晶片的腳3、13。
3.根據權利要求1所述的一種自獲能動靜態人體探測器，其特徵在於，所述監視探測信號調理模塊(130)與環境探測信號調理模塊(230)的結構相同，所述的監視探測信號調理模塊(130)的核心是熱釋電紅外傳感器專用晶片BIS0001，監視探測熱釋電紅外傳感器(120)的D端與BIS0001晶片腳11、1相連並接入電源Vcc ;監視探測熱釋電紅外傳感器(120)的G端與BIS0001晶片腳7相連接地；監視探測熱釋電紅外傳感器(120)的S端與BIS0001晶片腳14相連；電阻R133的兩端分別與BIS0001晶片腳3、4相連，電容C134的一端與BIS0001晶片腳4相連、另一端接地，R133和C134決定BIS0001晶片腳2 (V。)保持高電平的時間；電阻R136的兩端分別與BIS0001晶片腳5、6相連，電容C135的一端與BIS0001晶片腳5相連、另一端接地，R136和C135決定BIS0001晶片腳2 (V。)輸出由高電平變低電平後的「觸發封鎖時間」，「觸發封鎖時間」內Vtj始終保持低電位、即屏蔽探測器的探測功能，以避免重複報警的方式達到降低功耗；監視探測信號調理模塊(130)的輸出端為BIS0001晶片腳2(V。)、12 (20UT)，且分別與監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150)STM300晶片腳33、11相連。
4.根據權利要求1所述的一種自獲能動靜態人體探測器，其特徵在於，所述監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊(140)和環境探測雙穩態液晶光閥執行模塊(240)的結構相同；所述監視探測雙穩態液晶光閥執行模塊(140)的核心是電子開關晶片⑶4052，監視探測雙穩態液晶光閥(126)的兩端分別與⑶4052晶片腳3、13相連，監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150)STM300晶片腳12、13分別與CD4052晶片腳10、9相連，CD4052晶片腳6、7、8、4接地，1?放％和1--的兩端分別與⑶4052晶片腳5、14和11、16相連，⑶4052晶片腳16接V。。；監視探 測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150) STM300晶片腳12、13取不同值，即0)4052晶片腳10 (B端)、9 (A端)取不同值，可選通XQ/YQ、或X1A1、或X2/Y2、或X3/Y3 ；Χ3/Υ3選通時，電源Vcc經R_、X3端、X.端至監視探測雙穩態液晶光閥(126)的一端，監視探測雙穩態液晶光閥(126)的另一端經Y 端、Y3端接地形成充電迴路，監視探測雙穩態液晶光閥(I26)的充電時間τ充電=R充電Xq穩態液晶光w、式中q穩態液晶光?是監視探測雙穩態液晶光閥(126)的等效電容A1A1選通時，監視探測雙穩態液晶光閥(126)—端的電荷經X.端、X1端、Y1端、Y 端至監視探測雙穩態液晶光閥(126)的另一端形成放電迴路，監視探測雙穩態液晶光閥的放電時間τ放電=Rm XC雙穩態液晶光w、式中，C雙_液晶光1?!是監視探測雙穩態液晶光閥的等效電容；因此，監視探測雙穩態液晶光閥(126)的充/放電時間取決於1--/!--的值；環境探測雙穩態液晶光閥(226)的充/放電時間與監視探測雙穩態液晶光閥(126)的充/放電時間一致。
5.根據權利要求1所述的一種自獲能動靜態人體探測器，其特徵在於，所述的監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150)的核心是自獲能專用晶片MCU STM300 ；監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊的電路包括SOLAR、型號SC175130I，鉭電容C21，超級電容C22和C23、型號DCL5R5105-C，自獲能專用MCU、型號STM300，鎖存器、型號74HC573，型號為 BSS84LT1 的場效應管 Q21、Q22、Q23> Q24，三極體 Q25> Q26> Q27> Q28，二極體 D21'D22、D23、D24> D25 ； SOLAR SC175130I 「 + 」極與 D21 陽極、Q21 源極相連，SOLAR SC175130I 極接地，D21陰極與鉭電容C21 「 + 」極、MCU STM300腳2和3相連，從C21 「 + 」極引出監視探測器的電源；鉭電容C21 極接地，R21的兩端分別與Q21的源極、門極相連；Q21門極與Q25集電極相連，Q25發射極接地，Q25基極與R22的一端相連，R22的另一端與MCU STM300腳30相連；Q21漏極與D23陽極、Q23源極相連，D23陰極與D22陽極相連，D22陰極與D21陰極相連，R25的兩端分別與Q23的源極、門極相連；Q23門極與Q27集電極相連，Q27發射極接地，Q27基極與R26的一端相連，R26的另一端與鎖存器74HC573腳19相連；Q23漏極與D25陽極相連，D25陰極與D24陽極相連，D24陰極與D21陰極相連，R23的一端與MCU STM300腳30相連，R23的另一端與C24 —端、Q26基極相連，C24的另一端與Q26集電極相連；Q26發射極接地，Q26集電極與Q22門極相連，R24的兩端分別與Q22的門極、源極相連；Q22漏極與D22陽極相連，Q22源極與超級電容C22「+」極相連，C22 極接地，R27的一端與鎖存器74HC573腳19相連，R27的另一端與C25的一端、Q28基極相連，C25的另一端與Q28集電極相連；Q28發射極接地，Q28集電極與Q24門極相連，R28的兩端分別與Q24門極、源極相連;Q24漏極與D24陽極相連，Q24源極與超級電容C23 「+」極相連，C23 極接地，鎖存器74HC573腳20與D22陽極相連，鎖存器74HC573腳10和I並聯後接地，鎖存器74HC573的腳11、2分別與MCU STM300的腳16、15相連；MCU STM300的腳9、10、1、4、32分別與C22 「 + 」極、C23 「 + 」極、地、天線ElUR11的一端相連，R11的另一端與MCU STM300腳33相連；MCU STM300的腳33、11分別與監視探測熱釋電紅外傳感器專用晶片BIS0001的腳2、12相連，MCU STM300的腳13、12分別與監視探測電子開關晶片⑶4052的腳9、10相連； 監視探測熱釋電紅外傳感器專用晶片BIS0001的腳2、12分別與MCU STM300的腳33、11相連，BIS0001腳2信號用於`喚醒深度睡眠的MCU STM300, MCU STM300藉助腳11的AD口、採集監視探測熱釋電紅外傳感器經BIS0001腳12輸出的信號；MCU STM300腳4連接RF天線，接收環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean報文，發射監視探測器實時工況的EnOcean報文和監視探測器人體紅外福射數據的EnOcean報文； 鉭電容C21、超級電容C22、C23的電壓分別由MCU STM300的腳2、9、10採集；MCU STM300腳30輸出高/低電平時，一方面Q21和Qm導通/截止、C22充電迴路打開/關閉，另一方面Q22和Q26導通/截止、C22放電迴路打開/關閉、同時R24和C24組成的延時電路使C22放電迴路延時關閉；MCU STM300的腳15、16分別與鎖存器74此573的腳2、11相連，鎖存器74HC573腳19控制C23的充/放電；MCU STM300腳16高電平、腳15高/低電平時，鎖存器74HC573的腳19高/低電平，一方面Q23和Q27導通/截止、C23充電迴路打開/關閉，另一方面Q24和Q28導通/截止、C23放電迴路打開/關閉、同時R28和C25組成的延時電路使C23放電迴路延時關閉； 監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150)藉助S0LARSC175130I將獲取的環境光能轉化成電能，「電能」在微功耗管理電路調度下，或供監視探測器運行、或向監視探測器內的儲能器充電、或兩者兼而有之；微功耗管理電路儲能器由小容量鉭電容C21、大容量超級電容C22和C23組成；C21用於快速充電，C21電壓達到MCU STM300的工作電壓時、向MCU STM300供電、啟動監視探測熱釋電探測器，SOLAR SC175130I產生的電能對C21充電，若SOLAR SC175130I尚有剩餘電能，依據C22和C23的電壓，或轉存至C22或C23、或捨棄SOLAR SC175130I產生的剩餘電能；C22和C23存儲S0LARSC175130I收集的剩餘電能，SOLARSC175130I供電不足或不供電時，由C22維繫熱釋電探測器的長期穩定運行；C23是C22的熱備份，一旦SOLAR SC175130I和C22存儲的電能無法保證監視探測器的電能需求時、或C22失效時，由C23維繫熱釋電探測器的長期穩定運行； 環境探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(250)同上，兩者的不同之處是:後者輸入和處理的信號源於環境區域，只發送環境探測器實時工況的EnOcean報文和環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean報文，不接收外部的EnOcean報文。
6.根據權利要求5所述的監視探測的信號採集處理、通訊、控制和自獲能模塊(150)，其特徵在於，所述的監視探測器實時工況的EnOcean無線報文遵循EnOcean協議，報文由四個域組成:R0RG域、I字節的通訊報文類型；DATA域、I字節的無線報文數據，其中DATA的BIT7取值0/1無實際意義，BIT6~BITO表示存儲能量/標稱能量的百分比，取值O表示儲能器無能量、取值127表示已達到儲能器標稱能量；TXID域、4位元組的全球唯一 ID，監視探測器唯一性標識；STATUS&HASH域、2位元組的網絡狀態及數據校驗；監視探測器實時工況的無線報文示例:R0RG域取值0xD5，報文類型是監視探測的無線報文；DATA域取值0xF2，剩餘電量為標稱電量的89.7% ；TXID域取值0x00018C3A，監視探測器的全球唯一 ID ；STATUS&HASH域取值0x002D，網絡狀態及數據校驗值； 監視探測器人體紅外輻射數據的EnOcean無線報文結構同上，兩者的不同之處是:RORG域通訊報文類型取值一監視探測器實時工況通訊報文類型數值的反碼、本示例取0xD5的反碼οχΙ)5 (0x2A);DATA域無線報文取值數據的內涵一DATA的BIT7取值0/1、代表無/有人，BIT6~BITO表示監 視探測器人體紅外輻射數據，取值O為無紅外輻射信號、取值127表示紅外輻射信號強度等於或大於監視探測器的上限極值； 環境探測器實時工況的EnOcean無線報文、環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean無線報文結構同上，與監視探測器報文的不同之處是:後者表徵環境探測器實時工況、環境區域的環境紅外輻射信號強度(數據)，環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean無線報文、其DATA域的BIT7取值0/1無實際意義； 因此，自獲能動靜態人體探測器EnOcean無線報文類型共計5種:環境探測器實時工況的EnOcean無線報文、監視探測器實時工況的EnOcean無線報文，環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean無線報文、監視探測器人體紅外輻射數據的EnOcean無線報文、監視探測器發送的自獲能動靜態人體探測器失效的EnOcean無線報文； 自獲能動靜態人體探測器失效的EnOcean無線報文結構同上，與監視探測器實時工況/人體紅外輻射數據EnOcean無線報文的不同之處是:R0RG域通訊報文類型取值一OxOT ；DATA域無線報文取值數據的內涵一DATA域的BIT7取值0/1、無實際意義，BIT6~BITO表示監視探測器人體紅外輻射數據，取值O為無紅外輻射信號、取值127表示紅外輻射信號強度等於或大於監視探測器的上限極值； 藉助探測器TXID域的唯一性，可確定EnOcean無線報文對應的監視/環境探測器；藉助RORG域的不同取值，可區分實時工況、探測輸出數據、人體紅外輻射數據和自獲能動靜態人體探測器失效的不同類型E nOcean無線報文；自獲能動靜態人體探測器組成安防系統時，系統通過實時工況的EnOcean無線報文獲取全部自獲能動靜態人體探測器的工況、通過人體紅外輻射數據/自獲能動靜態人體探測器失效的EnOcean無線報文實施安防作業；環境探測器環境探測輸出數據的EnOcean無線報文只供監視探測器使用，對安防系統透明。
7.一種使用如權利要求1所述的自獲能動靜態人體探測器的微功耗低誤報漏報方法，其特徵在於: 低誤報低漏報方法的基石是自獲能動靜態人體探測器對探測信號的中位數字濾波示示法處理流程；以及在環境探測器環境探測輸出數據協助下，監視探測器從監視探測輸出數據中抽取「人體紅外輻射數據」的差分數據赫法處理流程； 自獲能動靜態人體探測器的監視探測器，對監視區域的監視探測數據作中位數字濾波處理，生成監視探測器監視探測輸出數據；自獲能動靜態人體探測器的環境探測器，亦對環境區域的環境探測數據作中位數字濾波處理，生成環境探測器環境探測輸出數據；中位數字濾波赫法如下:
【文檔編號】G01J5/10GK103884433SQ201410089775
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】鄭濤, 孫文英, 劉彥鵬, 吳明光 申請人:浙江大學, 鄭濤