被动式红外探测模块在太阳能照明系统中的应用设计

引言

随着太阳能产品受到越来越多的关注，其太阳能照明系列产品也得到了广泛的认可。为此，本文根据市场需要，开发了一款应用于太阳能系列产品的远红外信号探测模块，以满足其越来越高的功能要求。

人体是一个具有特定波长的红外发射体,检测这种红外信号并予以放大处理，推动适当的负载工作，便是热释电人体红外传感器及相关专用集成电路应有的功能。

这种人体检测技术具有明显的优越性。如：常见的主动式红外装置,虽具有较高的灵敏度，也能靠人体阻挡红外光束进行控制,但需发射和接收两部分才能组成，且需严格对准,因而机构复杂、要求精度高、调试困难，且人物不分，误动作难于避免。而触摸触发方式虽为人体直接接触，但不能拉开距离，人手不及的地方便无能为力。因此,人体红外触发的方式以其功耗低、可靠性高、不易被发现等优越性受到广泛关注。这种电路的核心元件为热释电红外传感器(PIR)和信号处理模块，供电单元为太阳能电池板。本文介绍一种简单可靠的、主要应用于室内的太阳能照明系列产品的红外处理模块的设计和应用方法。该模块亦可应用于安防报警。本文主要针对太阳能照明系统进行阐述。

1  红外处理模块的组成

该红外处理模块主要由热释电红外传感器(PIR)、红外处理电路(IV0201),电源管理电路(IV0103JV0104)及一块太阳能电池板组成。其系统原理框图如图1所示。

系统的基本工作原理是以太阳能做为系统的能量来源，用太阳能板给蓄电池存储的电量通过一个电源管理模块给热释电红外传感器、信号处理模块等供电。夜间，系统电源管理模块将控制并点亮系统中的一颗主LED灯，当没有人进入探测区域时，副LED处于熄灭状态，反之，副LED灯点亮做为辅助照明使用。以此节约太阳能板白天有限的充电电量,达到更加节能的效果（若做为安防报警使用，还需对电路进行简单处理，本文不再阐述）。

本系统使用的是被动式探测方式，由于本身不发出任何辐射，因而功耗低、隐蔽性好。

2  热释电红外传感器（PIR）

热释电红外传感器是根据热释电效应制成的一类红外传感器。当热电晶体温度以一定频率发生变化时，其面束缚电荷密度必然以同样的频率出现周期性的变化，并产生一个交变的电场，这便是热释电效应的原理。如图2所示。

热释电红外传感器包括两个相互串联且电极化方向相反的热释电元件。由于两电极之间的输出阻抗极高，所以，接入MOS管可做为阻抗变换之用，当传感器检测范围内温度有△T的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷△Q，即在两电极之间产生微弱电压应△V。由于它的输出阻抗极高，所以，传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。通常热释电效应所产生的电荷△Q会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，△T=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别,将产生△T，故会有信号输出；如果人体进入检测区域后不动，则温度将没有变化，传感器也没有输出，所以，这种传感器能检测出人体或者动物的活动。

3  信号处理及电源管理模块

采用线性滤波放大的方法是人体远红外信号处理的一种常见方法，有很多生产商根据PIR传感器特性设计了专用的信号处理器，如HOLTEK的HT761X,PTI的PT8A26XXP,WELTREND的WT8072.BISS0001等。这些专用的人体远红外信号处理器基本上都包含有运算放大器、窗口比较器、线性稳压器及一些逻辑控制电路。因人体远红外信号的变化缓慢、幅值小（大约几十到几mV）,为了后续电路能有效地处理，并考虑到PIR传感器的信噪比，所以，在设计IV0201时应将增益选在100dB左右，带宽基本为0.1〜10Hz。同时，电源上的噪声可能会直接加到PIR的输出端，因此，为了保证后面放大器的工作稳定可靠,这些处理器也都集成了一个稳压器来给传感器、放大器和比较器供电，并经常在PIR的电源端做一级滤波处理。图3所示是系统电源管理模块电路图。 

电路的信号处理由IV0201完成。IV0201的功能完全可以取代LM324组成的红外信号处理电路,且较LM324组成的红外信号处理电路具有明显的优势(成本低、功耗低、结构简单、可靠性高)。基于IV0201的信号处理模块电路如图4所示。