CN106441596A - 阵列红外热电堆传感装置及传感方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阵列红外热电堆传感装置及传感方法，该装置包括传感模块，与外部探测区域相对应，传感模块包括多个探测单元，多个探测单元的探测范围将探测区域划分为多个分区域，每个探测单元感应温度数据并分别输出响应信号；处理模块根据响应信号分析探测区域中各分区域的温差变化数据，并在温差变化数据超过一跳变阈值时，输出探测区域内有目标对象出现的判断信号。本发明的阵列红外热电堆传感装置及传感方法中，将探测区域划分为多个分区域并进行温度数据感应，并在温差变化数据超过一跳变阈值时，输出探测区域内有目标对象出现的判断信号，从而通过对探测单元数量及响应信号的跳变量进行控制，实现对整个探测区域内的人体存在式监控。
Description
技术领域
本发明涉及人体存在式感应领域，尤其涉及一种阵列红外热电堆传感装置及传感方法。
背景技术
现有技术中，存在多种对指定区域内活动人体的监测方式，例如热释电监测、微波监测、红外对管监测及等单元热电堆红外传感器监测。但上述各方式均存在一定缺点，以下分别列出。
热释电监测的缺点包括：1、只对活动的人体有信号输出，对静止的人体没有响应输出；2、只对活动频率较低(0.1Hz-10Hz)的人体产生信号输出，对活动频率超过10Hz的人体活动无响应输出。
微波监测的缺点包括：1、只对运动的人体有响应输出，对静止的人体没有响应输出；2、自身对外产生电磁辐射。
红外对管监测的缺点包括：1、监测距离有限(一般小于50厘米)；2、监测角度小(只对探头正前方位置有响应)。
单元热电堆红外传感器监测的缺点包括：1、信号弱，实现的探测范围小，只有2-3米的距离。不使用透镜，探测距离短；使用透镜可以增加部分探测距离，但探测角度变窄。此外，使用单元红外热电堆传感器的劣势还在于单元探测的区域比较大，当人体距离传感器较远的时候，人体占其探测范围的比重很低。人体在与不在探测范围，所引起的热电堆红外传感器的响应电压变化很小，不足以用于判断人体是否在探测范围内。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的阵列红外热电堆传感装置及传感方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种阵列红外热电堆传感装置，包括
传感模块，与一外部探测区域相对应，所述传感模块包括多个探测单元，且多个所述探测单元的探测范围将所述探测区域划分为多个分区域，每个所述探测单元感应所对应分区域的温度数据并分别输出一响应信号；以及
处理模块，与所述传感模块相连接并接收所述响应信号，且根据所述响应信号分析所述探测区域中各分区域的温差变化数据，并在所述温差变化数据超过一跳变阈值时，输出所述探测区域内有目标对象出现的判断信号。
优选地，所述处理模块还包括一第一统计单元，统计所有所述温差变化数据超过所述跳变阈值的分区域的数量，并在统计数量超过一数量阈值时，输出所述探测区域内有目标对象出现的第一比较信号，所述判断信号包括所述第一比较信号。
优选地，所述处理模块还包括一第二统计单元，统计所有所述温差变化数据超过所述跳变阈值的面积，计算出统计面积占所述探测区域面积的面积占比，并在所述面积占比超过一面积占比阈值时，输出所述探测区域内有目标对象出现的第二比较信号，所述判断信号包括所述第二比较信号。
优选地，所述处理模块还包括一人体感测单元，在至少一个探测单元的当前温度为36-37.5℃时，输出所述判断信号；
和/或，
所述处理模块还包括一宠物豁免单元，在至少一个探测单元的当前温度为38-39.5℃时，取消输出所述判断信号。
优选地，所述传感模块中，所述探测单元为的数量为16个，且呈4×4阵列式排布。
优选地，所述传感模块为热电堆红外传感器。
优选地，所述处理模块包括MCU芯片和/或集成电路。
还提供一种阵列红外热电堆传感方法，使用传感装置，所述方法包括如下步骤：
A：所述传感模块中多个所述探测单元的探测范围将所述探测区域划分为多个分区域，每个所述探测单元感应所对应分区域的温度数据并分别输出一响应信号；
B：所述处理模块将各分区域的温度数据分别采样；
C：所述处理模块判断各分区域的温差变化数据是否超过跳变阈值，若是，则执行步骤D；若否，则返回步骤B；
D：输出所述分区域内有目标对象出现的判断信号。
优选地，还包括步骤：所述处理模块还包括一第一统计单元，所述还包括一第一统计单元，统计所有所述温差变化数据超过所述跳变阈值的分区域的数量，并判断统计数量是否超过一数量阈值，若是，则输出所述探测区域内有目标对象出现的第一比较信号，所述判断信号包括所述第一比较信号；若否，则返回步骤B。
优选地，还包括步骤：所述处理模块还包括一第二统计单元，统计所有所述温差变化数据超过所述跳变阈值的面积，计算出统计面积占所述探测区域面积的面积占比，并判断所述面积占比是否超过一面积占比阈值，若是，则输出所述探测区域内有目标对象出现的第二比较信号，所述判断信号包括所述第二比较信号；若否，则返回步骤B。
实施本发明的有益效果是：本发明的阵列红外热电堆传感装置及传感方法中，将探测区域划分为多个分区域并进行温度数据感应，并在温差变化数据超过一跳变阈值时，输出探测区域内有目标对象出现的判断信号，从而通过对探测单元数量及响应信号的跳变量进行控制，实现对整个探测区域内的人体存在式监控。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一些实施例中阵列红外热电堆传感装置的模块示意图；
图2是本发明一些实施例中阵列红外热电堆传感方法的流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1示出了本发明一些实施例中的阵列红外热电堆传感装置，利用了热电堆红外传感器的响应电压与其探测区域内的红外辐射总量相关的原理，通过使用中远红外热电堆传感器进行非接触、被动探测并使用MCU运算，达到人体存在式感应的目的。即有人在探测区域内时有响应输出，并对探测区域是否有人进行实时、准确监测，到达智能控制的目的。本发明实施例中的阵列红外热电堆传感装置还具有响应快(100ms以内)、指定区域内无盲区、非接触式、被动式、监测距离可以到5米或者更远等优点。阵列红外热电堆传感装置包括传感模块10和处理模块20，传感模块10用于感应温度数据，处理模块20用于分析温差变化数据，并判断探测区域内是否有目标对象出现。
其中，传感模块10与一外部探测区域相对应。传感模块10包括多个探测单元11，且多个探测单元11的探测范围将探测区域划分为多个分区域，每个探测单元11感应所对应分区域的温度数据并分别输出一响应信号。本实施例使用小阵列红外热电堆电传感器对监测区域内进行视场划分，将探测区域划分为多个、或十多个乃至数十个区域。作为选择，传感模块10中探测单元11为的数量可为至少三个，只要可以满足对应各个分区域进行探测并实现响应的探测功能即可。优选地，传感模块10中探测单元11为的数量为16个，且呈4×4阵列式排布。
优选地，本实施例中的传感方式为热电堆红外传感方式，即传感模块10为热电堆红外传感器。使用阵列热电堆红外传感器的优势在于，其将探测区域分割成多个小的分区域，即便人体距离传感器较远，人体在某个小的探测区域中所占的比重依然很高。人体在与不在探测区域，所引起的传感器电压响应也足以用于判断人体是否在该探测区域范围内。同时可以根据人体的体型特征及运动特征，可以进一步精确判断是否有人在探测区域范围内。
处理模块20与传感模块10相连接并接收响应信号，且根据响应信号分析探测区域中各分区域的温差变化数据，并在温差变化数据超过一跳变阈值时，输出探测区域内有目标对象出现的判断信号。作为选择，该跳变阈值可为0.1mV、0.5mV、1mV等数值，可以根据具体需求进行设定。优选地，处理模块20包括MCU芯片和/或集成电路，或者，处理模块20也可以为其他形式的功能模块，只要可以实现响应的功能即可。在一些实施例中，处理模块20包括第一统计单元21、第二统计单元22、人体感测单元23和/或宠物豁免单元24。
第一统计单元21用于统计所有温差变化数据超过跳变阈值的分区域的数量，并在统计数量超过一数量阈值时，输出探测区域内有目标对象出现的第一比较信号，判断信号包括第一比较信号。作为选择，数量阈值可以根据具体需求进行设定，优选为1。或者，数量阈值也可以为其他数值，例如2、3、5等。
第二统计单元22用于统计所有温差变化数据超过跳变阈值的面积，计算出统计面积占探测区域面积的面积占比，并在面积占比超过一面积占比阈值时，输出探测区域内有目标对象出现的第二比较信号，判断信号包括第二比较信号。作为选择，面积占比阈值可以根据具体需求进行设定，优选为12.5％。或者，面积阈值也可以为其他数值，例如10％、25％等。
人体感测单元23用于感测目标对象是否是人体。人体感测单元23在至少一个探测单元11的当前温度为36-37.5℃时，输出判断信号。
宠物豁免单元24用于感测目标对象是否是猫、狗等宠物，在这种情况下，不发出判断信号。宠物豁免单元24在至少一个探测单元11的当前温度为38.5℃以上时，取消输出判断信号。
图2示出了本发明一些实施例中的阵列红外热电堆传感方法，以下结合图1以及上述实施例中的传感装置对本实施例中的方法流程进行说明。本实施例中的阵列红外热电堆传感方法包括如下步骤。
首先，在步骤A中，传感模块10中多个探测单元11的探测范围将探测区域划分为多个分区域，每个探测单元11感应所对应分区域的温度数据并分别输出一响应信号。优选地，本实施例中的传感方式为热电堆红外传感方式，即传感模块10为热电堆红外传感器。作为选择，传感模块10中探测单元11为的数量可为至少三个，只要可以满足对应各个分区域进行探测并实现响应的探测功能即可。优选地，传感模块10中探测单元11为的数量为16个，且呈4×4阵列式排布。
然后，在步骤B中，处理模块20将各分区域的温度数据分别采样。优选地，处理模块20包括MCU芯片和/或集成电路，或者，处理模块20也可以为其他形式的功能模块，只要可以实现响应的功能即可。
之后，在步骤C中，处理模块20判断各分区域的温差变化数据是否超过跳变阈值，若是，则执行步骤D；若否，则返回步骤B。作为选择，该跳变阈值可为0.1mV、0.5mV、1mV等数值，可以根据具体需求进行设定。
作为选择，在一些实施例中，此处还可包括步骤：处理模块20还包括一第一统计单元21，还包括一第一统计单元21，统计所有温差变化数据超过跳变阈值的分区域的数量，并判断统计数量是否超过一数量阈值，若是，则输出探测区域内有目标对象出现的第一比较信号，判断信号包括第一比较信号；若否，则返回步骤B。作为选择，数量阈值可以根据具体需求进行设定，优选为1。或者，数量阈值也可以为其他数值，例如2、3、5等。
作为选择，在一些实施例中，此处还可包括步骤：处理模块20还包括一第二统计单元22，统计所有温差变化数据超过跳变阈值的面积，计算出统计面积占探测区域面积的面积占比，并判断面积占比是否超过一面积占比阈值，若是，则输出探测区域内有目标对象出现的第二比较信号，判断信号包括第二比较信号；若否，则返回步骤B。作为选择，面积占比阈值可以根据具体需求进行设定，优选为12.5％。或者，面积阈值也可以为其他数值，例如10％、25％等。
最后，在步骤D中，输出分区域内有目标对象出现的判断信号。
作为选择，处理模块20还包括人体感测单元23，用于感测目标对象是否是人体。人体感测单元23在至少一个探测单元11的当前温度为36-37.5℃时，输出判断信号。
作为选择，处理模块20还包括宠物豁免单元24，用于感测目标对象是否是猫、狗等宠物，在这种情况下，不发出判断信号。宠物豁免单元24在至少一个探测单元11的当前温度为38.5℃以上时，取消输出判断信号。
需要说明的是，本实施例中阵列红外热电堆传感方法的步骤与前述实施例中阵列红外热电堆传感装置的各功能模块相对应，因而不再赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种阵列红外热电堆传感装置，其特征在于，包括
传感模块(10)，与一外部探测区域相对应，所述传感模块(10)包括多个探测单元(11)，且多个所述探测单元(11)的探测范围将所述探测区域划分为多个分区域，每个所述探测单元(11)感应所对应分区域的温度数据并分别输出一响应信号；以及
处理模块(20)，与所述传感模块(10)相连接并接收所述响应信号，且根据所述响应信号分析所述探测区域中各分区域的温差变化数据，并在所述温差变化数据超过一跳变阈值时，输出所述探测区域内有目标对象出现的判断信号。
2.根据权利要求1所述的阵列红外热电堆传感装置，其特征在于，所述处理模块(20)还包括一第一统计单元(21)，统计所有所述温差变化数据超过所述跳变阈值的分区域的数量，并在统计数量超过一数量阈值时，输出所述探测区域内有目标对象出现的第一比较信号，所述判断信号包括所述第一比较信号。
3.根据权利要求1所述的阵列红外热电堆传感装置，其特征在于，所述处理模块(20)还包括一第二统计单元(22)，统计所有所述温差变化数据超过所述跳变阈值的面积，计算出统计面积占所述探测区域面积的面积占比，并在所述面积占比超过一面积占比阈值时，输出所述探测区域内有目标对象出现的第二比较信号，所述判断信号包括所述第二比较信号。
4.根据权利要求1至3任一项所述的阵列红外热电堆传感装置，其特征在于，所述处理模块(20)还包括一人体感测单元(23)，在至少一个探测单元(11)的当前温度为36-37.5℃时，输出所述判断信号；
和/或，
所述处理模块(20)还包括一宠物豁免单元(24)，在至少一个探测单元(11)的当前温度为38.5℃以上时，取消输出所述判断信号。
5.根据权利要求1至3任一项所述的阵列红外热电堆传感装置，其特征在于，所述传感模块(10)中，所述探测单元(11)为的数量为16个，且呈4×4阵列式排布。
6.根据权利要求1至3任一项所述的阵列红外热电堆传感装置，其特征在于，所述传感模块(10)为热电堆红外传感器。
7.根据权利要求1至3任一项所述的阵列红外热电堆传感装置，其特征在于，所述处理模块(20)包括MCU芯片和/或集成电路。
8.一种阵列红外热电堆传感方法，其特征在于，使用权利要求1至7任一项所述的传感装置，所述方法包括如下步骤：
A：所述传感模块(10)中多个所述探测单元(11)的探测范围将所述探测区域划分为多个分区域，每个所述探测单元(11)感应所对应分区域的温度数据并分别输出一响应信号；
B：所述处理模块(20)将各分区域的温度数据分别采样；
C：所述处理模块(20)判断各分区域的温差变化数据是否超过跳变阈值，若是，则执行步骤D；若否，则返回步骤B；
D：输出所述分区域内有目标对象出现的判断信号。
9.根据权利要求8所述的阵列红外热电堆传感方法，其特征在于，还包括步骤：所述处理模块(20)还包括一第一统计单元(21)，所述还包括一第一统计单元(21)，统计所有所述温差变化数据超过所述跳变阈值的分区域的数量，并判断统计数量是否超过一数量阈值，若是，则输出所述探测区域内有目标对象出现的第一比较信号，所述判断信号包括所述第一比较信号；若否，则返回步骤B。
10.根据权利要求8所述的阵列红外热电堆传感方法，其特征在于，还包括步骤：所述处理模块(20)还包括一第二统计单元(22)，统计所有所述温差变化数据超过所述跳变阈值的面积，计算出统计面积占所述探测区域面积的面积占比，并判断所述面积占比是否超过一面积占比阈值，若是，则输出所述探测区域内有目标对象出现的第二比较信号，所述判断信号包括所述第二比较信号；若否，则返回步骤B。
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