CN110989424B - 一种无线低功耗人体感应装置及其使用方法 - Google Patents

一种无线低功耗人体感应装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线低功耗人体感应装置及其使用方法，它包括磁铁、磁簧管、MCU、热释电红外传感器和无线通讯模块，所述的磁簧管和热释电红外传感器分别与MCU电连接，所述的无线通讯模块输入端与MCU电连接，所述的磁铁设在磁簧管旁，所述的磁簧管靠近和远离磁铁实现磁簧管导通和断开，所述的磁簧管状态的变化实现MCU被唤醒，本发明提供一种成本低且可靠性高的无线低功耗人体感应装置及其使用方法。

Description

一种无线低功耗人体感应装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及人体感应技术领域，尤其涉及一种无线低功耗人体感应装置及其使用方法。
背景技术
智能产品已经在日常应用中逐渐普及，智能产品中的人体感应装置是某些场景中安全防范的关键，应用在公共厕所、更衣室、会议室等公共场所的人体感应，实时上报展示公共场所的占用情况，优化公共场所的使用效率，据现有技术，市面上的低功耗人体感应装置大部分应用了热释电人体传感器，这种传感器只能检测到移动的人体。当这种人体感应装置应用在会议室、公共厕所、更衣室等场景时，当人进去室内，并处于静止状态，则传感器会判断为无人；当人体移动后，又会判断为有人，此时感应装置会频繁发送消息；若使用电池供电，会造成电量的浪费，缩短电池的使用时间，成本高，可靠性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服以上现有技术的缺陷，提供一种成本低且可靠性高的无线低功耗人体感应装置及其使用方法。
本发明所采取的技术方案是：一种无线低功耗人体感应装置，它包括磁铁、磁簧管、MCU、热释电红外传感器和无线通讯模块，所述的磁簧管和热释电红外传感器分别与MCU电连接，所述的无线通讯模块输入端与MCU电连接，所述的磁铁设在磁簧管旁，所述的磁簧管靠近和远离磁铁实现磁簧管导通和断开，所述的磁簧管状态的变化实现MCU被唤醒。
采用以上结构后，本发明与现有技术相比具有以下优点：感应装置包括磁铁、磁簧管、MCU、热释电红外传感器和无线通讯模块，磁簧管工作状态下功耗极低，不工作不消耗电量。通过开关门的状态来判断是否启用热释电红外传感器，在开门的状态下不检测人体，关门状态下检测到一次人体后不再检测。相对于传统无线人体感应装置，误报更少，信息发送次数更少，可以方便安装在一些不易增加线路的公共厕所、更衣室等场所中，降低安装成本，可靠性高。
作为优选，它还包括网关、服务器和APP，所述的无线通讯模块输出端与网关无线连接，所述的服务器分别与网关和与APP无线连接，通过无线网络实现手机APP与无线通讯模块连接，便于APP随时监控。
作为优选，它还包括天线，所述的天线设在无线通讯模块上，所述的无线通讯模块与网关通过天线无线连接，结构简单，可靠性高，利用天线接收信号与网关无线连接。
作为优选，它还包括壳体，所述的壳体上表面设有第一凹槽，所述的第一凹槽内设有PCBA，所述的磁簧管、MCU、热释电红外传感器和无线通讯模块分别设在PCBA上，结构简单，便于磁簧管、MCU、热释电红外传感器和无线通讯模块集合在一起，便于安装和拆卸。
作为优选，所述的磁簧管和热释电红外传感器均设在第一凹槽的左端，所述的MCU3设在第一凹槽的中间，所述的无线通讯模块设在第一凹槽的右端，分布合理，不占空间。
作为优选，所述的壳体上表面还设有第二凹槽，所述的第二凹槽内设有电池，所述的电池与PCBA电连接，电池为PCBA提供电。
作为优选，它还包括电池升压模块，所述的电池升压模块设在电池和MCU之间，对电池的电压进行升压，升到3.3V，电池升压模块14内设有电池升压电路。
作为优选，它还包括上盖，所述的上盖分别封在第一凹槽和第二凹槽上，便于安装和拆卸。
一种无线低功耗人体感应装置的使用方法包括以下步骤：
a、把壳体安装在门上，把磁铁安装在对应的门框上，壳体内的磁簧管对着磁铁设置；
b、正常工作状态下，MCU处于低功耗休眠状态；当门由打开状态到关闭状态时，磁铁靠近磁簧管，磁簧管动作唤醒MCU进入工作状态，MCU开始读取热释电红外传感器，若有人进入，此时人体是在移动中的，热释电红外传感器检测到人体，MCU通过无线通讯模块将有人状态上传至服务器，而后MCU进入休眠状态，不再检测人体；若没有检测到人体，MCU开启中断后进入休眠，此状态下，热释电红外传感器检测到人体后可以唤醒MCU将有人状态发送出去到服务器，发送完毕后再入休眠，不再检测人体；
c、门由关闭状态到打开状态，磁铁远离磁簧管，磁簧管动作唤醒MCU，MCU直接发送无人状态到服务器后进入休眠状态，直至门状态改变状态到打开状态。
附图说明
图1是本发明一种无线低功耗人体感应装置的电路图；
图2是本发明一种无线低功耗人体感应装置的立体图；
图3是本发明一种无线低功耗人体感应装置去掉上盖的立体图；
图4是本发明一种无线低功耗人体感应装置壳体的立体图；
图5是本发明一种无线低功耗人体感应装置上盖的立体图；
图6是本发明一种无线低功耗人体感应装置MCU的电路图；
图7是本发明一种无线低功耗人体感应装置磁簧管的电路图；
图8是本发明一种无线低功耗人体感应装置热释电红外传感器的电路图；
图9是本发明一种无线低功耗人体感应装置电池升压模块的电路图；
图10是本发明一种无线低功耗人体感应装置无线通讯模块的电路图；
图11是本发明一种无线低功耗人体感应装置房门处于打开状态的流程图；
图12是本发明一种无线低功耗人体感应装置房门处于关闭状态的流程图。
其中，1、磁铁，2、磁簧管，3、MCU，4、热释电红外传感器，5、无线通讯模块，6、网关，7、服务器，8、APP，9、天线，10、壳体，11、第一凹槽，12、第二凹槽，13、电池，14、电池升压模块，15、上盖，16、通孔，17、PCBA。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图所示，本发明提供一种无线低功耗人体感应装置，它包括磁铁1、磁簧管2、MCU3、热释电红外传感器4和无线通讯模块5，所述的磁簧管2和热释电红外传感器4分别与MCU3电连接，所述的无线通讯模块5输入端与MCU3电连接，所述的磁铁1设在磁簧管2旁，所述的磁簧管2靠近和远离磁铁1实现磁簧管2导通和断开，所述的磁簧管2状态的变化实现MCU3被唤醒，本发明的优点是感应装置包括磁铁1、磁簧管2、MCU3、热释电红外传感器4和无线通讯模块5，磁簧管2工作状态下功耗极低，不工作不消耗电量。通过开关门的状态来判断是否启用热释电红外传感器4，在开门的状态下不检测人体，关门状态下检测到一次人体后不再检测。相对于传统无线人体感应装置，误报更少，信息发送次数更少，可以方便安装在一些不易增加线路的公共厕所、更衣室等场所中，降低安装成本，可靠性高，房门从打开到关闭，磁簧管2从断开到导通，MCU被唤醒；房门从关闭到打开，磁簧管2从导通到断开，MCU被唤醒，如果磁簧管一直导通或一直断开，则MCU处于休眠状态，这样省电，成本低，不会出现误判，可靠性高。
它还包括网关6、服务器7和APP8，所述的无线通讯模块5输出端与网关6无线连接，所述的服务器7分别与网关6和与APP8无线连接，通过无线网络实现手机APP8与无线通讯模块5连接，便于APP8随时监控。
它还包括天线9，所述的天线9设在无线通讯模块5上，所述的无线通讯模块5与网关6通过天线9无线连接，结构简单，可靠性高，利用天线9接收信号与网关6无线连接。
它还包括壳体10，所述的壳体10上表面设有第一凹槽11，所述的第一凹槽11内设有PCBA17，所述的磁簧管2、MCU3、热释电红外传感器4和无线通讯模块5分别设在PCBA17上，结构简单，便于磁簧管2、MCU3、热释电红外传感器4和无线通讯模块5集合在一起，便于安装和拆卸，天线9呈弹簧状设在无线通讯模块5上。
所述的磁簧管2和热释电红外传感器4均设在第一凹槽11的左端，所述的MCU3设在第一凹槽11的中间，所述的无线通讯模块5设在第一凹槽11的右端，分布合理，不占空间。
所述的壳体10上表面还设有第二凹槽12，所述的第二凹槽12内设有电池13，所述的电池13与PCBA17电连接，电池13为PCBA17提供电。
它还包括电池升压模块14，所述的电池升压模块14设在电池13和MCU3之间，对电池13的电压进行升压，升到3.3V，电池升压模块14内设有电池升压电路，电池升压模块14选用ETA1061同步升压芯片，ETA1061是一种高效同步1uA超低静态电流升压转换器。它能够在低电压源下输出至少2W的功率，即在输出5V电压时也能输出0.4A电流，它还具有真正的关断功能，可在停机或输出短路情况下将输入与输出断开。这样就无需使用外部MOSFET及控制电路来断开输入与输出的连接，提供了强大的输出过载保护。1.4MHz的开关频率，可以使用小巧且扁平的电感和陶瓷电容，从而最大限度地减小了电源的占板面积。并具有内部补偿的电流模式控制，可将外部零件数量降至最少。凭借超低的Iq，ETA1061非常适合要求低待机功耗和紧凑型板尺寸的解决方案。
它还包括上盖15，所述的上盖15分别封在第一凹槽11和第二凹槽12上，便于安装和拆卸，第一凹槽11位于壳体10的后侧，第二凹槽12位于壳体10的前侧，磁簧管2位于第一凹槽11的左上角。
所述的上盖12上表面设有通孔16，所述的热释电红外传感器4上端伸出通孔16，便于热释电红外传感器4感应人体，可靠性高。
所述的上盖12卡接在壳体10上，所述的壳体10内侧壁设有卡槽，所的上盖12下表面的内侧面设有与卡槽卡接的凸起，安装和拆卸方便。
所述的第一凹槽11内设有支撑凸起，防止上盖12压到PCBA，可靠性高
具体来说，本发明的原理是感应装置包括磁铁1、磁簧管2、MCU3、热释电红外传感器4和无线通讯模块5，磁簧管2工作状态下功耗极低，不工作不消耗电量。通过开关门的状态来判断是否启用热释电红外传感器4，在开门的状态下不检测人体，关门状态下检测到一次人体后不再检测。相对于传统无线人体感应装置，误报更少，信息发送次数更少，电池13的使用寿命更长，可以方便安装在一些不易增加线路的公共厕所、更衣室等场所中，降低安装成本，可靠性高。
MCU为单片机，MCU选用STM32L010F4，MCU的接线方法如图6；PCBA上有与磁簧管2对应的电路图，如图7；PCBA上有与热释电红外传感器4对应的电路图，如图8；PCBA上有与电池升压模块14对应的电路图，如图9；PCBA上有与无线通讯模块5对应的电路图，如图10。
动作过程：
房间处于打开状态时，一、APP显示闲置；二、关闭房门，磁簧管导通；三、单片机被唤醒；四、开启热释电红外传感器检测，
判断室内是否有人；如果没有人则判断房间处于闲置状态，单片机进入休眠状态；
如果有人侧判断房间处于占用状态，判断房间状态是否与上次发送给APP的状态一致，如果一致，单片机进入休眠状态；如果不一致，则通过无线网络将房间状态发送到APP，APP显示房间处于占用状态。
房间处于关闭状态时，一、打开房门，磁簧管断开；二、单片机被唤醒；三、房间处于闲置状态，判断房间状态是否与上次发送给APP的状态一致，如果一致，单片机进入休眠状态；如果不一致，则通过无线网络将房间状态发送到APP，APP显示房间处于闲置状态。
磁簧管唤醒MCU原理：使MCU的引脚工作在双边沿外部中断模式下，引脚上的电平由低电平变为高电平时可以唤醒MCU，由高电平变为低电平亦可唤醒MCU。磁铁靠近磁簧管时，磁簧管导通，引脚电平由高电平转为低电平；磁铁远离，磁簧管断开，电平又低电平转为高电平。
MCU休眠原理：MCU自身具备低功耗休眠模式。MCU进入休眠后，外设将会被关闭，只保持核心和RAM供电，电能需求降低至最低；MCU被外部唤醒后，再开启需要的外设，开始工作。
以上就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本发明独立要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种无线低功耗人体感应装置，其特征在于：它包括磁铁(1)、磁簧管(2)、MCU(3)、热释电红外传感器(4)和无线通讯模块(5)，所述的磁簧管(2)和热释电红外传感器(4)分别与MCU(3)电连接，所述的无线通讯模块(5)输入端与MCU(3)电连接，所述的磁铁(1)设在磁簧管(2)旁，所述的磁簧管(2)靠近和远离磁铁(1)实现磁簧管(2)导通和断开，所述的磁簧管(2)状态的变化实现MCU(3)被唤醒；
磁铁(1)靠近磁簧管(2)，磁簧管(2)动作唤醒MCU进入工作状态，MCU(3)开始读取热释电红外传感器(4)，若有人进入，此时人体是在移动中的，热释电红外传感器(4)检测到人体，MCU(3)通过无线通讯模块(5)将有人状态上传至服务器(7)，而后MCU进入休眠状态，不再检测人体；若没有检测到人体，MCU(3)开启中断后进入休眠，此状态下，热释电红外传感器(4)检测到人体后可以唤醒MCU(3)将有人状态发送出去到服务器(7)，发送完毕后再入休眠，不再检测人体。
2.根据权利要求1所述的一种无线低功耗人体感应装置，其特征在于：它还包括网关(6)、服务器(7)和APP(8)，所述的无线通讯模块(5)输出端与网关(6)无线连接，所述的服务器(7)分别与网关(6)和与APP(8)无线连接。
3.根据权利要求2所述的一种无线低功耗人体感应装置，其特征在于：它还包括天线(9)，所述的天线(9)设在无线通讯模块(5)上，所述的无线通讯模块(5)与网关(6)通过天线(9)无线连接。
4.根据权利要求1所述的一种无线低功耗人体感应装置，其特征在于：它还包括壳体(10)，所述的壳体(10)上表面设有第一凹槽(11)，所述的第一凹槽(11)内设有PCBA(17)，所述的磁簧管(2)、MCU(3)、热释电红外传感器(4)和无线通讯模块(5)分别设在PCBA(17)上。
5.根据权利要求4所述的一种无线低功耗人体感应装置，其特征在于：所述的磁簧管(2)和热释电红外传感器(4)均设在第一凹槽(11)的左端，所述的MCU(3)设在第一凹槽(11)的中间，所述的无线通讯模块(5)设在第一凹槽(11)的右端。
6.根据权利要求4所述的一种无线低功耗人体感应装置，其特征在于：所述的壳体(10)上表面还设有第二凹槽(12)，所述的第二凹槽(12)内设有电池(13)，所述的电池(13)与PCBA(17)电连接。
7.根据权利要求6所述的一种无线低功耗人体感应装置，其特征在于：它还包括电池升压模块(14)，所述的电池升压模块(14)设在电池(13)和MCU(3)之间。
8.根据权利要求1所述的一种无线低功耗人体感应装置，其特征在于：它还包括上盖(15)，所述的上盖(15)分别封在第一凹槽(11)和第二凹槽(12)上。
9.一种无线低功耗人体感应装置的使用方法，应用于权利要求1至8任意一项所述的一种无线低功耗人体感应装置，其特征在于：具体的一种无线低功耗人体感应装置的使用方法包括以下步骤：
a、把壳体(10)安装在门上，把磁铁(1)安装在对应的门框上，壳体(10)内的磁簧管(2)对着磁铁(1)设置；
b、正常工作状态下，MCU处于低功耗休眠状态；当门由打开状态到关闭状态时，磁铁(1)靠近磁簧管(2)，磁簧管(2)动作唤醒MCU进入工作状态，MCU(3)开始读取热释电红外传感器(4)，若有人进入，此时人体是在移动中的，热释电红外传感器(4)检测到人体，MCU(3)通过无线通讯模块(5)将有人状态上传至服务器(7)，而后MCU进入休眠状态，不再检测人体；若没有检测到人体，MCU(3)开启中断后进入休眠，此状态下，热释电红外传感器(4)检测到人体后可以唤醒MCU(3)将有人状态发送出去到服务器(7)，发送完毕后再入休眠，不再检测人体；
c、门由关闭状态到打开状态，磁铁(1)远离磁簧管(2)，磁簧管(2)动作唤醒MCU(3)，MCU(3)直接发送无人状态到服务器(7)后进入休眠状态，直至门状态改变。
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