CN112346053A - 生物雷达、传感控制器、控制方法、电器设备及存储介质 - Google Patents

生物雷达、传感控制器、控制方法、电器设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明属于智能家居技术领域，公开了一种生物雷达、传感控制器、控制方法、电器设备及存储介质，雷达天线，用于进行周围生命信息检测；收发单元电路，包括振荡器、功分器、环行器、耦合器和混频器，采用集成贴片一体化电路，对雷达天线检测的信息进行处理。雷达天线包括四振子微带发射天线、四振子微带接收天线。生物雷达的生物雷达传感控制器包括生物雷达、生命信息提取及数字化处理单元及***电源。本发明可用于企业、宾馆、商场、库房及家庭等智能灯光照明控制、敏感安全防范区域的预警和报警***中，作为“动态”检测感应器件的升级换代产品。具有广阔的应用前景，目前已逐步在酒店智能照明控制、智能家居等场合推广应用。

Description

生物雷达、传感控制器、控制方法、电器设备及存储介质
技术领域
本发明属于智能家居技术领域，尤其涉及一种生物雷达、传感控制器、控 制方法、电器设备及存储介质。
背景技术
目前，市面常见的安防和智能检测技术主要有：影像、微波/雷达和红外传 感器三种方式，且以影像和红外传感器俱多。这些技术主要用于移动目标检测 和感知，属于“动态”感知技术。在“智能家居”应用中，使用wifi和手机信 号实现远程遥控电器设备的工作状态，属于“被动应答式”控制方式。“主动应 答式”控制***，不需人为干预，而是根据传感器对环境检测结果，做出相应 实时控制。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有技术中，“智能家居”控制***中，不能自动控制电器设备状态、 需预设或远程人为遥控，造成自动化和智能化控制效果差。
(2)现有技术的传感控制器不能与监控影像等设备构成互补联动***。造 成安全防范区域的预警效果差。
(3)现有技术的传感控制器动态检测感应信息效果差。
解决以上问题及缺陷的难度为：
基本原理：生物雷达传感控制器是以环境中生物体的生命信息作为检测量， 根据检测量进而发出高电平控制信号，控制受控电器设备的工作状态。
现有技术仅用于检测“移动目标”，对于“静止目标”失效。其原因在于 “移动目标”产生的雷达回波信号强度远强于“静止目标”的雷达回波信号强 度。
生物雷达对于“静止”生命体信息的检测，需要采用高分辨、高解析力的 信号处理措施来实现；另一方面，由于受通用型民用品的市场价格影响，其成 本受到约束和限制。
因此，本发明主要难度在于：低成本(一百元左右)约束下的生物雷达传 感控制器的实现。
解决以上问题及缺陷的意义为：
民用型产品对价格敏感度高，作为普及型智能化、智慧产品价格必须适应 市场特点及要求，才能被市场接受。本发明针对市场特点和要求，以“静止”状态 下的呼吸Vb等生命信息(不包含“心跳信息”)为主要非接触检测量来实现的。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生物雷达、传感控制器、控 制方法、电器设备及存储介质。
本发明是这样实现的，一种生物雷达，包括：
雷达天线，用于进行周围生命信息检测；
收发单元电路，包括振荡器、功分器、环行器、耦合器和混频器，采用集 成贴片一体化电路，对雷达天线检测的信息进行处理。
所述振荡器输出信号送入功分器，经功分器功率分配后，功分器输出的第 一路振荡器信号连接环行器、经环行器送入微带发射天线发射到空间中；环行 器用于隔离发射和接收信号；功分器输出的第二路振荡器信号连接耦合器，经 耦合器衰减并送入混频器；微带接收天线接收的回波信号经环行器送入混频器， 与经过耦合器的功分器第二路信号在混频器对原始雷达反射回波信号差频处 理；差频后产生中频f0雷达回波信号输出。
进一步，所述雷达天线包括四振子微带发射天线、四振子微带接收天线。
本发明另一目的在于提供一种搭载所述生物雷达的生物雷达传感控制器， 所述生物雷达的生物雷达传感控制器包括：
生物雷达，用于进行周围生命信息检测及处理；
生命信息提取及数字化处理单元，用于对生物雷达传输的信息进行生命信 息累计提取及数字化处理；经过比较和逻辑判别后，输出电平控制信号；
***电源，用于提供能源。
进一步，所述生命信息提取及数字化处理单元包括生命信息累计提取模块、 数字化处理模块；
所述生命信息累计提取模块用于生命信息Vb提取，识别呼吸生命信息，并 对微弱生命信息进行累积增强；
所述数字化处理模块用于控制输出信号VO，信号Vb送入数字化处理电路， 经过比较和逻辑判别后，输出电平控制信号。
进一步，所述生命信息累计提取模块还用于通过采用变换域累积技术提高 信噪比，采用非平稳生物医学信号处理技进行生命信息的提取。
进一步，所述生物雷达传感控制器还包括：
检测灵敏度调节端口VG1、VG2：通过外接电阻形式调节传感器的检测距离 和范围；外接电阻阻值0～5.6K，对应的检测距离调节范围1米～6米；
环境光亮度检测端口VL1、VL2：根据环境光亮度信号电压值，逻辑优先于 Vb信号，控制VO输出；
延迟关断时间调节端口RT1、RT2：外接不同阻值的电阻，用户离开后的Vo延 迟关断时间；延迟关断时间的外接电阻，按照2.0S/KΩ取值；30秒后延迟关 断，端口RT1、RT2之间接入电阻阻值R为：
2.0S/KΩ×R＝30秒，或R＝30S/(2.0S/KΩ)＝15KΩ。
本发明另一目的在于提供一种生物雷达传感控制器的控制方法，包括：
生物雷达感应到的空间中生命体信息后，根据呼吸生命信息Vb特征，在时 频两域进行累积增强和提取；
提取后的Vb信号一路直接输出VB，供用户进行深度分析；另一路送入生 命信息提取及数字化处理单元的数字化处理模块，经过电平比较和逻辑判别后， 输出高低电平控制信号Vo，控制电器设备。
本发明另一目的在于提供一种利用所述生物雷达传感控制器外接不同电阻 实现距离和范围检测、环境光亮度检测、延迟关断时间不同功能的电器设备。
本发明另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和 处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时， 使得所述处理器执行所述生物雷达传感控制器的运行功能。
本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述生物雷达传感控制 器的运行功能。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
TY121X生物雷达传感控制器是用于感知环境中是否存在生命体的传感器和 控制器。TY121X不仅可感知环境中存在的“动态”生命体，也可感知“静态” 生命体的生理信息，并根据感知信息输出控制信号，以实现电器等设备的自动 化和智能化。
其中，“动态”生命体：走动、晃动、活动等移动的生命体。
“静态”生命体：静止或处于睡眠等状态的生命体。
在“智能家居”控制***中，本发明的TY121X传感控制器是实现“主动应 答式”控制不可或缺的关键性部件。可根据TY121X检测和响应结果，自动控制 电器设备状态、不需预设或远程人为遥控，来实现自动化和智能化控制。多居 室安装方式下，可根据各房间功能，经***分析判断后(用户根据需要自行开 发设计)，实现各居室不同电器设备联控或分控。
TY121X传感控制器可与监控影像等设备构成互补联动***。也可用于企业、 宾馆、商场、库房及家庭(过道、餐厅、卫生间)等智能灯光照明控制、敏感 安全防范区域的预警和报警***中，作为“动态”检测感应器件的升级换代产 品。
作为一种通用型环境生命体信息检测传感控制器，TY121X具有广阔的应用 前景，目前已逐步在酒店智能照明控制、智能家居等场合推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所 需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的TY121X内部***结构示意图。
图1中：1、生物雷达；1-1、雷达天线；1-2、收发单元电路：2、生命信 息提取及数字化处理单元；2-1、生命信息累计提取模块；2-2、数字化处理模块； 3、***电源。
图2是本发明实施例提供的TY121X引脚排列图(底视图，引脚朝上)。
图3是本发明实施例提供的TY121X实物图。图3中：(a)雷达天线面正视 图；(b)雷达天线面左视图，垂直角度±16°；(c)俯视图,水平角度：±45°。
图4是本发明实施例提供的TY121X无人环境下Vb波形实测图。
图5是本发明实施例提供的TY121X VO上电波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生物雷达、传感控制器、控 制方法、电器设备及存储介质。
本发明提供一种生物雷达，包括：
雷达天线，用于进行周围生命信息检测；
收发单元电路，包括振荡器、功分器、环行器、耦合器和混频器，采用集 成贴片一体化电路，对雷达天线检测的信息进行处理。
所述雷达天线包括四振子微带发射天线、四振子微带接收天线。
在本发明中，如图1所示，本发明提供的生物雷达传感控制器包括：
生物雷达1，具体包括：
雷达天线1-1：考虑微型化、宽范围检测需要，生物雷达采用收发一体化的 微带天线。由四振子微带发射天线、四振子微带接收天线组成。
雷达体制：考虑检测灵敏度和***稳定性，采用点频连续波体制(CW)。
工作频率：24.125GHz，带宽±0.125GHz。
收发单元电路1-2：振荡器、功分器、环行器、耦合器和混频器等均采用集 成贴片一体化电路。
所述振荡器输出信号送入功分器，经功分器功率分配后，功分器输出的第 一路振荡器信号连接环行器、经环行器送入微带发射天线发射到空间中；环行 器用于隔离发射和接收信号；功分器输出的第二路振荡器信号连接耦合器，经 耦合器衰减并送入混频器；微带接收天线接收的回波信号经环行器送入混频器， 与经过耦合器的功分器第二路信号在混频器对原始雷达反射回波信号差频处 理；差频后产生中频f0雷达回波信号输出。
电磁辐射强度：＜10μw/cm2(GB9175-88《环境电磁波卫生标准》中一级 标准)。
生命信息提取及数字化处理单元2，包括生命信息累计提取模块2-1、数字 化处理模块2-2。
生命信息累计提取模块2-1用于生命信息Vb提取，识别呼吸生命信息，并 对微弱生命信息进行累积增强。采用变换域累积技术提高信噪比，采用非平稳 生物医学信号处理技术，提高生命信息的提取能力。
数字化处理模块2-2用于控制输出信号VO，信号Vb送入“数字化处理电路”， 经过“比较”和“逻辑判别”后，输出“电平控制信号”。
本发明提供的TY121X目前已定型生产，在安防、智能家居、酒店智能照明 控制等方向推广应用。
***电源3，用于提供能源。
本发明提供的生物雷达传感控制器还包括以下功能端口：
VG1、VG2端口：检测灵敏度调节端口。通过外接电阻形式调节传感 器的检测距离和范围。
VL1、VL2端口：环境光亮度检测端口。根据环境光亮度信号电压值， 逻辑优先于Vb信号，控制VO输出。该端口也可悬空(即：不受环境光亮 度控制)。
RT1、RT2端口：延迟关断时间调节端口。外接不同阻值的电阻，设置人离开 之后的Vo“延迟关断时间”。
其中，检测灵敏度调节端口VG1、VG2通过外接电阻形式调节传感器的检测 距离和范围；外接电阻阻值0～5.6K，对应的检测距离调节范围1米～6米；
延迟关断时间调节端口RT1、RT2外接不同阻值的电阻，用户离开后的Vo延迟 关断时间；延迟关断时间的外接电阻，按照2.0S/KΩ取值；30秒后延迟关断， 端口RT1、RT2之间接入电阻阻值R为：
2.0S/KΩ×R＝30秒，或R＝30S/(2.0S/KΩ)＝15KΩ。
本发明还提供一种生物雷达传感控制器的控制方法，包括：生物雷达感应 到的空间中生命体信息后，根据呼吸生命信息Vb特征，在时频两域进行累积增 强和提取；提取后的Vb信号一路直接输出(VB)，可供用户进行深度分析，如： 睡眠质量分析；另一路送入生命信息提取及数字化处理单元2的数字化处理模 块2-2“数字化处理电路”，经过“电平比较”和“逻辑判别”后，输出“高低 电平”控制信号Vo，控制电器设备。包括酒店智能照明控制设备、智能家居控 制设备。
下面结合具体分析对本发明作进一步描述。
(一)TY121X功能
TY121X生物雷达传感控制器采用国际标准2.54mm间距、11脚插针、通过 焊接与电路***连接(见图2和图3，图3中：(a)雷达天线面正视图；(b)雷 达天线面左视图，垂直角度±16°；(c)俯视图,水平角度：±45°。
其引脚功能见表1
表1引脚功能
Figure BDA0002761234490000081
其中，TY121X-Ⅰ的3、8、9、13、14脚为空脚。
(二)TY121X生物雷达传感控制器功能描述
1)检测距离和范围：水平±45°范围、中心轴6米距离。
2)输出呼吸等生理信息Vb。
输出信号极性：双极性。
输出信号动态范围：-2.5V～+2.5V。
输出波形：环境无人时Vb波形见图4，环境有人时可“静态”输出呼吸波， 环境有人时可“动态”输出呼吸+体动波形。
(三)受生命信息Vb控制输出的VO波形(见图5)。
VO输出信号类型：高、低电平。
VO输出信号幅度：+5.0V/0.0V。
VO输出驱动能力：IOmax＝10mA。
(四)具有检测灵敏度调节功能
可根据使用环境需要，通过外接电阻形式调节传感器的检测距离和范围。
调节范围：1米～6米。
(五)具有环境光感检测和调节端：
可外接光敏电阻电路，检测环境光亮度，根据光亮度控制VO输出。
并可通过调节外接电阻阻值大小，调节控制亮度。
光亮度调节控制范围：极黑～极亮。
对VO输出控制逻辑：“环境光亮度控制”信号，优先于“Vb”信号。
(六)具有“延迟关断时间”和设置功能
延迟关断：环境中生命体离开后，受控负载延时关断。
可通过外接电阻阻值大小，设置传感控制器的“延迟关断时间”。
“延迟关断时间”调节范围：10S～380S。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上； 术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、 “头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关 系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元 件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明 的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不 能理解为指示或暗示相对重要性。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合 来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中， 由适当的指令执行***，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普 通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在 处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸 如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载 体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路 或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、 可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的 处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物雷达，其特征在于，所述生物雷达包括：
雷达天线，用于进行周围生命信息检测；
收发单元电路，采用集成贴片一体化电路，对雷达天线检测的信息进行处理。
2.如权利要求1所述的生物雷达，其特征在于，所述雷达天线包括四振子微带发射天线、四振子微带接收天线；
所述收发单元电路，包括振荡器、功分器、环行器、耦合器和混频器；
所述振荡器输出信号送入功分器，经功分器功率分配后，功分器输出的第一路振荡器信号连接环行器、经环行器送入微带发射天线发射到空间中；环行器用于隔离发射和接收信号；功分器输出的第二路振荡器信号连接耦合器，经耦合器衰减并送入混频器；微带接收天线接收的回波信号经环行器送入混频器，与经过耦合器的功分器第二路信号在混频器对原始雷达反射回波信号差频处理；差频后产生中频f0雷达回波信号输出。
3.一种搭载权利要求1～2任意一项所述生物雷达的生物雷达传感控制器，其特征在于，所述生物雷达的生物雷达传感控制器包括：
生物雷达，用于进行周围生命信息检测及处理；
生命信息提取及数字化处理单元，用于对生物雷达传输的信息进行生命信息累计提取及数字化处理；经过比较和逻辑判别后，输出电平控制信号；
***电源，用于提供能源。
4.如权利要求3所述所述的生物雷达传感控制器，其特征在于，所述生命信息提取及数字化处理单元包括生命信息累计提取模块、数字化处理模块；
所述生命信息累计提取模块用于生命信息Vb提取，识别呼吸生命信息，并对微弱生命信息进行累积增强；
所述数字化处理模块用于控制输出信号VO，信号Vb送入数字化处理电路，经过比较和逻辑判别后，输出电平控制信号。
5.如权利要求4所述所述的生物雷达传感控制器，其特征在于，所述生命信息累计提取模块还用于通过采用变换域累积技术提高信噪比，采用非平稳生物医学信号处理技术进行生命信息的提取。
6.如权利要求3所述所述的生物雷达传感控制器，其特征在于，所述生物雷达传感控制器还包括：
检测灵敏度调节端口VG1、VG2：通过外接电阻形式调节传感器的检测距离和范围；外接电阻阻值0～5.6K，对应的检测距离调节范围1米～6米；
环境光亮度检测端口VL1、VL2：根据环境光亮度信号电压值，逻辑优先于Vb信号，控制VO输出；
延迟关断时间调节端口RT1、RT2：外接不同阻值的电阻，用户离开后的Vo延迟关断时间；延迟关断时间的外接电阻，按照2.0S/KΩ取值；30秒后延迟关断，端口RT1、RT2之间接入电阻阻值R为：
2.0S/KΩ×R＝30秒，或R＝30S/(2.0S/KΩ)＝15KΩ。
7.一种生物雷达传感控制器的控制方法，其特征在于，所述生物雷达传感控制器的控制方法包括：
生物雷达感应到的空间中生命体信息后，根据呼吸生命信息Vb特征，在时频两域进行累积增强和提取；
提取后的Vb信号一路直接输出VB，供用户进行深度分析；另一路送入生命信息提取及数字化处理单元的数字化处理模块，经过电平比较和逻辑判别后，输出高低电平控制信号Vo，控制电器设备。
8.一种利用权利要求3～6所述生物雷达传感控制器外接不同电阻实现距离和范围检测、环境光亮度检测、延迟关断时间不同功能的电器设备。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求3～5所述生物雷达传感控制器的运行功能。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行执行权利要求3～5所述生物雷达传感控制器的运行功能。
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