CN202759620U - 一种基于电容效应检测人体的节电控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于节能控制领域，提供了一种基于电容效应检测人体的节电控制装置，该装置由光敏传感器、电容式人体探测器、检波器、低通滤波器、单片机和控制开关组成：所述电容式人体探测器依次经过检波器和低通滤波器连接在单片机的输入端；所述光敏传感器连接在单片机的另一输入端；单片机的输出端与控制开关相连接。本实用新型采用的节电控制装置及方法使用单片机作为控制单元，基于电容效应实现了人体探测的关键技术，解决了传统探测方式“有人断电”以及误动作、短时失灵的问题，在节电的同时，亦给人们的生活带来了方便，实现了智能化、人性化控制。

Description

一种基于电容效应检测人体的节电控制装置

技术领域

本实用新型属于节能控制领域，尤其涉及一种基于电容效应检测人体的节电控制装置及方法。

背景技术

据统计，全社会的能耗大概是三个部分：工业、建筑和交通，在我国建筑能耗大概占到其中的1/3。照明用电又是学校、政府部门、写字楼等建筑的主要用电，所以在当前大力提倡节能减排的社会环境下，对照明的节电控制已成为智能建筑领域重要的研究方向。

目前也有节电控制器能根据光照度和室内是否有人对照明灯具进行开关控制，但产品存在明显的缺陷。因为人体检测是实现对照明节电控制的关键技术，而常用的热释电传感器、微波感应器等人体检测方式只能检测到运动的人体，不能检测静止人体，故使现有产品经常出现“有人断电”的问题，给正常的学习工作带来了很大不便；虽然也有利用相对运动方法能进行静止人体检测的被动红外探测装置，但红外感应器容易受各种热源、光源影响使探测装置产生误动作、环境温度和人体温度接近时探测灵敏度明显下降使探测装置短时失灵。所以现有节电控制器的自身缺点影响了其在教室、办公室等场所的应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于电容效应检测人体的节电控制装置，旨在解决传统探测方式“有人断电”以及误动作、短时失灵的问题。

该装置由光敏传感器、电容式人体探测器、检波器、低通滤波器、单片机和控制开关组成：

所述电容式人体探测器依次经过检波器和低通滤波器连接在单片机的输入端；

所述光敏传感器连接在单片机的另一输入端；

单片机的输出端与控制开关相连接。

进一步，所述电容式人体探测器由正弦波发生器、外接电阻和电极板组成：

所述电极板通过外接电阻连接在正弦波发生器上；

所述检波器的输入端连接在电极板与外接电阻之间。

进一步，所述单片机可以由A/D转换器和中央处理器(CPU)组成：

所述中央处理器(CPU)的一个输入端经A/D转换器与低通滤波器相连，另一个输入端与光敏传感器相连；

所述中央处理器(CPU)的输出端与控制开关相连。

进一步，所述光敏传感器、正弦波发生器、外接电阻、检波器、低通滤波器、单片机和控制开关可以安装在感应盒中，感应盒由相配合的上盖和底座组成，上盖在光敏传感器处有对准探测区域的开孔。

进一步，所述电极板可以安装在室内椅子靠背上或房门上。

进一步，所述正弦波发生器、检波器、低通滤波器可以集成到一个电场集成电路芯片上。

本实用新型采用的节电控制装置及方法使用单片机作为控制单元，基于电容效应实现了人体探测的关键技术，解决了传统探测方式“有人断电”以及误动作、短时失灵的问题，在节电的同时，亦给人们的生活带来了方便，实现了智能化、人性化控制。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的控制装置的结构原理图；

图2是本实用新型实施例提供的感应盒的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的电极板的结构示意图；

图4是利用本实用新型实施例进行节电控制的实现流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型实施例提供的基于电容效应检测人体的节电控制装置的结构示意图。为了便于说明，仅仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

该装置由光敏传感器6、电容式人体探测器1、检波器2、低通滤波器3、单片机4和控制开关5组成：

电容式人体探测器1依次经过检波器2和低通滤波器3连接在单片机4的输入端；

光敏传感器6连接在单片机4的另一输入端；

单片机4的输出端与控制开关5相连接。

作为本实用新型实施例的一优选方案，电容式人体探测器1由正弦波发生器11、外接电阻13和电极板12组成：

电极板12通过外接电阻13连接在正弦波发生器11上；

检波器2的输入端连接在电极板12与外接电阻13之间。

作为本实用新型实施例的一优选方案，正弦波发生器11、检波器2、低通滤波器3可以集成到一个电场集成电路芯片上。

作为本实用新型实施例的一优选方案，单片机4可以由A/D转换器41和中央处理器(CPU)42组成：

中央处理器(CPU)42的一个输入端经A/D转换器41与低通滤波器3相连，另一个输入端与光敏传感器6相连；

中央处理器(CPU)42的输出端与控制开关5相连。

作为本实用新型实施例的一优选方案，如图2所示，光敏传感器6、正弦波发生器11、外接电阻13、检波器2、低通滤波器3、单片机4和控制开关5可以安装在感应盒中，感应盒由相配合的上盖8和底座9组成，上盖8在光敏传感器6处有对准探测区域的开孔。

作为本实用新型实施例的一优选方案，电极板12可以安装在室内椅子靠背上或房门上。

图4示出了利用本实用新型实施例进行节电控制方法的实现流程。

该方法包括：

S101：判断光照度是否满足开灯条件，若满足开灯条件则进入S102，否则返回S101；

S102：通过正弦波发生器11和外接电阻13给电极板12通电，并对电极板12上的电压值循环采样；

S103：对采集到得电压信号进行滤波处理；

S104：将滤波得到的电压信号进行A/D转换；

S105：将得到的数字量电压值与基准电压值比较(人体和电极板12的距离发生变化时电极板12上的电压值会发生变化)，判断室内是否有人；如室内无人，则进入S106；若室内有人，则进入S107；

S106：控制开关5断开，返回S101；

S107：控制开关5闭合，返回S101。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型的应用原理作进一步描述。

电容器是一种能储存电荷的元件，最简单的电容器由两个导电极板和中间的绝缘电介质构成。当给电容器通电时，两个板上因为电流作用分别带有正负电荷。因为极板中间是绝缘的，所以电荷无法中和，就会在极板上积累。衡量电容器容纳电荷本领的物理量是电容值C，对于导电极板是平行板的电容器，电容值由下面的公式决定：

$C=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{r}S}{d}$

式中C——电容器的电容值；ε0——真空的介电常数；εr——极板间介质相对于真空的相对介电常数；S——极板的相对有效面积；d——极板间的距离。

介质是电容器最重要的部分，如果介质变化，即介质相对于真空的相对介电常数变化，电容值就发生变化，极板上的电荷量随之变化，两个极板的电压也相应变化。极板电压与电容的变化关系是：

$U\∝\frac{1}{C}$

一般地，空气相对于真空的相对介电常数εr≈1，水相对于真空的相对介电常数εr≈80。由于人体能贮存一定的电荷，所以人体明显地存在电容。同时人体中还包含了离子物质，可以成为很好的电导体。如果将一个导电极板作为一块极板，将人体作为另一块极板，人体和导电极板间就形成了一个电容。因为人体中的大部分物质都是水，介电常数较空气高很多，所以该电容器在有人和没人时电容值差别较大。且由前面公式可知，电容值与距离d有关，因此如果人体运动的话，电容值也会有相应的变化。故只要有人存在，不论他是静止的，还是运动的，都会影响电容值的大小，从而影响电压的大小。据此，通过测量电压值可以实现人体检测功能，从而对照明等用电达到“有人通电、无人断电”的智能控制。

如图1所示，电极板12和人体极板7构成电容器，电容式人体探测器1中的正弦波发生器11与外接电阻13(22kΩ)配合产生120kHz正弦波给电极板12通电。当室内人体状态发生变化(指无人、有人)时，极板电场发生变化，相应的电容值发生改变，测得的电压与1/C成比例变化。无人时，检测到的电容值小(2pF)，检测电压最大，为3.5V；有人时，电容值明显增大，检测电压减小，其数值大小与人体和电极板12之间的距离有关，人体和电极板12之间的最远距离为40cm，此时人体电容120pF，人体距电极板12的距离在40cm以内时检测电压在0～3.3V之间变化。

A/D转换器41采集电压信号，并转换为数字量，然后在中央处理器(CPU)42内进行相应的处理，与基准电压值(3.4V)比较，判断室内是否有人，得到相应的控制信号去控制灯具的控制开关5。

无人时，检测电压大于基准电压值，控制信号输出为低，使设备断电不运行；有人时，检测电压小于基准电压值，控制信号为高，使设备上电运行。而对于灯光控制采用线性光敏管，通过单片机4处理，精确按照光照度控制照明。如教室、办公室内光照度低于200lx，开灯；光照度高于300lx，关灯。

本实用新型采用的节电控制装置及方法使用单片机4作为控制单元，基于电容效应实现了人体探测的关键技术，解决了传统探测方式“有人断电”以及误动作、短时失灵的问题，在节电的同时，亦给人们的生活带来了方便，实现了智能化、人性化控制。

规范的实现流程可以参照前文所述的基于电容效应检测人体的节电控制方法，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于电容效应检测人体的节电控制装置，其特征在于，该装置由光敏传感器、电容式人体探测器、检波器、低通滤波器、单片机和控制开关组成：

所述电容式人体探测器依次经过检波器和低通滤波器连接在单片机的输入端；

所述光敏传感器连接在单片机的另一输入端；

单片机的输出端与控制开关相连接；

所述电容式人体探测器由正弦波发生器、外接电阻和电极板组成：

所述电极板通过外接电阻连接在正弦波发生器上；

所述检波器的输入端连接在电极板与外接电阻之间。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述单片机可以由A/D转换器和中央处理器(CPU)组成：

所述中央处理器(CPU)的一个输入端经A/D转换器与低通滤波器相连，另一个输入端与光敏传感器相连；

所述中央处理器(CPU)的输出端与控制开关相连。

3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述光敏传感器、正弦波发生器、外接电阻、检波器、低通滤波器、单片机和控制开关可以安装在感应盒中，感应盒由相配合的上盖和底座组成，上盖在光敏传感器处有对准探测区域的开孔。

4.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电极板可以安装在室内椅子靠背上或房门上。

5.如权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述正弦波发生器、检波 器、低通滤波器可以集成到一个电场集成电路芯片上。 

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