物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)中強大的運動(dòng)檢測器不一定要成為移動(dòng)目標

2021-02-26

智能家居和建筑正在受益于智能技術(shù)，這些技術(shù)使它們變得更加便捷，安全和節能。圖1顯示了適用于房屋和建筑物的各種產(chǎn)品。消費者可以在家中和建筑物管理人員對這些產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)監視和控制。

結合了便利性，安全性和節能性的一種產(chǎn)品是紅外運動(dòng)探測器。紅外運動(dòng)探測器可感測某個(gè)區域的占用情況，然后可以激活照明，HVAC系統或警報。如果運動(dòng)探測器提供安全功能，則它需要每周7天，每天24小時(shí)可靠運行。 

圖1.智能設備，可在房屋和建筑物中實(shí)現安全性，便利性，安全性和高效的能源管理

由于可靠的性能和低成本的結合，無(wú)源紅外技術(shù)是運動(dòng)感測的領(lǐng)先技術(shù)。市場(chǎng)正在經(jīng)歷超過(guò)13％的健康復合年增長(cháng)率，并有望在2025年超過(guò)$ 3.5 B 1。推動(dòng)增長(cháng)的因素包括： 

住宅對使用監控的安全性的需求

通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )降低安裝成本

公共和商業(yè)部門(mén)正在采用的政府節能措施

不斷增長(cháng)的市場(chǎng)為新的創(chuàng )新設計提供了機會(huì )

保護，控制和傳感組件 

由于無(wú)源紅外運動(dòng)檢測器用于內部監視或室外監視，因此這些產(chǎn)品必須對環(huán)境干擾具有魯棒性。如果檢測器由交流電源線(xiàn)供電，則它們必須能夠承受可能在交流電源線(xiàn)上傳播的電流過(guò)載和電壓瞬變。除了電路保護外，高效控制和可靠的傳感性能對于擁有優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品也至關(guān)重要。

圖2顯示了一個(gè)示例紅外運動(dòng)檢測器，并指出了推薦的保護，控制和傳感組件，這些組件可增強產(chǎn)品的可靠性和性能。 

圖2.一個(gè)示例被動(dòng)紅外運動(dòng)檢測器，顯示推薦的保護，控制和感測組件

在圖3中，我們顯示了無(wú)源紅外運動(dòng)檢測器的框圖，并顯示了應在其中推薦的保護，感測和控制組件放置哪些電路。我們將討論推薦組件的每個(gè)模塊。

圖3.無(wú)源紅外運動(dòng)檢測器的框圖，顯示了推薦組件所在的電路

AC / DC功率級

AC / DC功率級為其他電路塊提供DC功率。該電路與交流電源線(xiàn)連接，并且容易受到過(guò)電流浪涌和過(guò)電壓瞬變的影響。雷擊，電機開(kāi)啟和關(guān)閉引起的感應尖峰以及電源線(xiàn)電壓變化引起的瞬變可能會(huì )導致過(guò)電壓瞬變和電流浪涌。

針對這些潛在的干擾，我們建議使用金屬氧化物壓敏電阻（MOV）作為AC / DC功率級板的第一道防線(xiàn)。將MOV放置在盡可能靠近電路AC電壓入口的位置，以最小化電路板上AC線(xiàn)路瞬變的傳播路徑。選擇具有以下特征的MOV：

安全吸收高達10 kA的峰值浪涌電流或150 J的脈沖能量，以保護下游電路免受雷擊

低鉗位電壓，不會(huì )損壞下游電路

確保組件在檢測器的指定環(huán)境范圍內可正常工作的工作溫度范圍（帶有酚醛涂層的MOV的版本可在高達125°C的溫度下安全運行）

UL或IEC認可，可減少?lài)艺J可的標準實(shí)驗室的鑒定時(shí)間

建議在AC / DC功率級的輸出端使用瞬態(tài)抑制器（TVS）二極管來(lái)進(jìn)一步保護電源上的所有負載電路。TVS二極管將最大程度地減小各種負載電路中功率組件的瞬態(tài)應力。TVS二極管在電路保護方面具有以下優(yōu)勢：

吸收高達600 W的峰值脈沖功率或100 A的峰值浪涌電流 

通過(guò)空中打擊或直接接觸可提供高達30 kV的ESD保護 

在1 ps以下的超快速響應

鉗位電壓低至10 V的版本

UL或IEC組件識別

如圖4所示，TVS二極管可以是封裝中的雙向兩個(gè)串聯(lián)二極管，也可以是一個(gè)單向雙向二極管。除了具有保護功能外，TVS二極管還消耗少量功率。在正常，無(wú)干擾的操作中，該組件消耗的電流低于1 μA。最后，可采用表面貼裝版本的TVS二極管來(lái)節省印刷電路板的面積。

圖4.雙向和單向TVS二極管可防止ESD和其他電氣瞬變

運動(dòng)傳感器和MCU

無(wú)源紅外探測器的主要元件是紅外輻射傳感器和微控制器單元。請注意，有完整的軟件包可供使用，包括傳感器，鏡頭和微控制器單元（請參見(jiàn)圖5）。完整的軟件包提供：

由于傳感器直接連接到微控制器芯片，因此減少了設計的材料清單。 

一個(gè)微控制器，包含用于檢測和處理電子器件的完整設計所需的所有電路。微控制器包含CPU，RAM，計時(shí)器，比較器，A / D轉換器，通信接口和傳感器固件。 

兩元件或四元件傳感器與鏡頭結合使用，可以為不同的視野提供多種選擇。 

與通常使用的電解電容器相比，該設計允許使用更低的成本和更小的陶瓷電容器，而電解電容器通常具有更高的泄漏量和更短的產(chǎn)品壽命

先進(jìn)的運動(dòng)探測器算法，可提供靈敏度，范圍和探測管理范圍

微控制器的靈活性允許實(shí)現用戶(hù)定義的應用程序功能

為了節省功率，請在未檢測到運動(dòng)時(shí)尋找具有低功率模式的組件。圖6顯示了一個(gè)示例紅外運動(dòng)檢測器套件。集成組件，更少組件和不帶電解電容器的組合提高了整體產(chǎn)品可靠性，節省了印刷電路板空間，并降低了成本。 

圖5.組合鏡頭，傳感器和微控制器組件的框圖

圖6.示例鏡頭-傳感器-微控制器紅外運動(dòng)檢測器組件。該程序集來(lái)自Zilog。鏡頭和傳感器在電路板上。微控制器在傳感器下方。 

警報 

當紅外傳感器檢測到適當的運動(dòng)量時(shí)，警報電路將激活。該電路通常將驅動(dòng)閃爍的LED燈或LED燈和揚聲器的組合。警報電路將需要一個(gè)控制組件來(lái)使外部設備通電?？紤]一下簧片繼電器或固態(tài)繼電器，這兩種繼電器都將提供高功率驅動(dòng)器與低功率邏輯電路的電流隔離。固態(tài)繼電器可延長(cháng)輸出驅動(dòng)觸點(diǎn)的使用壽命，而簧片繼電器則可降低功耗。 

簧片繼電器采用緊湊的單列直插式封裝。您還可以獲得帶有內置反電動(dòng)勢抑制二極管的磁簧繼電器，以保護線(xiàn)圈驅動(dòng)電路，并具有磁屏蔽選件，以防止線(xiàn)圈EMI進(jìn)入控制電路。另外，簧片繼電器觸點(diǎn)比傳統的機電繼電器具有更長(cháng)的壽命，并且相對不受大范圍環(huán)境溫度的影響。 

固態(tài)繼電器在輸入LED和輸出光電探測器晶體管之間進(jìn)行光耦合控制。固態(tài)繼電器在輸入和輸出之間可以具有高達1500 Vrms的隔離度。許多器件旨在通過(guò)在零電壓交叉點(diǎn)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的邏輯來(lái)消除EMI / RF產(chǎn)生。固態(tài)繼電器的版本可以具有低于1 μA的低斷態(tài)輸出泄漏電流，以最大程度地降低功耗。它們采用節省空間的表面貼裝封裝。

您對驅動(dòng)器組件的選擇取決于確保觸點(diǎn)或輸出對將要使用的輸出類(lèi)型具有足夠的驅動(dòng)器容量。尺寸，功耗和成本將是您在選擇驅動(dòng)器組件時(shí)要考慮的其他因素。  

被動(dòng)紅外運動(dòng)探測器的安全標準

表1列出了您的設計需要遵循的關(guān)鍵標準，以便可以對其進(jìn)行認證并獲得市場(chǎng)認可。在開(kāi)發(fā)項目中遵守這些標準將減少認證成本并減少認證時(shí)間。符合IEC標準將允許您的產(chǎn)品在全球所有地區銷(xiāo)售。 

表1.規范無(wú)源紅外運動(dòng)探測器安全性和最低操作要求的標準

健壯，可靠的設計可以減少組件數量，降低開(kāi)發(fā)成本

對于紅外探測器設計，堅固的設計僅需要幾個(gè)保護組件。您可以利用鏡頭/傳感器/微控制器封裝來(lái)減少零件數量并最大化產(chǎn)品可靠性。確保將標準合規性作為開(kāi)發(fā)項目的重要內容，以節省認證時(shí)間和成本。我們建議您利用制造商的應用專(zhuān)業(yè)知識來(lái)幫助節省選擇保護和控制組件的時(shí)間，并節省大量的設計時(shí)間。制造商還可以提供有關(guān)將哪些標準應用于設計的指南，并提供有關(guān)如何確保合規性的指南。這些建議將幫助您實(shí)現可靠，可靠的設計，從而減少現場(chǎng)故障，并獲得更具成本效益和利潤的產(chǎn)品。