WiFi işlevli kızılötesi sensör modülünün tasarımı ve uygulaması
Chu Hongxu, Jin Xin, Duan Na
(Elektrik Mühendisliği ve Otomasyon Okulu, Jiangsu Normal Üniversitesi, Xuzhou, Jiangsu 221116)
Kızılötesi radyasyon özelliklerine ve kızılötesi piroelektrik sensörün çalışma prensibine göre ev aletlerine ve güvenlik ekipmanlarına gömülebilen WiFi tabanlı kızılötesi piroelektrik tarama modülü tasarlanmıştır. Bu yazıda oluşturulan modül, kullanıcı ile etkileşimi gerçekleştirmek ve kontrolü kolaylaştırmak için, iç mekan insan vücudu sinyallerini taramak ve toplamak, gömülü cihazı kontrol etmek ve cihazın çalışma durumu bilgilerini ana bilgisayar programına WiFi modülü aracılığıyla geri beslemek için kızılötesi piroelektrik sensör kullanır.
: WiFi modülü; kızılötesi piroelektrik; insan vücudu sinyal algılama; gömülü; minyatürleştirme
: TN7 belge tanımlama kodu: ADoi: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.06.012
Alıntı biçimi Chu Hongxu, Jin Xin, Duan Na. WiFi işlevli kızılötesi sensör modülünün tasarımı ve uygulaması implementation J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017,36 (6): 37-39.
0 Önsöz
Kızılötesi tarama tanıma teknolojisi, akıllı güvenlik, robot kontrolü, akıllı ev ve diğer alanları içeren günümüz toplumunda giderek daha yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Gerçek yerlerde, bazı zorlu ortamların varlığı ve iyi ışık eksikliği nedeniyle, görünür ışığa dayalı insan algılaması gerçekleştirilemiyor, bu da uzayın izlenmesini büyük ölçüde sınırlıyor. İnsanın görünür ışığı algılamasından farklı olarak, kızılötesi piroelektrik tarama, güçlü radyasyon yeteneği nedeniyle görünür ışık bandında tespit edilemeyen belirli hedefleri tespit edebilir [1-4]. Bununla birlikte, mevcut kızılötesi piroelektrik tarama teknolojisinin hala birçok dezavantajı vardır Örneğin, kızılötesi piroelektrik taramada büyük bir hata vardır ve taranan nesneyi doğru ve etkili bir şekilde tanımlayamaz Hatayı etkili bir şekilde azaltmak için nispeten büyük bir kızılötesi piroelektrik modülü gereklidir. Gömülü işlev [5] gerçekleştirilemiyor. Bu kusurları hedefleyen bu makale, ev ekipmanına gömülebilen bir kızılötesi piroelektrik tarama modülü tasarlamak için bir mikro güç modülü ile birlikte makul bir denetleyici ve güçlendirici filtre ekipmanı benimseyecek ve belirli bir tarama doğruluğunu sağlamak temelinde gömülü tasarım gerçekleştirecektir. .
Kızılötesi piroelektrik algılama teknolojisine dayanan bu kağıt, ev aletlerini, güvenlik ekipmanlarını, kamuya açık elektrik tesislerini ve diğer yerleri yerleştirmek için kullanılan WiFi tabanlı bir dizi kızılötesi piroelektrik tarama modülü tasarlar ve oluşturur. Kızılötesi piroelektrik ekipman, harici insan vücudu sinyallerinden veri taramak ve toplamak için kullanılır ve toplanan veriler tek çipli mikro bilgisayara iletilir.Tek çipli mikrobilgisayar, verileri WiFi modülüne iletir. Kablosuz sinyal, cihaz durumunu kullanıcıya iletmek için kullanılır ve tek çipli mikro bilgisayar röle modülünü kontrol eder. Cihazı açıp kapatın. Özetle, diğer cihazlar için dahili gömülü modüller tasarlamak için, küçük boyut, geniş algılama aralığı ve yüksek hassasiyet özelliklerini karşılaması gerekir [6-8].
1 tasarım planı
Şekil 1 Kızılötesi piroelektrik kontrol modülü Bu makale, yerleşik deneysel nesne olarak esas olarak ev aletlerini kullanır ve kızılötesi piroelektrik tarama modülü, anahtar yanıtının doğru bir şekilde yapılıp yapılamayacağını gözlemlemek için ekipmanın içine yerleştirilmiştir. Modül setinin tamamı, çekirdek denetleyici olarak STM8 tipi tek yongalı mikro bilgisayarı kullanır. Modül, kontrol çekirdeği olarak STM8 tek çipli mikro bilgisayarı kullanır.Tek çipi programlayarak, kızılötesi piroelektrik modül, odadaki kızılötesi ısı kaynağını gerçek zamanlı olarak algılamak için kullanılır.Piroelektrik sensör insan vücudu ısı kaynağı sinyalini algıladığında, tek çipli mikrobilgisayar röle modülünü Gömülü cihaz, anahtar kontrolü gerçekleştirir ve WiFi modülü, cihazın çalışma durumunu üst bilgisayara gönderir ve kullanıcı, cihazın çalışmasını üst bilgisayar programı aracılığıyla kontrol edebilir. Bu modülün kontrol işlevi Şekil 1'deki gibi gösterilmiştir. Şekil 1'de gösterilen modülde kullanılan işlemsel amplifikatör ve dijitalden analoğa sinyal dönüştürme cihazı karşılaştırma yoluyla seçilir ve işlemsel amplifikatör ve dijitalden analoğa dönüştürme devresi makul bir şekilde seçilir, bu da kızılötesi piroelektriklerin algılama doğruluğunu etkili bir şekilde artırabilir ve hataları azaltabilir. üretmek.
2 Tarama modülü donanım tasarımı
Bu makaledeki tasarım modülünün küçük ve yerleştirilmesi kolay olması gerekir. Tasarlanan donanım devresinin daha yüksek entegre cihazları benimsemesi gerekmektedir Bu bölüm modül tarafından kullanılan donanım modeli ve devreyi tasarlayacaktır.Her temel birimin tasarımı aşağıdaki gibidir.
2.1 STM8 mikrodenetleyici temel birimi
Bu makale, tarama modülünün ana kontrol çipi olarak STM8 tipi tek çipli mikrobilgisayar kullanır.Pimlerinin ana bağlantısı Şekil 2'de gösterilmiştir. Diğer çevresel çalışma modüllerine ek olarak, bu modül ayrıca tek çipli mikrobilgisayarın çevresel sıfırlama devresini de tasarlar. Sıfırlama düğmesine basıldığında, tüm modül Sıfırlanacak, kızılötesi piroelektrik modülü sıfırlanacak, WiFi modülü de veri gönderip almayı durduracak, ancak elektrikli cihazların güvenliğini sağlamak için röle modülü de elektrikli cihazların kapanmasını kontrol edecektir.
2.2 Kızılötesi piroelektrik tarama parçası
Kızılötesi piroelektrik dedektörün hassasiyeti ve kararlılığı, dedektörün teknik göstergelerini belirler, ancak dedektörün gerekli algılama etkisini oynayıp oynayamayacağı, esas olarak optik modülün tasarımına ve onunla birlikte çalışan sinyal işleme devresine bağlıdır. Şu anda pasif kızılötesi algılama teknolojisi, esas olarak hareket eden insan vücudunun kızılötesi ısı kaynaklarını tespit ediyor. Hareketli hedeflerin tespiti esas olarak iki yönü dikkate alır: Birincisi, kızılötesi sensörün hedefin termal radyasyonunu orta kızılötesi ila uzak kızılötesi frekans aralığında ve insan vücudu termal radyasyon frekansı aralığında tespit edebilmesi gerektiğidir; bu, esas olarak piroelektrik malzemelerin araştırma ve hazırlık teknolojisi tarafından garanti edilir; Piroelektrik cihazların frekans yanıtı gereksinimlerine bağlı olarak, algılama aralığı birkaç koruma alanına bölünmüştür.Kızılötesi hedef koruma alanından geçtiğinde, kızılötesi sensör ilgili piroelektrik sinyali verir. Bu belgede tasarlanan modül, kızılötesi piroelektrik sensörün kızılötesi sinyalleri taramasına yardımcı olmak için Fresnel mercek (Fresnel mercek) ve kızılötesi filtre kullanır [9-10]. Fresnel lens, hareketli hedefin sıcaklık alanını sürekli olarak değiştirebilir. Modülün tamamı temel olarak Fresnel lens, kızılötesi piroelektrik sensör, sinyal filtreleme ve yükseltme devresi, vb .'den oluşur. Bileşim blok şeması Şekil 3'te gösterilmiştir.
Bu yazıda tasarlanan kızılötesi piroelektrik modül, taranan edinim sinyalini LM258 işlemsel yükseltici devresi aracılığıyla tek yongalı mikrobilgisayara iletir.LM258 işlemsel yükseltici devresinin kullanımı, insan vücudunun piroelektrik sensör tarafından taranan kızılötesi sinyalini yükseltebilir ve yükseltilmiş sinyali tanımlayabilir Derecesi, çevrenin mevcut kızılötesi sinyali ile insan vücudunun kızılötesi sinyali arasındaki farkı etkili bir şekilde ayırt edebilecek, böylece hataları azaltacak ve modülün yanlış çalışmasını önleyebilecek şekilde önemli ölçüde geliştirilecektir. Tasarım devresi Şekil 4'teki gibi gösterilmiştir. Resimdeki DS205B paketi, Fresnel lensin kurulumunu kolaylaştırmak içindir.Bu yazıda kullanılan DS205B kızılötesi piroelektrik sensör, kızılötesi sinyali algılamak için sıcaklıkla değişmek üzere malzemenin kendiliğinden polarizasyonunun özelliklerini kullanır [11-12] ve dört hassas elemandan oluşan bir tasarım benimser yol. Bu tür bir sensör, ortam sıcaklığı değiştiğinde ortaya çıkan paraziti etkili bir şekilde bastırabilir ve sinyal çıkış yoğunluğu, çift duyarlı elemanlara sahip piroelektrik sensörünkinden çok daha güçlüdür ve çalışma durumu daha kararlıdır.
2.3 WiFi modülü parçası
Bu tasarım, terminal ekipmanı ile sunucu arasındaki iletişimi gerçekleştirmek için RT5350 CPU kullanır.RT5350 CPU, 802.11n1 * 1MAC / temel bant işlemciyi, 2.4 GHz1 * 1 radyo frekansı birimini ve radyo frekansı güç amplifikatörünü entegre eder.Yüksek performanslı bir MIPS 24Kc CPU çekirdeğidir (en yüksek Frekans 360 MHz). RT5350 yongası, OPENWRT gömülü modülü naklederek CPU ile sunucu arasındaki iletişimi gerçekleştirir ve mikroişlemci seri portu UART'a bağlanarak CPU ile mikroişlemci arasındaki bilgi etkileşimini gerçekleştirir.
RT5350'nin 1 numaralı seri portu, bilgisayarla iletişim kurmak için kullanılır ve RT5350 mikroişlemcinin konsoludur. Seri port 2 mikroişlemciye bağlanır ve alınan ağ bilgilerini seri port 2'ye iletir. RT5350 yongası yüksek ölçeklenebilirliğe sahip OPENWRT gömülü modül kullanır IO17 portunun çıkış voltajını kontrol ederek rölenin açılıp kapanmasını tetikler.
2.4 Röle modülü parçası
Kontrol devresinde kullanılan röle modülünün çalışma gücü 500 mW'dan fazla değildir, bu da birçok ev tipi elektrikli ekipmanın gücünden çok daha düşüktür Tek çipli mikrobilgisayarın denetleyici olarak kullanılması daha karmaşık programlama işlerini gerçekleştirebilir ve modülün gerekli yükseltilmesini kolaylaştırabilir. Bu yazıda tasarlanan modüller, farklı elektrikli ekipmanların kontrolünü karşılamak için kullanıcı ihtiyaçlarına göre programlanabilir. Devre şeması Şekil 5'te gösterildiği gibidir.
2.5 Güç modülü parçası
Güç modülü, RM3273S güç yongasını benimser RM3273S, çevrimdışı bir PFM güç yönetimi yongasıdır.Optocoupler ve TL431'i ortadan kaldıran birincil taraf geri dönüş topolojisi uygulama devresini kullanır. İçinde% 5'ten fazla olmayan bir hata ile hassas kontrol sağlayabilen yüksek hassasiyetli sabit voltaj kontrolörü entegre edilmiştir.
RM3273S, aşırı gerilim koruması, aşırı gerilim bağlama ve düşük gerilim kilitleme gibi çeşitli koruma işlevlerini entegre eder; yerleşik frekans titreme teknolojisi, anti-EMI yeteneğini geliştirebilir. Tüm güç modülünün boyutu, modülün minyatürleştirilmesini gerçekleştirebilen genel güç modülünden çok daha küçük olan 34 mm × 22 mm × 18 mm'dir.
3 yazılım yazma
Bu tasarım, güçlü ağ bileşenleri ve ölçeklenebilirlik ile son derece modüler ve son derece otomatik gömülü bir Linux modülü olan OpenWRT gömülü işletim modülünü kullanır Yerleşik OpenWrt SDK, yazılım geliştirme sürecini basitleştirir. Bu makalenin programlama süreci Şekil 6'da gösterilmektedir. Üst bilgisayar programı kullanıcı tarafından açıldığında, modülün her saatinin ve veri iletişim arayüzünün otomatik olarak başlatılmasını gerçekleştirir ve alt bilgisayardan bilgi olup olmadığını belirler.Bilgi alınırsa kızılötesi piroelektrik modülün durumunu izler.Kullanıcı, Rölenin çalışma durumunu manuel olarak kontrol edin. Tek çipli bilgisayarın program akış şeması alınmazsa, program bilgi alınana kadar bekleme durumuna girecektir.
Bu yazıda tasarlanan modül, kızılötesi piroelektrik ekipman aracılığıyla harici insan vücudu sinyallerini tarar ve toplar ve toplanan verileri tek çipli mikro bilgisayara iletir.Tek çipli mikrobilgisayar, verileri WiFi modülüne iletir.Kablosuz sinyal iletim cihazı, cihaz durumunu kullanıcıya iletir ve Ekipmanı değiştirmek üzere röle modülünü kontrol etmek için tek çipli mikro bilgisayarı kullanın. Tasarım akış şeması Şekil 7'deki gibi gösterilmiştir.
4. Sonuç
Bu yazıda tasarlanan WiFi tabanlı kızılötesi piroelektrik tarama modülü, kızılötesi piroelektrik sensörün tarama yapısını optimize eder ve tarama aralığını 15 m'ye çıkarır, bu da tarama aralığını büyük ölçüde artırır ve geniş alanlarda tarama uygulamasını tatmin eder [ 13-14]. Eklenen WiFi modülü, mevcut benzer tarama modülleri pazarında bulunmayan cihazın durumunun uzaktan kontrolü için uygundur. Bu modülün büyük bir geliştirme değeri ve pazar beklentileri vardır.
Referanslar
[1] Ji Wusheng, Lu Dingqiang, Bian Liqiang. Akıllı mobilya aydınlatma kontrolü kablosuz anahtar modülü J . Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2011, 30 (20): 21-26.
2 Sun Qiao, Yang Wei, Yu Haiyang, vd. Dinamik koşullar altında kızılötesi piroelektrik sensörün hedef konumlandırma yöntemi J Inf. Kızılötesi ve Lazer Mühendisliği, 2012, 41 (9): 2288-2292.
[3] Zhang Wenchu.Piroelektrik kızılötesi sensörlerin hassasiyetini artırmak için analiz ve karşı önlemler J. Bilim ve Teknoloji Yenilik Forumu, 2012, 80 (1): 180, 29.
[4] Zhang Lu, Han Dong. Kablosuz terminal modülünü gerçekleştirmek için GSM modülünü kontrol etmek için ARM'yi kullanma J Science and Technology Information, 2008, 6 (36): 83-84.
[5] Zhu Xianliang Kızılötesi dedektör bileşenlerinin güvenilirliği üzerine araştırma D Pekin: Çin Bilimler Akademisi Üniversitesi, 2014.
6 Lu Fan. Pyroelektrik Kızılötesi Alarmın Tasarımı D. Tianjin: Hebei Teknoloji Üniversitesi, 2011.
7 Sun Run. WiFi akıllı ev tabanlı ağ geçidi tasarımı D. Xi'an: Xi'an Technological University, 2015.
[8] Pan Yongxiong STM8S serisi tek çipli mikrobilgisayarın ilkesi ve uygulaması M Xi'an: Xidian University Press, 2011.
[9] Liu Yunwu Kızılötesi piroelektrik sensör ağına dayalı dinamik konumlandırma teknolojisi araştırması D Taiyuan: Çin Kuzey Üniversitesi, 2014.
[10] Xu Kebao, Cao Jian, Qi Xueguang, ve diğerleri Yüksek hassasiyetli kendinden örneklemeli piroelektrik sensör üzerine araştırma J Chinese. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2006, 27 (12): 1742-1745.
[11] Wu Peng Kızılötesi piroelektrik sensör ağına dayalı insan hedef izleme modülü araştırması D Wuhan: Wuhan Teknoloji Üniversitesi, 2012.
12 Xu Kebao, Gao Jie, Ju Xiaojun, ve diğerleri. Çevresel ısı kaynağı parazitine dirençli piroelektrik dedektörün uygulama araştırması J. Sensor Technology, 2006, 19 (3): 758-762.
13 ZAPPI P, FARELLA E, BENINI L.Piroelektrik IR sensörleri ile hareket yönünü ve mesafesini izleme J. IEEE Sensors Journal, 2010, 10 (9): 1486-1494.
[14] Li Yanfei. Çoklu sensör füzyonuna dayalı insan vücudu konumlandırma ve davranış anormalliği tespiti D. Hangzhou: Zhejiang Üniversitesi, 2016.
