專利名稱：人體接近傳感的方法及電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種寬方位的人體接近傳感的方法及電路。
現有的人體接近傳感檢測技術包括電磁波反射或吸收感應技術、人體電容傳感技術、人體紅外傳感技術、可見光檢測技術、超聲波檢測技術、圖像處理技術等多種技術方案。上述技術方案中，圖像處理技術運用了智能數字處理技術，因而具備高抗干擾性能及高傳感靈敏度。但由于采用了攝像頭及復雜的計算機處理技術，在實際應用時，成本高昂，裝置復雜，不利于普及運用。其余的人體接近傳感技術大都涉及到弱信號的放大，即要將人體接近信號轉換成幅值較小的模擬電信號，并將此電信號放大比較，甚至需進一步送至觸發器才能完成人體感應信號的檢測。該過程中每一環節都易于受外來信號干擾，因而此種形式的人體傳感器應用于實際時，其穩定度包括抗干擾性能的局限，給使用帶來不利。并且這些技術中能較好地得到運用的紅外傳感技術，即便采用不涉及到弱信號放大的鑒頻技術，還要受到傳感視角小，易受屏蔽的缺點影響。
本發明的目的在于提供一種高抗干擾、低成本、寬傳感方位、無屏蔽效應、易于普及應用的人體接近傳感的方法及電路。
本發明的目的是這樣實現的利用電容傳感電極及電容調變頻率振蕩器直接將接近人體所引起的分布電容的變化轉化成信號能量較強的頻率變化信號，這樣外界的干擾信號對傳感器輻度的干擾大大地被削弱了。加之電路其余部分幾乎全部采用抗干擾的數字電路，電路對信號所進行的運算不但削平干擾脈沖對計數器造成的計數值正、負波動的影響，而且使電路能夠自動適應環境的緩慢變化，并且電路還采用干擾脈沖自身抑制法大大削弱干擾影響。因此電路具有強抗干擾性能及自動適應環境變化的穩定性能。另外由于電容傳感電極對地的分布電容是無所謂方向的，所以該傳感方法亦是寬方位的，同時亦是不能被屏蔽的，因為一旦遭到屏蔽，電容傳感電極對地電容就發生突變。整個電路基本達到全數字化，若將電路做成單片處理機，則成本極低廉，又因其性能好，必易于普及運用。因此將整個電路做成單片處理機應是本發明的最佳實施方案。
本發明的傳感方法及電路將配合附圖作詳細說明。
附
圖1為本發明的原理框圖。
附圖2為本發明的一種實施電路圖。
附圖3為實施例中CPU的程序流程圖。
圖1的方框圖中，各方框分別代表如下功能電路1.電容傳感電極;
2.電容調整頻率振蕩器;
3.計數信號閘門;
4.多級級聯計數器;
5.運算器;
6.存貯電路;
7.程序控制器;
8.輸出觸發器;
9.干擾信號防護電路;
10.時鐘電路;
11.時鐘信號選通閘門;
12.電源。
圖1中，虛線代表控制線，單直線代表普通信號線，雙線代表數據線。
圖中的電容傳感電極1可以是所需任意形狀的導電平板或曲面、導電直線或曲線、導電線網。人體接近感應電極時，引起傳感電極1對地電容發生變化，從而直接改變了后級電容調變頻率振蕩器2的振蕩頻率。在程序控制器7的控制下，計數器4按固定的時間間隔重復檢出該每個時間間隔內的脈沖個數Fi，i表示電路接通后檢測的序數是第i次。
存貯電路6負責保存Fi及以前所測值的表征值Bi，如設定B1＝0Bj＝(Bi+Fi·C)/(1+C)，j＝i+1，C為常數，常數C決定了當次所測值Fi對Bi的影響程度，C越小則影響越小。C決定了電路對外界電容變化的響應時間，如外界電容從一個值變化到另一個值并保持不變，則電路響應一段時間后自動停止響應。實際應用中，應根據所需要響應時間，在0.0001至1確定C值。
運算器5將Fi與Bi比較，若Bi-Fi＞K1，則判斷為有人接近，若Fi-Bi＞K2，則人的接近距離增大或傳感器遭破壞，K1、K2為設定的正常數。輸出觸發器8此時則處于相應的狀態。常數K1、K2決定了該電路傳感靈敏度及抗干擾能力。K1、K2越大，靈敏度越低，但抗干擾性能越好，反之相反。K1、K2的取值應大于振蕩器2的頻率穩定度與計數器的每周期計數時間的乘積，可根據所需靈敏度及抗干擾性能確定其值。
時鐘電路10為整個電路提供恒定的時鐘信號。干擾信號防護電路9將干擾信號用單觸發器整形成脈寬大于絕大部分干擾脈沖持續時間的保護脈沖，如取為0.1秒，用此保護脈沖控制計數信號閘門3及時鐘信號閘門11，將干擾信號連同計數信號、時鐘信號一并關斷，從而基本消除干擾信號的影響，即用干擾信號觸發單穩觸發器形成保護脈沖去淹沒干擾脈沖本身。
電源電路12可包括交流整流濾波穩壓源及直流電源。
由于本發明的人體接近傳感方法的實施電路可在以上所述的基本電路結構上用多種器件搭成，這里僅舉出一個實施電路，并將通過它對電路作出進一步說明。
圖2為實施電路圖。主要元件參數均已在圖中標明。圖中，C0至C13是固定電容，Cx是電容傳感電極對地總電容;R1至R14及Rb、Rc、10Kx16排電阻是整個電路的電阻;JT是3至4兆赫的晶體。振蕩器、觸發器、時鐘電路均是典型電路，其細致參數可從有關資料取得。
電路中，Z80CPU負責整個電路的控制及數據運算;10Kx16的排電阻擔任其地址引線的電位上拉電阻;R11、C11及R8組成CPU的復位電路。兩片1Kx4靜態RAM2114作為電路的數據存貯器;一片2Kx8的EPROM2716作為CPU的程序存貯器。計數器由兩片12級二進制計數器CD4040級連而成;三片八位數據緩沖器74LS244使CPU能夠通過三次閱讀方法將計數器數值全部讀出。
三/八地址譯碼器74LS138的五位輸出分別選通RAM、EPROM、三片數據緩沖器;第六位輸出作為計數器的清零信號線，第七位作為計數器的計數允許信號線，第八位作為CPU的檢測輸出線。
電路中的反相器由兩片六反相器74LS04提供，其中門1和2組成時鐘振蕩器，其余均作為反相器或緩沖器。四個二線入與非門由一片74LS00擔供，其中門1、2作為計數器的計數閘門，門3作為時鐘信號閘門。
電容調整頻率振蕩器由三極管9013及其外圍電阻、電容、電廠構成，屬于改進型三點式振蕩器。其振蕩頻率f＝1/(2×3.14159×√L·C0)輸出信號幅度峰-峰值可達2V。必要時應調整Rb及Rc，使其輸出足夠觸發門電路。
干擾防護電路由檢波電路及單穩觸發器構成。檢波電路由二極管D1及電容C8構成，由其檢出振蕩輸出中異常的幅值變化，并觸發由LM555組成的正沿觸發單穩觸發器，觸發器輸出脈寬約0.1秒左右的低電平保護脈沖鎖住與非門2及3。
輸出電路由LM555組成的單穩觸發器構成，其輸出脈寬稍小于三/八譯碼器第八腳Y8輸出脈沖周期，以便使CPU運算輸出的每個脈沖能夠被該單穩觸發器所接收(即所謂輸出觸發器受每次運算結果的共同影響)并整理成近似的直流電平輸出。并且由于一個干擾脈沖只能觸發出一個脈寬很窄的輸出脈沖，該脈沖寬度因稍小于CPU的運算輸出周期，其寬度在毫秒級以下，故離散的干擾脈沖幾乎不能影響電路的輸出，因為他們至多改變輸出的瞬態，可以通過慮波法得以消除。
圖3為CPU的程序流程圖，圖中各次操作如下(1)初始化此時電路剛接通，CPU執行初始化程序，使整個電路進入預備狀態。
(2)從計數器取數，送入CPU寄存器，由于計數器有三個八位輸出，故需取三次。
(3)將計數器清零并重新開始計數。
(4)(5)(6)求取剛從計數器取入的值Fi與表征值Ai差的絕對值。
(7)(8)(9)判別該絕對值是否大于常數K，是則使CPU在以下的時延期間內不斷將地址線A11、A12、A13、A15置成1，則三/八譯碼器第八腳Y8輸出低電平脈沖。
(10)計數新的表征值。
(11)執行延時程序。完畢后轉回到(2)，不斷循環。
CPU的實際程序可以方便地根據該流程圖編出。
權利要求
1.一種人體接近傳感的方法，其特征在于將接近人體所引起的分布電容的變化直接轉換成振蕩器振蕩頻率的變化，并按照固定的時間間隔，用計數器不斷重復地檢測出每個時間間隔內的脈沖個數，再將所測值進行數字相關運算和比較而獲得傳感信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是按以下方法進行數字相關運算，通過此法可以獲得可靠的傳感信號，即在第i次(i是大于1的自然數)測得脈沖數值Fi后，將所測值Fi同前面所測值的表征值Bi進行相減運算，若Bi-Fi＞K1，則判斷為有人接近，若Fi-Bi＞K2，則人的接近距離增大或傳感器遭破壞，K1、K2為設定的正常數。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征是表征值是按如下方法求得的，該方法使電路獲得削弱干擾信號的影響的效果，表征值Bi滿足關系B1＝F1Bj＝(Bi+Fi·C)/(1+C)C為常數，j＝i+1，i為自然數，代表電路接通后檢測脈沖數目的次數序號。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征是傳感的最終輸出受每次運算輸出結果的共同控制。
5.根據權利要求1或2所述的方法，其特征是采用干擾脈沖自身抑制法消除干擾影響，即用干擾脈沖觸發單穩觸發器形成保護脈沖去淹沒干擾脈沖。
6.一種人體接近傳感的電路，它包括電容傳感電極、電容調變頻率振蕩器、時鐘、計數器、數字運算器、存貯電路、控制器、輸出觸發器、電源電路。其特征是電容傳感電極與電容調變頻率振蕩器相連，把接近人體所引起的分布電容的變化直接轉換成振蕩頻率的變化，程序控制器控制計數器重復檢測出電容調變頻率振蕩器在固定時間間隔內輸出的脈沖數目，再將每次測得的脈沖數送入數字運算電路，由運算輸出控制輸出觸發器而獲得傳感信號。
7.根據權利要求6所述的電路，其特征是電路采用如下控制，以獲得可靠的傳感信號第i次(i為大于1的自然數)測得脈沖數Fi后，將該值同前面所測的存于存貯電路中的表征值Bi在運算器中進行相減運算，若Bi-Fi＞K1，則判斷為有人接近，若Fi-Bi＞K2，則人的接近距離增大或傳感器遭破壞，K1、K2為設定的正常數。
8.根據權利要求6或7所述的電路，其特征是表征值Bi是按如下方法求得的，該方法使電路獲得削弱干擾信號的影響的效果，表征值Bi滿足關系B1＝F1Bj＝(Bi+Fi·C)/(1+C)C為常數;j＝i+1，i為自然數，i代表電路接通后檢測頻率的次數序號。
9.根據權利要求6或7所述的電路，其特征是輸出觸發器受每次運算結果的共同控制。
10.根據權利要求6或7所述的電路，其特征在于電路中有由干擾觸發的單穩觸發電路，其輸入端通過檢波器與振蕩器輸出相連，其輸出端連至時鐘信號閘門及計數信號閘門，控制兩閘門使干擾脈沖被關于信號閘門外從而消除干擾影響。
全文摘要
一種人體接近傳感的方法及電路，該方法及電路利用振蕩器、計數器直接將人體接近所引起的分布電容的變化轉換成頻率代碼的變化，再送入數字運算器經一定的相關運算處理而獲得高穩定度、高抗干擾的檢測信號。該方法及電路中還利用干擾信號形成保護脈沖，以消除強干擾影響。本發明的方法及電路可運用于人體感應防盜報警裝置、自動控制裝置等方面。
文檔編號G01V3/38GK1056751SQ9010566
公開日1991年12月4日 申請日期1990年5月18日 優先權日1990年5月18日
發明者邵蔚大, 沈丹誠, 宋慧 申請人:邵蔚大