基于藍牙的人體紅外感應開關

溫宇豪 肖宏宇

摘要 研究了人體紅外感應器原理以及藍牙系統的結構與組成，并將它們組合設計成了自動電子開關。對藍牙微帶貼片天線進行了仿真并得到了掃頻曲線與三維增益圖。將該自動開關應用于各類家庭電器的自動化控制與數碼產品的智能化改進，在一定程度上實現了電器與數碼設備的自動化。紅外感應器HC-SR504用于采集信號與信號的模數轉換，藍牙主機負責發射信號，藍牙從機負責接收信號與控制終端設備。功能實現后，在低功耗的情況下便可以實現紅外自動控制。

【關鍵詞】紅外感應 藍牙 自動化 低功耗

因為具有熱效應的性質，紅外線又稱為紅外熱輻射。其輻射源可分為白熾發光源、熱體輻射源、發熱傳導源、溫體輻射源四部分。由人體、動物等所產生的熱射線屬于溫體輻射。紅外感應裝置的身影在電子產品上并不少見。但是，將之與藍牙技術聯系起來卻少有人嘗試。實際上，為了充分利用紅外感應與藍牙低功耗的特點，可以將它們組合成電子自動開關。

1 人體紅外感應原理

人體紅外傳感器的核心器件是兩個熱釋電元件與菲涅爾濾光片。人的正常體溫是37攝氏度，所以人會發出波長10微米左右的紅外線。該紅外線經菲涅爾濾光片的增強后會聚集到熱釋電元件所在的紅外感應源。兩個熱釋電元件接收到輻射時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續電路經檢測后就能做出反應。在無人體干擾時，環境輻射對兩個熱釋元件有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。

菲涅爾濾光片在這里有兩個作用，一是增強收到的人體紅外輻射;二是它對光的選擇性降低了環境對探測的干擾。

2 設計思路總述

2.1 PIR紅外傳感器的選擇

除了極低的功耗之外，紅外傳感器也有體積小的特點。在此，我們選擇的感應器為HC-SR504。它的體積為3立方厘米，測試的張角為120度，距離為5米，靜態功耗小于O.1mA，供電電壓為3-12V。它的原理圖大致如圖1所示。

當受到人體輻射后，由于熱釋電元件發生電荷轉移輸出端將會輸出一個時長為2秒的高電平信號。該輸出信號作為之后的藍牙發射元件的輸入信號。

2.2 藍牙主機與從機

藍牙主機用于信號的發射，它能與藍牙從機進行配對。藍牙系統由天線單元、鏈路控制單元、鏈路管理單元和藍牙軟件單元四個單元組成。藍牙主機用于發射信號，并且它由紅外感應器觸發，而藍牙從機接收信號，與終端設備進行連接。我們選擇了HC-05藍牙系統模塊并對其微帶天線進行了仿真。

圖2是2.45GHz藍牙微帶貼片天線的三維增益圖。我們可以看到HC-05藍牙主機與從機的微帶天線的最大輻射方向均是在法向方向，最大增益約為7.4dB。

2.3 感應器與藍牙的組合與應用

當紅外感應器感受到人體的輻射后，紅外感應模塊的輸出端將有一個高電平輸出。該高電平將作為HC-05藍牙主機的輸入信號。藍牙主機隨即發送信號到與終端設備相連的藍牙從機。收到信號后，藍牙從機將使得終端設備做出反應。

實際上，作為自動的電子開關，該開關可以用于很多方面。在現代電器智能化的進程中，這種紅外藍牙開關可以廣泛應用。將紅外感應與藍牙主機至于家門前，而藍牙從機可以與諸如空調、電視、照明燈、電子窗簾等電器相連。配合簡單的嵌入式系統就可以實現更多自動化功能。除此之外，隨身的電子數碼設備諸如耳機、手機、音樂播放器等也可以成為改進對象。

參考文獻

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