基于人體紅外線感應(yīng)器顯示屏的研究

陳中標(biāo)

【摘 要】將人體紅外線傳感器應(yīng)用于各類顯示屏中，研發(fā)一種新型的人體感應(yīng)顯示屏。在使用過程中，可以預(yù)先設(shè)定顯示屏的感應(yīng)距離，如果人體靠近顯示屏超過設(shè)定的距離，顯示屏就自動(dòng)關(guān)閉；如果離開顯示屏超過設(shè)定的距離，顯示屏自動(dòng)開啟。

【關(guān)鍵詞】人體紅外線傳感器；顯示屏；自動(dòng)控制

【Abstract】If the human infrared sensor is applied to all kinds of display， the development of a new human body induction display will be produced which can be pre-set screen. In the process of using，if the body is close to the display exceeds the set distance， the display will automatically shut down otherwise it will be open.

【Key words】The human body infrared sensor； Display； Automatic control

1 問題的提出

一方面，隨著E時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)普遍使用在辦公、生活等多個(gè)領(lǐng)域。無論是學(xué)習(xí)、工作還是娛樂都離不開電腦，正確使用電腦的方法應(yīng)該是眼睛與顯示屏保持60厘米的距離，而使用者一般都忽視這個(gè)問題，久而久之影響視力；同樣，現(xiàn)在幾乎家家戶戶都有電視機(jī)，科學(xué)的看電視應(yīng)該是眼睛與電視機(jī)的距離是電視對(duì)角線的5到7倍，最佳距離是2.5米到8米。但是，使用者一般都忽略了這個(gè)問題。尤其是青少年兒童，一旦遇到自己喜歡看的兒童片時(shí)，往往會(huì)情不自禁的越來越靠近電視機(jī)，恨不得直接坐在電視機(jī)前面。長此以往，視力的下降問題日趨嚴(yán)重[1]。

另一方面，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳感器的應(yīng)用日趨廣泛，如在工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)保、汽車工業(yè)、化工、醫(yī)療、大氣和海洋測量等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。在日常生活中也有廣泛的應(yīng)用，如人體感光開關(guān)、路燈控制器、家用燃?xì)鈭?bào)警器等等。

我們可以由這些日常感應(yīng)家電為依據(jù)，將人體紅外線感應(yīng)器應(yīng)用于電腦或者電視顯示屏中，研發(fā)出新型的人體紅外線感應(yīng)顯示屏，以此來監(jiān)督我們健康合理的使用電腦或者電視，保護(hù)我們的視力。

2 人體紅外線感應(yīng)器原理

人體紅外線感應(yīng)器是根據(jù)紅外線反射的原理研制而成的，屬于一種智能節(jié)水、節(jié)能設(shè)備，也有人稱其為熱紅外線人體感應(yīng)器。它的應(yīng)用非常廣泛，包括感應(yīng)水龍頭、自動(dòng)干手器、醫(yī)用洗手器、自動(dòng)給皂器、感應(yīng)小便斗沖水器等[2-3]。

這種自動(dòng)感應(yīng)裝置是通過紅外線反射的原理，當(dāng)人體的手或身體的某一部分在紅外線區(qū)域內(nèi)，紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線由于人體手或身體摭擋反射到紅外線接收管，通過集成線路內(nèi)的微電腦處理后的信號(hào)發(fā)送給脈沖電磁閥，電磁閥接受信號(hào)后按指定的指令打開閥芯來控制頭出水；當(dāng)人體的手或身體離開紅外線感應(yīng)范圍，電磁閥沒有接受信號(hào)，電磁閥閥芯則通過內(nèi)部的彈簧進(jìn)行復(fù)位來控制關(guān)水。

2.1 感應(yīng)器工作原理

人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

2.2 感應(yīng)器優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)是本身不發(fā)出任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉。

缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源干擾。第一，紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。第二，易受射頻輻射的干擾。第三，環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。

2.3 感應(yīng)器的安裝要求

人體感應(yīng)器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系，正確的安裝應(yīng)滿足下列條件。第一，感應(yīng)器應(yīng)離地面2.0-2.2米。第二，感應(yīng)器應(yīng)遠(yuǎn)離空調(diào)，冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。第三，感應(yīng)器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。第四，感應(yīng)器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。最后，感應(yīng)器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。

感應(yīng)器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大，它對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感， 而對(duì)于橫切方向 （即與半徑垂直的方向）移動(dòng)則最為敏感。在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。

3 人體紅外線感應(yīng)器在顯示屏中的應(yīng)用

將人體紅外線傳感器（可調(diào)感應(yīng)距離）嵌入到各類顯示屏中，例如電視機(jī)顯示屏、電腦顯示屏、手機(jī)平板電腦顯示屏等，形成一種新型的智能感應(yīng)顯示屏。感應(yīng)顯示屏主要包括液晶板、驅(qū)動(dòng)板（也稱主板）、電源板、高壓板、按鍵控制板、人體紅外線感應(yīng)器（兩個(gè)）、感應(yīng)距離調(diào)節(jié)等。這種顯示屏可以調(diào)節(jié)紅外線感應(yīng)距離，設(shè)定近距離感應(yīng)距離以及遠(yuǎn)距離感應(yīng)距離，當(dāng)我們?nèi)梭w在設(shè)定的健康使用距離范圍之內(nèi)，顯示屏自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)我們離開設(shè)定的節(jié)能遠(yuǎn)距離感應(yīng)范圍之外，顯示屏自動(dòng)關(guān)閉。只有在健康合理的使用范圍之內(nèi)，顯示屏才正常運(yùn)行。

這種智能感應(yīng)顯示屏的創(chuàng)新之處是：一方面，利用近距離感應(yīng)器自動(dòng)感應(yīng)關(guān)閉顯示屏來監(jiān)督我們健康的使用顯示屏，保護(hù)視力；另一方面，利用遠(yuǎn)距離感應(yīng)器自動(dòng)感應(yīng)關(guān)閉顯示屏，在無人使用的情況下，節(jié)約能源，避免不必要的浪費(fèi)。特別是平板電腦，好多使用著不注意跟顯示屏保持一定的距離，通過感應(yīng)器自動(dòng)關(guān)閉顯示屏來監(jiān)督我們健康的使用電子產(chǎn)品以及電器設(shè)備。

其技術(shù)方案是這樣的：一般的人體紅外線傳感器都有四根線，紅色線接輸入正極，黑色線接負(fù)極輸入，黃色線正極輸出，綠色線負(fù)極輸出，此時(shí)將紅色線與黑色線分別接我們電源的火線與零線，將黃色線與綠色線分別接顯示屏的開關(guān)的兩根線；有的傳感器有三根線，紅線、白線、黑線，紅線是火線，黑線是零線，其中白線是公共線，紅線和黑線接電源，白線和黑線接顯示屏的開關(guān)。

具體在實(shí)施過程中，如圖1所示，該人體紅外線感應(yīng)顯示屏包括近距離人體紅外線感應(yīng)器1，近距離感應(yīng)調(diào)節(jié)器2，開關(guān)3，其他控制按鈕4，液晶面板5，顯示屏機(jī)身6，遠(yuǎn)距離人體紅外線感應(yīng)器7，遠(yuǎn)距離感應(yīng)調(diào)節(jié)器8。

在使用的過程中，接通電源，調(diào)節(jié)感應(yīng)距離調(diào)節(jié)器2、8，打開開關(guān)3，用戶正常使用，當(dāng)我們?nèi)梭w在近距離感應(yīng)距離之內(nèi)時(shí)，或者在遠(yuǎn)距離感應(yīng)距離之外時(shí)，顯示屏自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)我們?nèi)梭w在健康合理的感應(yīng)距離之間時(shí)，感應(yīng)器正常使用。

4 感應(yīng)器使用注意事項(xiàng)

人體紅外線感應(yīng)顯示屏在使用的過程中要注意以下幾點(diǎn)。

第一，人體感應(yīng)器模塊屬于高度敏感的器件，它對(duì)電源要求很高，必須經(jīng)過良好的穩(wěn)壓濾波，例如9V的層疊電池就可能因?yàn)閮?nèi)阻較大不能正常工作，建議使用者用LM7808穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后再通過220UF和0.1UF的電容濾波后供電。

第二，感應(yīng)器模塊不接負(fù)載時(shí)能正常工作，接上負(fù)載后工作紊亂，一種原因是因?yàn)殡娫慈萘亢苄∝?fù)載比較耗電，負(fù)載工作時(shí)引起的電壓波動(dòng)導(dǎo)致模塊誤動(dòng)作，另一種原因是負(fù)載得電工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾，例如繼電器或者電磁鐵等感性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢，315M發(fā)射板工作時(shí)會(huì)有電磁輻射等都會(huì)影響模塊。解決辦法有三個(gè)：（1）電源部分加電感濾波；（2）采用負(fù)載和模塊使用不同的電壓的方法，例如：負(fù)載使用24V工作電壓，模塊使用12V工作電壓，其間用LM7812三端穩(wěn)壓器隔離。（3）使用更大容量的電源。

第三，人體感應(yīng)器模塊工作環(huán)境應(yīng)該避免陽光、強(qiáng)光直接照射，若工作環(huán)境有強(qiáng)大的射頻干擾，可采用屏蔽措施。若遇有強(qiáng)烈氣流干擾，關(guān)閉門窗或阻止對(duì)流。感應(yīng)區(qū)盡量避免正對(duì)著發(fā)熱電器和物體，以及容易被風(fēng)吹動(dòng)的雜物和衣物。人體感應(yīng)器模塊必須裝配在密封的盒里，否則一直會(huì)有輸出信號(hào)。探頭（PIR）與鏡片有一聚焦距離，通常在20—30mm范圍調(diào)整。如果要求紅外探測器的探測角度小于90°時(shí)，可以用不透明膠紙遮擋鏡片或裁剪縮小鏡片來實(shí)現(xiàn)。

第四，人體感應(yīng)器模塊采用雙元探頭，人體的手腳和頭部運(yùn)動(dòng)方向與感應(yīng)靈敏度有著密切的聯(lián)系，如果設(shè)置安裝不當(dāng)，會(huì)影響感應(yīng)效果。模塊中的探頭（PIR）可以裝焊在電路板的另一面。也可將探頭用雙芯屏蔽線延長，長度應(yīng)在2米以內(nèi)為好。

5 結(jié)束語

在當(dāng)代，成人們幾乎人手一個(gè)智能手機(jī)，潮一點(diǎn)的年輕人人手一個(gè)平板電腦。在公交車上，汽車站、火車站候車廳等場所，我們見到的是千遍一律的畫面，大家都目不轉(zhuǎn)睛的盯著手里的手機(jī)或者電腦，耳朵里塞著耳塞在聽音樂，他們不是在玩游戲就是在看視頻或者看小說。小朋友在家里的娛樂主要是靠動(dòng)畫片，為了看得更清、聽的更明白，他們離電視機(jī)越來越近，有的小朋友甚至都快爬到茶幾前面去看。種種現(xiàn)象表明，我們迫切需要感應(yīng)顯示屏來拯救我們的視力。相信這個(gè)產(chǎn)品一旦被產(chǎn)業(yè)化將給社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，給使用者帶來更大的益處。

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[責(zé)任編輯：湯靜]