【導(dǎo)讀】本文討論了一些概念，以通過提供一種紅外探測器組件來確保運(yùn)動(dòng)探測器設(shè)計(jì)對(duì)外部干擾具有魯棒性，該組件可顯著減少零件數(shù)量并提高產(chǎn)品性能和可靠性。
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(jié)能。圖1顯示了適用于房屋和建筑物的各種產(chǎn)品。消費(fèi)者可以在家中和建筑物管理人員對(duì)這些產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視和控制。
結(jié)合了便利性，安全性和節(jié)能性的一種產(chǎn)品是紅外運(yùn)動(dòng)探測器。紅外運(yùn)動(dòng)探測器可感測某個(gè)區(qū)域的占用情況，然后可以激活照明，HVAC系統(tǒng)或警報(bào)。如果運(yùn)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(yùn)行。
由于可靠的性能和低成本的結(jié)合，無源紅外技術(shù)是運(yùn)動(dòng)感測的領(lǐng)先技術(shù)。市場正在經(jīng)歷超過13％的健康復(fù)合年增長率，并有望在2025年超過35億美元。推動(dòng)增長的因素包括：
● 住宅對(duì)使用監(jiān)控的安全性的需求
● 通過無線連接和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)降低安裝成本
● 公共和商業(yè)部門正在采用的政府節(jié)能措施
● 不斷增長的市場為新的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了機(jī)會(huì)
● 保護(hù)，控制和傳感組件
由于無源紅外運(yùn)動(dòng)檢測器用于室內(nèi)監(jiān)控或室外監(jiān)控，因此這些產(chǎn)品必須對(duì)環(huán)境干擾具有魯棒性。如果檢測器由交流電源線供電，則它們必須能夠承受可能在交流電源線上傳播的電流過載和電壓瞬變。除了電路保護(hù)外，高效控制和可靠的傳感性能對(duì)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(yùn)動(dòng)檢測器，并指示了建議的保護(hù)，控制和傳感組件，這些組件可增強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性和性能。
在圖3中，我們顯示了無源紅外運(yùn)動(dòng)檢測器的框圖，并顯示了應(yīng)在其中建議的保護(hù)，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。
AC / DC功率級(jí)
AC / DC功率級(jí)為其他電路塊提供DC功率。該電路與交流電源線連接，并且容易受到過電流浪涌和過電壓瞬變的影響。雷擊，電機(jī)接通和關(guān)斷引起的感應(yīng)尖峰以及電源線電壓變化引起的瞬變都可能導(dǎo)致過電壓瞬變和電流浪涌。
針對(duì)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(jí)板的第一道防線。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線路瞬變的傳播路徑。選擇具有以下特征的MOV：
安全吸收高達(dá)10 kA的峰值浪涌電流或150 J的脈沖能量，以保護(hù)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(nèi)運(yùn)行的工作溫度范圍（帶有酚醛涂層的MOV的版本可在高達(dá)125°C的溫度下安全運(yùn)行）
UL或IEC認(rèn)可，可減少國家認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的鑒定時(shí)間
建議在AC / DC功率級(jí)的輸出端使用瞬態(tài)抑制器（TVS）二極管，以進(jìn)一步保護(hù)電源上的所有負(fù)載電路。TVS二極管將最大限度地減小各種負(fù)載電路中功率組件的瞬態(tài)應(yīng)力。TVS二極管在電路保護(hù)方面具有以下優(yōu)勢：
吸收高達(dá)600 W的峰值脈沖功率或100 A的峰值浪涌電流
通過空中打擊或直接接觸可提供高達(dá)30 kV的ESD保護(hù)
在1 ps以下的超快速響應(yīng)
鉗位電壓低至10 V的版本
UL或IEC組件識(shí)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(hù)功能外，TVS二極管還消耗少量功率。在正常，無干擾的操作中，該組件消耗的電流低于1 µA。最后，可使用表面貼裝版本的TVS二極管來節(jié)省印刷電路板的面積。
運(yùn)動(dòng)傳感器和MCU
無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(qǐng)注意，有完整的軟件包可用，包括傳感器，鏡頭和微控制器單元（請(qǐng)參見圖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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)所需的所有電路。微控制器包含CPU，RAM，計(jì)時(shí)器，比較器，A / D轉(zhuǎn)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(jié)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(shè)計(jì)允許使用更低的成本和更小的陶瓷電容器，而電解電容器的典型用法是具有更高的泄漏和更短的產(chǎn)品壽命
先進(jìn)的運(yùn)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(xiàn)用戶定義的應(yīng)用程序功能
為了節(jié)省功率，請(qǐng)?jiān)谖礄z測到運(yùn)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(yùn)動(dòng)檢測器套件。集成組件，更少組件和無電解電容器的組合提高了整體產(chǎn)品可靠性，節(jié)省了印刷電路板空間，并降低了成本。
警報(bào)
當(dāng)紅外傳感器檢測到適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)量時(shí)，警報(bào)電路將激活。該電路通常將驅(qū)動(dòng)閃爍的LED燈或LED燈和揚(yáng)聲器的組合。警報(bào)電路將需要一個(gè)控制組件來使外部設(shè)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(qū)動(dòng)器與低功率邏輯電路的電流隔離。固態(tài)繼電器可延長輸出驅(qū)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(nèi)置反電動(dòng)勢抑制二極管的磁簧繼電器，以保護(hù)線圈驅(qū)動(dòng)電路，并具有磁屏蔽選件，以防止線圈EMI進(jìn)入控制電路。另外，簧片繼電器觸點(diǎn)比傳統(tǒng)的機(jī)電繼電器具有更長的壽命，并且相對(duì)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(dá)1500 Vrms的隔離度。許多器件旨在通過在零電壓交叉點(diǎn)啟動(dòng)開關(guān)的邏輯來消除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(jié)省空間的表面貼裝封裝。
您對(duì)驅(qū)動(dòng)器組件的選擇取決于確保觸點(diǎn)或輸出對(duì)將要使用的輸出類型具有足夠的驅(qū)動(dòng)器容量。尺寸，功耗和成本將是您在選擇驅(qū)動(dòng)器組件時(shí)要考慮的其他因素。
被動(dòng)紅外運(yùn)動(dòng)探測器的安全標(biāo)準(zhǔn)
表1列出了您的設(shè)計(jì)需要遵循的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，以便可以對(duì)其進(jìn)行認(rèn)證并獲得市場認(rèn)可。在開發(fā)項(xiàng)目中遵守這些標(biāo)準(zhǔn)將減少認(rèn)證成本并減少認(rèn)證時(shí)間。符合IEC標(biāo)準(zhǔn)將允許您的產(chǎn)品在全球所有地區(qū)銷售。
表1.規(guī)范無源紅外運(yùn)動(dòng)探測器安全性和最低操作要求的標(biāo)準(zhǔn)
穩(wěn)健、可靠的設(shè)計(jì)可以擁有較少的元件數(shù)量和較低的開發(fā)成本。
對(duì)于紅外探測器設(shè)計(jì)來說，一個(gè)堅(jiān)固的設(shè)計(jì)只需要幾個(gè)保護(hù)元件。您可以利用透鏡/傳感器/微控制器封裝的優(yōu)勢，減少零件數(shù)量，最大限度地提高產(chǎn)品可靠性。確保您將標(biāo)準(zhǔn)符合性作為開發(fā)項(xiàng)目的重要內(nèi)容，以節(jié)省認(rèn)證時(shí)間和成本。我們建議您利用制造商的應(yīng)用專長，幫助節(jié)省保護(hù)和控制組件的選擇時(shí)間，并節(jié)省大量的設(shè)計(jì)時(shí)間。制造商還可以提供指導(dǎo)，說明哪些標(biāo)準(zhǔn)適用于設(shè)計(jì)，并就如何確保符合標(biāo)準(zhǔn)提供指導(dǎo)。這些建議將幫助您實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健、可靠的設(shè)計(jì)，從而減少現(xiàn)場故障，使產(chǎn)品更具成本效益和盈利能力。
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