中心議題:

• 對節約能源的低功耗占有傳感器應用進行分析

解決方案:

• 采用主/被動式紅外占有傳感器
• 采用紅外技術和超聲波技術的雙技術占有傳感器
• 采用被動式紅外和麥克風技術的雙技術占有傳感器

1 前言

能源危機和環境汙染是我們經常談論的兩大話題，也是我們必須要解決的兩個問題。技術的進步將有助於我們節約能源和保護環境。

隨(sui)著(zhe)各(ge)項(xiang)事(shi)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)，用(yong)於(yu)照(zhao)明(ming)的(de)電(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)，節(jie)約(yue)照(zhao)明(ming)用(yong)電(dian)的(de)問(wen)題(ti)倍(bei)受(shou)關(guan)注(zhu)。除(chu)改(gai)進(jin)照(zhao)明(ming)燈(deng)具(ju)外(wai)
，開(kai)發(fa)照(zhao)明(ming)控(kong)製(zhi)器(qi)，根(gen)據(ju)人(ren)們(men)在(zai)生(sheng)產(chan)、生活、學習、工作中對照明的實際需要自動的開、閉照明燈，杜絕不必要的浪費
，是降低照明能耗的重要途徑。目前，對街道路燈和樓道路燈的自動控製技術已趨於成熟，但用於學習、工gong作zuo和he公gong共gong場chang所suo的de照zhao明ming控kong製zhi技ji術shu卻que嫌xian薄bo弱ruo。在zai這zhe些xie場chang所suo，人ren的de活huo動dong情qing況kuang比bi較jiao複fu雜za，對dui照zhao明ming的de控kong製zhi技ji術shu要yao求qiu較jiao高gao，路lu燈deng控kong製zhi中zhong的de單dan純chun的de時shi控kong、聲控、光控和一般意義上的人體感應控製都難於滿足要求。

本文介紹一種具有全數碼、微處理器線路，可連續分析被控對象的實時占有模式、持續調整最大性能設置的多技術傳感器——占有傳感器。占有傳感器，也稱為動作傳感器
，為我們提供了一種價廉、有效地節約能源的方法。這是由於當房間或某一工作場所沒有被占有時
，它可以自動切斷電源，在商用

、學校及一些公共場所
，由於照明用電的損耗占了整個耗電量的40％左右，所以占有傳感器對於減少能量損耗起了非常重要的作用。並且這類傳感器采用被動式紅外線、超chao聲sheng波bo感gan應ying或huo其qi它ta技ji術shu
，也ye可ke將jiang多duo種zhong技ji術shu集ji成cheng於yu同tong一yi設she備bei
，以yi達da到dao最zui佳jia的de運yun動dong探tan測ce性xing能neng，能neng夠gou消xiao除chu由you於yu氣qi流liu等deng單dan調tiao運yun動dong導dao致zhi的de錯cuo誤wu觸chu發fa。所suo以yi該gai傳chuan感gan器qi可ke提ti供gong無wu故gu障zhang、“裝後無憂”的照明控製方案。

2 占有傳感器

2.1 定義及組成

占(zhan)有(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)具(ju)有(you)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)的(de)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)，它(ta)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)所(suo)感(gan)應(ying)的(de)空(kong)間(jian)是(shi)否(fou)被(bei)占(zhan)有(you)或(huo)根(gen)據(ju)預(yu)先(xian)設(she)定(ding)的(de)光(guang)照(zhao)值(zhi)來(lai)控(kong)製(zhi)電(dian)源(yuan)
，以(yi)控(kong)製(zhi)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)或(huo)采(cai)暖(nuan)與(yu)通(tong)風(feng)及(ji)製(zhi)冷(leng)係(xi)統(tong)。占(zhan)有(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)主(zhu)要(yao)有(you)紅(hong)外(wai)、超聲、聲敏
、混合等幾種類型。

占有傳感器實質上是一種智能式的微控製器，主要有敏感元件、微處理器、信號接收與處理電路、開關及發光LED等部分組成。其中微處理器或稱作微控製器是采用美國Atmel公司生產的低電壓、高性能的AVR 8-bit RISC微控製器
，又稱作Atmega88。此微控製器屬於片上型微處理器
，以CIP-51為內核，它本身集成了許多外圍設備
，如A/D和D/A轉換器、1kB 的SRAM、可編程的8kB的 FLASH存儲器、512字節的EEPROM、一個內部RC振蕩器等。所有的I/O端口的每一個引腳都置上拉電阻

，根據要求可獨立地通與斷。片上定時器/計數器具有定時、捕獲
、比較和PWM輸出等功能。Atmega88結構框圖如圖1所示。 如上圖所示，在占有傳感器裝置內裝有閃爍LED及開關S，與微控製器的I/O端口相連。由於微控製器的I/O引腳可以產生幅值為20mA的高電平，所以閃爍LED及開關S可以與微控製器直接相接而不必外接其它電路或電阻。通過紅外、超聲波、光學等傳感技術采集被占有區域相關的人的活動及光照等情況，通過A/D轉換器
，並將轉換結果儲存在SRAM中，微控製器經過分析並與保存在Flash存儲器中的設定值進行比較

，以控製占有區域內燈的開、關或發出聲光報警等信號。
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2.2 特征

（1）個性化的控製模式

許多占有傳感器向用戶提供個性化的服務。不論是牆式安裝還是遠距離安裝，都可以工作在以下模式：“一直斷”、“一直通”、“自動”。目(mu)前(qian)，大(da)多(duo)數(shu)占(zhan)有(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)完(wan)全(quan)是(shi)自(zi)動(dong)的(de)。當(dang)有(you)人(ren)進(jin)入(ru)房(fang)間(jian)時(shi)就(jiu)開(kai)燈(deng)
，而(er)當(dang)人(ren)離(li)開(kai)時(shi)就(jiu)關(guan)燈(deng)。對(dui)於(yu)那(na)些(xie)有(you)充(chong)足(zu)自(zi)然(ran)光(guang)照(zhao)的(de)房(fang)間(jian)，當(dang)有(you)人(ren)進(jin)入(ru)房(fang)間(jian)就(jiu)開(kai)燈(deng)並(bing)一(yi)直(zhi)保(bao)持(chi)下(xia)去(qu)將(jiang)會(hui)造(zao)成(cheng)很(hen)大(da)的(de)浪(lang)費(fei)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)發(fa)生(sheng)這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)，現(xian)在(zai)大(da)多(duo)數(shu)的(de)製(zhi)造(zao)商(shang)提(ti)供(gong)僅(jin)有(you)斷(duan)開(kai)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)的(de)占(zhan)有(you)傳(chuan)f感gan器qi或huo具ju有you日ri光guang無wu效xiao的de占zhan有you傳chuan感gan器qi。對dui於yu前qian一yi種zhong傳chuan感gan器qi
，當dang人ren進jin入ru感gan應ying區qu並bing且qie需xu要yao開kai燈deng時shi，必bi須xu手shou動dong操cao作zuo。當dang房fang間jian無wu人ren時shi，控kong製zhi器qi就jiu會hui自zi動dong切qie斷duan電dian源yuan並bing將jiang自zi動dong保bao持chi斷duan開kai狀zhuang態tai直zhi到dao下xia一yi次ci有you人ren開kai燈deng。這zhe種zhong類lei型xing的de傳chuan感gan器qi可ke以yi最zui大da限xian度du的de節jie約yue能neng源yuan。對dui於yu後hou一yi種zhong傳chuan感gan器qi，它ta具ju有you內nei置zhi日ri光guang傳chuan感gan裝zhuang置zhi。當dang日ri光guang傳chuan感gan裝zhuang置zhi感gan測ce到dao房fang間jian內nei有you充chong足zu的de自zi然ran光guang線xian時shi，即ji使shi房fang間jian被bei充chong足zu占zhan有you，也ye會hui使shi燈deng處chu於yu熄xi滅mie的de狀zhuang態tai。這zhe類lei傳chuan感gan器qi對dui於yu那na些xie有you充chong足zu的de自zi然ran光guang線xian照zhao射she的de房fang間jian非fei常chang適shi用yong。

（2）靈敏度可調性

占有傳感器的靈敏度是可以調整的，這樣可以使控製器運行更為可靠。對於采暖、製冷

、通風係統，如果空氣運動會觸發傳感器就可以降低靈敏度。相反
，為了感應較小的運動，也可以提高控製器的靈敏度。

靈敏度可調可以允許用戶調節傳感器，這樣控製器就能夠識別人的活動，從而排除其他運動所引起的誤觸發。

（3）時間延遲性

傳感器從感應到房間內人的活動停止到自動關燈
，期間有一定的時間延遲。大多數的控製器允許這個延遲時間在30s~30min之zhi間jian可ke調tiao。延yan遲chi時shi間jian長chang短duan的de設she定ding因yin使shi用yong者zhe的de習xi慣guan不bu同tong而er異yi。如ru果guo時shi間jian延yan遲chi性xing調tiao節jie適shi當dang，就jiu可ke以yi避bi免mian僅jin僅jin由you於yu占zhan有you者zhe長chang時shi間jian不bu運yun動dong所suo造zao成cheng的de關guan燈deng現xian象xiang，並bing且qie也ye可ke避bi免mian由you於yu在zai白bai天tian人ren的de進jin進jin出chu出chu而er造zao成cheng燈deng頻pin繁fan通tong斷duan現xian象xiang的de發fa生sheng。

xianzaixuduochuanganqijuyouzidongshibietexing
，jinengpanbieqilingminxing，younengpanbiezuihouyirenlikaifangjianhoudengsuozhaomingdeshijian。jiaoxinxingdechuanganqijishujihunenggoutichuyouyukongqiliudonghuolengrekongqijiaohuansuochanshengdewudongzuo。

另外，占有傳感器還具有低功耗、關燈警告
、模糊覆蓋
、自動報警、自適應、自(zi)學(xue)習(xi)等(deng)特(te)征(zheng)。自(zi)學(xue)習(xi)特(te)征(zheng)一(yi)般(ban)是(shi)對(dui)多(duo)技(ji)術(shu)占(zhan)有(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)說(shuo)的(de)，它(ta)可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)調(tiao)整(zheng)在(zai)自(zi)學(xue)習(xi)階(jie)段(duan)所(suo)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)占(zhan)有(you)數(shu)據(ju)。關(guan)燈(deng)警(jing)告(gao)就(jiu)是(shi)在(zai)自(zi)動(dong)關(guan)燈(deng)或(huo)斷(duan)電(dian)前(qian)1分鍾（此時間用戶可調）yishengyinhuodengshanshuodengketinghuokejianxinhaodexingshigaozhizhanyouzhedengjiangximiehuoduandian，bimianzhanyouzhexianruturandeheian。mohufugaijiushiyunxuchuanganqitancequyuzhongmouxiequyubeihulve
，zheyangkeyijianshaochuanganqidewuchufa。

2.3 功能

占zhan有you傳chuan感gan器qi實shi質zhi是shi一yi種zhong智zhi能neng傳chuan感gan器qi
，它ta與yu微wei處chu理li器qi相xiang結jie合he，並bing賦fu予yu了le人ren工gong智zhi能neng的de功gong能neng，又you兼jian有you信xin息xi檢jian測ce與yu信xin息xi處chu理li的de功gong能neng。具ju體ti說shuo
，占zhan有you傳chuan感gan器qi具ju有you以yi下xia基ji本ben功gong能neng：

（1）當房間有人活動時自動照明；
（2）當控製區域被占有時，能夠不受幹擾地保持燈亮；
（3）當控製區域沒有被占有時，在預定時間內燈將自動熄滅。
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2.4 占有傳感器的類型、技術及應用

（1）被動式紅外占有傳感器（PIR傳感器）

被bei動dong式shi紅hong外wai占zhan有you傳chuan感gan器qi檢jian測ce的de是shi空kong間jian中zhong背bei景jing熱re源yuan的de模mo式shi。當dang傳chuan感gan器qi探tan測ce到dao背bei景jing熱re源yuan有you顯xian著zhu變bian化hua時shi


，傳chuan感gan器qi就jiu會hui通tong過guo自zi動dong開kai燈deng或huo人ren為wei手shou動dong開kai燈deng作zuo出chu反fan應ying。而er當dang背bei景jing熱re源yuan變bian化hua返fan回hui到dao一yi個ge穩wen定ding狀zhuang態tai時shi
，傳chuan感gan器qi就jiu會hui關guan燈deng。PIR傳(chuan)感(gan)器(qi)必(bi)須(xu)對(dui)被(bei)檢(jian)測(ce)對(dui)象(xiang)進(jin)行(xing)直(zhi)線(xian)檢(jian)測(ce)以(yi)便(bian)判(pan)定(ding)是(shi)否(fou)有(you)人(ren)出(chu)現(xian)。為(wei)了(le)減(jian)少(shao)誤(wu)感(gan)應(ying)，這(zhe)類(lei)傳(chuan)感(gan)器(qi)一(yi)般(ban)設(she)計(ji)為(wei)隻(zhi)對(dui)人(ren)所(suo)發(fa)出(chu)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)有(you)反(fan)應(ying)。

PIR傳感器的可靠性較高，但它的探測距離不易過大，這是因為：一是紅外傳感器的楔形傳感模式存在潛在的“死”區
，這個“死”區隨著距離的增大而增大；二是由於是被動的，控製器本身不發出任何信號，傳感器的觸發依賴於運動物體所散發的熱量的集中。
PIR傳感器一般適用於小型辦公室
、形狀規則的房間、禮堂、實驗室、 開放式教室及辦公室、工廠等其它工作場所。它對於較小的房間效果較好。

（2）主動式超聲波占有傳感器（US傳感器）

超聲波傳感器所發送和接收的聲音的頻率遠遠高於人耳所能聽到的聲音的頻率。這些聲波遇到牆、wutijirenshijiuhuifanshehuilai。dangfanshehuichuanganqideshengbopinlvfashengbianhuashi，dongzuojiuhuibeitancedao，chuanganqijiuhuijinruzhanyoumoshi。erdangshengbopinlvmeiyoubianhuashi，chuanganqijiuhuiguandeng。

超聲波傳感器區別於紅外傳感器是由於這類傳感器可以“看到”周圍的物體或人以及表麵（隻要空間及物體的表麵很硬）。US傳感器靈敏度較高
，測量範圍寬，它可以檢測到很小的運動。這類傳感器適用於較大房間、不規則形狀的房間，如圖書館閱覽室、大型試驗室、樓梯、大型設備、結構支撐物等。由於靈敏度高，空氣振動、通風采暖製冷係統及周圍鄰近空間的運動都會引起US傳感器產生誤觸發

，所以，這類傳感器需要及時校準。

另外，US傳感器所適用的頻率範圍很寬，在使用時一定要注意避免其工作頻率與那些能夠發射超聲波的設備所發出的聲波頻率有重疊。

（3）具有紅外技術和超聲波技術的雙技術占有傳感器

雙shuang技ji術shu占zhan有you傳chuan感gan器qi是shi較jiao新xin型xing的de傳chuan感gan器qi，它ta綜zong合he了le無wu源yuan紅hong外wai傳chuan感gan技ji術shu和he超chao聲sheng波bo傳chuan感gan技ji術shu，極ji大da地di降jiang低di了le由you於yu異yi常chang觸chu發fa而er引yin起qi的de錯cuo誤wu。在zai這zhe類lei傳chuan感gan器qi中zhong，紅hong外wai傳chuan感gan器qi探tan測ce物wu體ti的de溫wen度du，超chao聲sheng波bo傳chuan感gan器qi利li用yong超chao聲sheng波bo探tan測ce物wu體ti的de運yun動dong或huo位wei移yi，雙shuang技ji術shu集ji成cheng於yu同tong一yi設she備bei或huo控kong製zhi器qi
，可ke以yi達da到dao最zui佳jia的de運yun動dong探tan測ce性xing能neng。這zhe類lei傳chuan感gan器qi對dui於yu那na些xie對dui安an全quan性xing、可靠性要求較高
、空間布局較複雜、麵積較大的房間較適合。

（4）聲敏元件

shengminchuanganqiyilaiyuchangjianderenerketingdaodeshengyin
，jixieshishengyin，qiaojijianpandeshengyinjiqitadianxingderichangzaosheng。duiyubeijingzaosheng，ruyizhenlianxudewengwengsheng、低水平噪聲可以忽略。這種技術適合於那些人們活動頻繁的場合，或者是人們所在的房間空氣流通比較好的場合，如廚房、洗手間、工廠、倉庫等。
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（5）具有被動式紅外技術和麥克風（擴音器）技術的雙技術占有傳感器

這(zhe)類(lei)傳(chuan)感(gan)器(qi)不(bu)同(tong)於(yu)上(shang)麵(mian)所(suo)描(miao)述(shu)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)這(zhe)類(lei)傳(chuan)感(gan)器(qi)不(bu)傳(chuan)輸(shu)任(ren)何(he)聲(sheng)波(bo)。被(bei)動(dong)式(shi)紅(hong)外(wai)探(tan)測(ce)技(ji)術(shu)檢(jian)測(ce)最(zui)初(chu)物(wu)體(ti)及(ji)人(ren)的(de)運(yun)動(dong)並(bing)不(bu)斷(duan)檢(jian)測(ce)紅(hong)外(wai)線(xian)的(de)活(huo)動(dong)情(qing)況(kuang)。麥(mai)克(ke)風(feng)監(jian)測(ce)聲(sheng)波(bo)並(bing)保(bao)持(chi)燈(deng)亮(liang)直(zhi)到(dao)聲(sheng)音(yin)的(de)活(huo)動(dong)處(chu)於(yu)穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態(tai)。

另外
，占有傳感器還有具有日光無效
、三(san)技(ji)術(shu)等(deng)多(duo)技(ji)術(shu)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)等(deng)類(lei)型(xing)。雙(shuang)技(ji)術(shu)或(huo)多(duo)技(ji)術(shu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)價(jia)格(ge)相(xiang)對(dui)較(jiao)貴(gui)，但(dan)相(xiang)對(dui)於(yu)單(dan)技(ji)術(shu)傳(chuan)感(gan)器(qi)而(er)言(yan)，其(qi)可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)，使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)長(chang)。目(mu)前(qian)
，PIR傳感器和US傳感器占據占有傳感器的主導地位。

占zhan有you傳chuan感gan器qi用yong於yu控kong製zhi照zhao明ming係xi統tong最zui初chu是shi在zai安an全quan係xi統tong的de開kai發fa應ying用yong中zhong。現xian在zai
，已yi經jing有you不bu同tong類lei型xing的de占zhan有you傳chuan感gan器qi經jing過guo特te別bie設she計ji用yong以yi控kong製zhi照zhao明ming，可ke以yi應ying用yong於yu多duo種zhong場chang合he，如ru咖ka啡fei廳ting、午餐店、教室、實驗室、計算機房、谘詢室、走廊
、賓館

、圖書閱覽室、各種辦公室、候車室
、體育館、jianshenfangdengdeng。genjukongjianleixing，zheleichuanganqikeyidaitiqiangshianzhuangdezhaomingkaiguan，huozheanzhuangzaipianpidedifang

，rengbaoliuyuanlaizhengchangdekaiguan。zhanyouchuanganqideanzhuangfangshiyouqiangshianzhuang、天tian花hua板ban安an裝zhuang及ji其qi他ta形xing式shi的de安an裝zhuang。傳chuan感gan器qi有you一yi個ge有you效xiao的de工gong作zuo區qu域yu。安an裝zhuang傳chuan感gan器qi時shi必bi須xu按an照zhao使shi用yong說shuo明ming書shu的de要yao求qiu把ba傳chuan感gan器qi安an裝zhuang在zai其qi有you效xiao工gong作zuo區qu域yu內nei。正zheng確que的de安an裝zhuang位wei置zhi隨sui著zhe傳chuan感gan器qi的de覆fu蓋gai形xing式shi不bu同tong而er不bu同tong。牆qiang式shi安an裝zhuang傳chuan感gan器qi一yi般ban適shi合he於yu較jiao小xiao的de房fang間jian——小型辦公室、洗漱間、內裝設備的房間等
；tianhuabananzhuangdechuanganqiyibanshiheyukaichangshipingmianbuzhidebangongshiyijizhaomingdenganzhuangdejiaogaodechanghe。dangran，ninyekeyianzhuangzaiqiangjiaohuokaojintianhuabandeqiangshang。

3. 結論

占有傳感器是一種能夠節約能源的控製裝置。它根據被控範圍內是否有人活動來自動控製照明係統。當有人在房間內時，燈亮；如果這個房間在一定時間內沒有被占有，此控製裝置將自動把燈熄滅。通過這種方式就可以節約照明用電10％～50％

，這(zhe)個(ge)範(fan)圍(wei)因(yin)使(shi)用(yong)者(zhe)習(xi)慣(guan)不(bu)同(tong)而(er)異(yi)。占(zhan)有(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)技(ji)術(shu)在(zai)國(guo)外(wai)許(xu)多(duo)國(guo)家(jia)已(yi)被(bei)普(pu)遍(bian)采(cai)用(yong)，但(dan)在(zai)我(wo)國(guo)還(hai)沒(mei)有(you)普(pu)及(ji)。隨(sui)著(zhe)我(wo)國(guo)建(jian)築(zhu)業(ye)智(zhi)能(neng)化(hua)的(de)發(fa)展(zhan)，以(yi)及(ji)人(ren)們(men)節(jie)能(neng)意(yi)識(shi)的(de)提(ti)高(gao)，占(zhan)有(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)會(hui)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。

本文作者的創新點在於引入了占有傳感器的概念並將占有傳感器技術應用於照明控製裝置、加熱及製冷等裝置，為節約照明及其它用電
，實施綠色照明工程，改善照明及生活工作環境提供了可行有效的技術措施。