基于人體紅外線感應器顯示屏的研究

陳中標

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

【關鍵詞】人體紅外線傳感器；顯示屏；自動控制

【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時代的到來，網(wǎng)絡普遍使用在辦公、生活等多個領域。無論是學習、工作還是娛樂都離不開電腦，正確使用電腦的方法應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，科學的看電視應該是眼睛與電視機的距離是電視對角線的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問題。尤其是青少年兒童，一旦遇到自己喜歡看的兒童片時，往往會情不自禁的越來越靠近電視機，恨不得直接坐在電視機前面。長此以往，視力的下降問題日趨嚴重[1]。

另一方面，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，傳感器的應用日趨廣泛，如在工業(yè)自動化、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)濟各個領域。在日常生活中也有廣泛的應用，如人體感光開關、路燈控制器、家用燃氣報警器等等。

我們可以由這些日常感應家電為依據(jù)，將人體紅外線感應器應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，保護我們的視力。

2 人體紅外線感應器原理

人體紅外線感應器是根據(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)能設備，也有人稱其為熱紅外線人體感應器。它的應用非常廣泛，包括感應水龍頭、自動干手器、醫(yī)用洗手器、自動給皂器、感應小便斗沖水器等[2-3]。

這種自動感應裝置是通過紅外線反射的原理，當人體的手或身體的某一部分在紅外線區(qū)域內，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，通過集成線路內的微電腦處理后的信號發(fā)送給脈沖電磁閥，電磁閥接受信號后按指定的指令打開閥芯來控制頭出水；當人體的手或身體離開紅外線感應范圍，電磁閥沒有接受信號，電磁閥閥芯則通過內部的彈簧進行復位來控制關水。

2.1 感應器工作原理

人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線進行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應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)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。

2.2 感應器優(yōu)缺點

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

缺點是容易受各種熱源、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，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。

2.3 感應器的安裝要求

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

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

3 人體紅外線感應器在顯示屏中的應用

將人體紅外線傳感器（可調感應距離）嵌入到各類顯示屏中，例如電視機顯示屏、電腦顯示屏、手機平板電腦顯示屏等，形成一種新型的智能感應顯示屏。感應顯示屏主要包括液晶板、驅動板（也稱主板）、電源板、高壓板、按鍵控制板、人體紅外線感應器（兩個）、感應距離調節(jié)等。這種顯示屏可以調節(jié)紅外線感應距離，設定近距離感應距離以及遠距離感應距離，當我們人體在設定的健康使用距離范圍之內，顯示屏自動關閉，當我們離開設定的節(jié)能遠距離感應范圍之外，顯示屏自動關閉。只有在健康合理的使用范圍之內，顯示屏才正常運行。

這種智能感應顯示屏的創(chuàng)新之處是：一方面，利用近距離感應器自動感應關閉顯示屏來監(jiān)督我們健康的使用顯示屏，保護視力；另一方面，利用遠距離感應器自動感應關閉顯示屏，在無人使用的情況下，節(jié)約能源，避免不必要的浪費。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，通過感應器自動關閉顯示屏來監(jiān)督我們健康的使用電子產(chǎn)品以及電器設備。

其技術方案是這樣的：一般的人體紅外線傳感器都有四根線，紅色線接輸入正極，黑色線接負極輸入，黃色線正極輸出，綠色線負極輸出，此時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。

具體在實施過程中，如圖1所示，該人體紅外線感應顯示屏包括近距離人體紅外線感應器1，近距離感應調節(jié)器2，開關3，其他控制按鈕4，液晶面板5，顯示屏機身6，遠距離人體紅外線感應器7，遠距離感應調節(jié)器8。

在使用的過程中，接通電源，調節(jié)感應距離調節(jié)器2、8，打開開關3，用戶正常使用，當我們人體在近距離感應距離之內時，或者在遠距離感應距離之外時，顯示屏自動關閉；當我們人體在健康合理的感應距離之間時，感應器正常使用。

4 感應器使用注意事項

人體紅外線感應顯示屏在使用的過程中要注意以下幾點。

第一，人體感應器模塊屬于高度敏感的器件，它對電源要求很高，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為內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，感應器模塊不接負載時能正常工作，接上負載后工作紊亂，一種原因是因為電源容量很小負載比較耗電，負載工作時引起的電壓波動導致模塊誤動作，另一種原因是負載得電工作時會產(chǎn)生干擾，例如繼電器或者電磁鐵等感性負載會產(chǎn)生反向電動勢，315M發(fā)射板工作時會有電磁輻射等都會影響模塊。解決辦法有三個：（1）電源部分加電感濾波；（2）采用負載和模塊使用不同的電壓的方法，例如：負載使用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，人體感應器模塊工作環(huán)境應該避免陽光、強光直接照射，若工作環(huán)境有強大的射頻干擾，可采用屏蔽措施。若遇有強烈氣流干擾，關閉門窗或阻止對流。感應區(qū)盡量避免正對著發(fā)熱電器和物體，以及容易被風吹動的雜物和衣物。人體感應器模塊必須裝配在密封的盒里，否則一直會有輸出信號。探頭（PIR）與鏡片有一聚焦距離，通常在20—30mm范圍調整。如果要求紅外探測器的探測角度小于90°時，可以用不透明膠紙遮擋鏡片或裁剪縮小鏡片來實現(xiàn)。

第四，人體感應器模塊采用雙元探頭，人體的手腳和頭部運動方向與感應靈敏度有著密切的聯(lián)系，如果設置安裝不當，會影響感應效果。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，長度應在2米以內為好。

5 結束語

在當代，成人們幾乎人手一個智能手機，潮一點的年輕人人手一個平板電腦。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，大家都目不轉睛的盯著手里的手機或者電腦，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畫片，為了看得更清、聽的更明白，他們離電視機越來越近，有的小朋友甚至都快爬到茶幾前面去看。種種現(xiàn)象表明，我們迫切需要感應顯示屏來拯救我們的視力。相信這個產(chǎn)品一旦被產(chǎn)業(yè)化將給社會帶來巨大的經(jīng)濟效益，給使用者帶來更大的益處。

【參考文獻】

[1]張敏.基于人體紅外傳感器的人體信號檢測保護系統(tǒng)設計[J]. Equipment Manufactring. Technology，2008（1）：50-51.

[2]吳細煌，高智崗，等.基于51系列單片機及熱釋電人體紅外線傳感器的自動空氣凈化裝置[J].機電工程技術，2009，38（9）：111-112.

[3]李海珍，李憲章.基于紅外線的圖像監(jiān)控系統(tǒng)[J].冶金自動化，2003，增刊：255-257.

[責任編輯：湯靜]