红外线位置感测装置的制作方法

本实用新型是有关一种位置感测装置(Occupancy sensor)，特别是一种红外线位置感测装置。

背景技术：

节能减碳是目前人们所面临的共同课题。伴随着经济成长，家庭用电因照明、冰箱、空调系统的普及而成跳跃式的成长。因此，开发节能的家电或控制系统已刻不容缓。根据统计，家庭照明占家庭用电的比例约15％，空调系统占家庭用电的比例约19-22％。欲兼顾舒适与节能可利用人体传感器检测感测范围内是否有人在。当人不在感测范围内时即自动进入节能模式，例如关闭照明或调整空调参数。对于旅馆或商业场所，人体传感器则更能显现节能效益，例如其可产生20-28％的节能效果。

然而，已知的人体位置传感器大多是采用焦电式(pyroelectric)红外线传感器，例如被动式(passive infrared sensor，PIR)红外线位置传感器。然而，焦电式红外线位置传感器为动态感测，亦即只能检测移动中的人体，当人体静止不动时则无信号输出。因此，焦电式红外线位置传感器无法分辨人体不在感测范围内以及人体在感测范围内但未移动的情况。这在一些应用上，例如阅读灯、厕所照明、旅馆空调等，时常造成困扰。

有鉴于此，提供一种可判断感测范围内是否存在一目标物的红外线位置感测装置便是目前极需努力的目标。

技术实现要素：

本实用新型提供一种红外线位置感测装置，其利用一热电堆感测元件感测一感测范围内所辐射的红外线，并计算得到一背景感测值以及一当前感测值， 如此即可依据当前感测值以及背景感测值的差值以及一临界值，判断感测范围内是否存在一目标物，并输出相对应的一控制信号。

本实用新型一实施例的红外线位置感测装置包含一热电堆感测元件以及一信号处理器。热电堆感测元件感测一感测范围内所辐射的红外线，并输出相对应的一第一感测信号。信号处理器与热电堆感测元件电性连接，且处理第一感测信号以得到一背景感测值以及一当前感测值，其中信号处理器判断当前感测值以及背景感测值的差值是否大于一第一临界值，以决定感测范围内是否存在一目标物，并输出相对应的一控制信号。

以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为一示意图，显示本实用新型一实施例的红外线位置感测装置。

图2为一示意图，显示本实用新型一实施例的红外线位置感测装置的操作时序。

图3为一示意图，显示本实用新型另一实施例的红外线感位置测装置的操作时序。

符号说明

1 红外线位置感测装置

11 热电堆感测元件

12 信号处理器

121 放大器

122 多工器

123 模拟至数字转换器

124 微控制器

13 滤光片

14 透镜

15 热敏电阻

16 通信接口

BCS 时序

CS 控制信号

DT1 第一延迟时间

DT2 第二延迟时间

DT3 第三延迟时间

SS1+、SS1- 第一感测信号

SS2 第二感测信号

TH1 时序

TH2 时序

ΔT 时间差

具体实施方式

以下将详述本实用新型的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本实用新型亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本实用新型的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本实用新型有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本实用新型可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免对本实用新型形成不必要的限制。图式中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意的用，并非代表元件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。

请参照图1，本实用新型的一实施例的红外线位置感测装置1包含一热电堆感测元件11以及一信号处理器12。于一实施例中，热电堆感测元件11以及信号处理器12封装于单一封装件中。热电堆感测元件11用以感测一感测范围内所辐射的红外线，并输出相对应的一第一感测信号SS1+、SS1-。于一实施例中，本实用新型的红外线位置感测装置1更包含一滤光片13，其设置于热电堆感测元件11的接收端。滤光片13允许一红外线波长范围的光线通过，并部分滤除或全部滤除红外线波长范围以外的光线。于一实施例中，红外线波长范围 可为1-14μm。

于一实施例中，本实用新型的红外线位置感测装置1更包含一透镜14，其设置于热电堆感测元件11的接收端。透镜14可会聚一感测视角内的红外线至热电堆感测元件11，换言之，透镜14限缩热电堆感测元件11的一感测视角。举例而言，感测视角可小于或等于15度。可以理解的是，透镜14的材料必须可透射红外线。于一实施例中，透镜14可为硅质透镜或锗质透镜。举例而言，透镜14可为硅质的菲涅耳透镜。于一实施例中，透镜14的表面可设置一滤光膜，其作用与滤光片13相同。

信号处理器12与热电堆感测元件11电性连接。信号处理器12可处理热电堆感测元件11所输出第一感测信号SS1+、SS1-以得到一背景感测值以及一当前感测值，信号处理器12可判断当前感测值以及背景感测值的差值是否大于一第一临界值，以决定感测范围内是否存在一目标物，例如人体，并输出相对应的一控制信号CS。照明或空调即可依据控制信号CS作出适当的调整，例如关闭照明或空调，或是调高空调的设定温度。

举例而言，本实用新型的红外线位置感测装置1在启动时，热电堆感测元件11即接收感测范围内的红外线，并输出相对应的第一感测信号。信号处理器12即以热电堆感测元件11于初始周期所输出的第一感测信号作为背景感测值。接着，热电堆感测元件11于下一周期再次接收感测范围内的红外线，并输出相对应的第一感测信号。信号处理器12即将热电堆感测元件11于此周期所输出的第一感测信号作为当前感测值。若当前感测值(即后一周期的感测值)以及背景感测值(即前一周期的感测值)的差值大于一第一临界值，即代表感测范围内存在辐射红外线的一目标物，例如人体，此时，信号处理器12即输出代表第一状态的控制信号CS，例如高电位的控制信号CS。若当前感测值以及背景感测值的差值小于或等于一第一临界值，即代表感测范围内不存在辐射红外线的目标物，此时信号处理器12即输出代表第二状态的控制信号CS，例如低电位的控制信号CS。可以理解的是，感测范围内可能因季节、天候、时间而缓慢升温或降温，因此，若当前感测值以及背景感测值的差值小于或等于一第一临界值时，信号处理器12可将当前感测值设定为背景感测值，以作为下一周期的判断基准。

请参照图2，其中时序TH1代表当前感测值以及背景感测值的差值与第一临界值的比较结果。于图2所示的实施例中，高电位的时序TH1代表当前感测值以及背景感测值的差值大于第一临界值，低电位的时序TH1代表当前感测值以及背景感测值的差值小于或等于第一临界值。于一实施例中，在当前感测值以及背景感测值的差值大于第一临界值时，信号处理器12可计数一第一延迟时间DT1后，才输出相对应于第一状态的控制信号CS。同样的，在当前感测值以及背景感测值的差值小于或等于第一临界值时，信号处理器12可计数一第二延迟时间DT2后，才输出相对应于第二状态的控制信号CS。于一实施例中，第一延迟时间DT1小于第二延迟时间DT2。可以理解的是，第一延迟时间DT1较短，可让使用者进入感测范围内时快速启动相关电子装置，例如照明及/或空调。举例而言，第一延迟时间DT1介于0-1秒。而第二延迟时间DT2较长，可避免噪声干扰所造成的误动作或是频繁调整电子装置的设定状态。举例而言，第二延迟时间DT2介于2-10秒。

请再参照图2，其中时序BCS代表是否重新计算背景感测值。于图2所示的实施例中，高电位的时序BCS代表停止重新计算背景感测值，低电位的时序BCS代表重新计算背景感测值。于一实施例中，在当前感测值以及背景感测值的差值大于或等于第一临界值时，信号处理器12即停止重新计算背景感测值，亦即背景感测值锁定在当前感测值以及背景感测值的差值大于第一临界值时的背景感测值。在控制信号CS为第二状态时，信号处理器12计数一第三延迟时间DT3后，才重新计算背景感测值，亦即以当前感测值作为下一周期的背景感测值。于一实施例中，第三延迟时间DT3大于或等于2秒。停止重新计算背景感测值可防止目标物(例如人体)所辐射的红外线累计至背景感测值。

请参照图3，其中时序TH2代表当前感测值以及背景感测值的差值与第二临界值的比较结果。于图2所示的实施例中，高电位的时序TH2代表当前感测值以及背景感测值的差值大于第二临界值，低电位的时序TH2代表当前感测值以及背景感测值的差值小于或等于第二临界值。于一实施例中，在当前感测值以及背景感测值的差值大于或等于第二临界值时，停止重新计算背景感测值。举例而言，第二临界值小于第一临界值。如此，可在当前感测值以及背景感测值的差值大于第一临界值之前即停止重新背景感测值，如图3所示的时间差Δ T，亦即锁定背景感测值。于一实施例中，第二临界值可为第一临界值的二分之一。而在控制信号CS为第二状态时，信号处理器12计数一第三延迟时间DT3后，才重新计算背景感测值。

请再参照图1，于一实施例中，本实用新型的红外线位置感测装置1更包含一热敏电阻15，其与信号处理器12电性连接。热敏电阻15可感测一环境温度并输出一第二感测信号SS2。信号处理器12即可依据热敏电阻15所感测的环境温度(即第二感测信号SS2)调整第一临界值。举例而言，当环境温度接近人体温度时，例如摄氏32度，当前感测值以及背景感测值的差值较变小。此时，信号处理器12可利用热敏电阻15所输出的第二感测信号SS2得知目前的环境温度，并依据目前的环境温度调整适当的第一临界值，例如降低第一临界值。可以理解的是，红外线位置感测装置1更包含一通信接口16，其与信号处理器12电性连接，使红外线位置感测装置1可经由通信接口16与外部通信，例如设定第一/第二临界值、输出红外线位置感测装置1的感测值等。于一实施例中，通信接口16可为集成电路总线(Inter-Integrated Circuit Bus，I²C)、通用非同步接收发送器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)、序列周边接口(Serial Peripheral Interface，SPI)以及通用序列总线(Universal Serial Bus，USB)等接口。

于一实施例中，信号处理器12包含一放大器121、一多工器122、一模拟至数字转换器(Analog-to-digital converter，ADC)123以及一微控制器124。放大器121与热电堆感测元件11电性连接，以放大热电堆感测元件11所输出的第一感测信号。多工器122与放大器121以及热敏电阻15，以选择性输出放大的第一感测信号或第二感测信号。模拟至数字转换器123，其与多工器122电性连接，用以将多工器122所输出的第一感测信号或第二感测信号转换为一数字信号。微控制器124与模拟至数字转换器123电性连接。微控制器124计算第一感测信号或第二感测信号的数字信号得到当前感测值、背景感测值以及环境温度，并依据当前感测值、背景感测值以及第一临界值，输出相对应的控制信号CS。信号处理器12的详细运作方式如前所述，在此不再赘述。

综合上述，本实用新型的红外线位置感测装置是利用一热电堆感测元件感测一感测范围内所辐射的红外线，并计算得到一背景感测值以及一当前感测值 依据当前感测值以及背景感测值的差值以及一临界值，判断感测范围内是否存在一目标物。因此，在人体静止不动的情况下，本实用新型的红外线位置感测装置仍可分辨人体是否存在感测范围内，以解决已知的焦电式红外线位置传感器的缺陷。

以上所述的实施例仅是为说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本实用新型之内容并据以实施，当不能以的限定本实用新型的专利范围，即大凡依本实用新型所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本实用新型的专利范围内。