专利名称：基于热释电红外传感器的人体定位及跟随系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种人体定位及跟随系统及方法，尤其是涉及一种基于热释电红外传感器的人体定位及跟随系统及其方法。
背景技术：
热释电红外探测技术属于被动式红外探测技术的一种，它是利用热释电红外探测元将生物体辐射出的微量红外线的微小能量变化转换成相应的电信号，并进行放大、处理， 来检测活动物体的红外辐射能量变化。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而增强其能量幅度。由探测原理可知，热释电红外传感器只能进行被动式工作，并不能探测静止人体。目前公知的基于热释电红外传感器的人体定位及跟踪方法数只能对移动人体进行定位，或只能对单个人体进行定位并且定位后会受到他人干扰。有如专利号为 201020143759. 2的实用新型所公开的“被动式红外定位系统”，利用多个编码的热释电传感器组成网络，将室内人体位置以编码的形式反映出来。但其系统要用到多个热释电传感器， 系统复杂，定位精度由传感器数目决定，并且只能对移动的人体进行定位。又如专利号为 201120062836. 6的实用新型所公开的“一种基于被动式红外线感应的自动跟踪装置”，该装置利用左右两侧红外线传感器、比较驱动装置和伺服电机，通过比较左右两侧接收的红外信号大小，从而判断红外线源是偏左还是偏右，产生相应的驱动电流传送给伺服电机，带动传感器旋转，进而实现对目标的定位和跟踪。但该装置只在探测区域只有单个人体存在时才能准确定位，不能对两个人体分别进行定位。定位时也不能排除其他人进入探测区域而带来的干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于热释电红外传感器的人体定位及跟随系统及其方法，只使用两个热释电传感器，可探测活动和静止的人体，并对单个或两个静止的人体进行精确定位，人体若在被定位后移动，则自动等待人体静止后再次定位，实现对人体移动的跟随。当已定位单个人体时，本发明可防止他人横向进出传感器探测区域内所造成的干扰， 保持定位已被定位的人体，同时仍然可以识别被定位人体自身的移动。本发明采用的技术方案是
一、一种基于热释电红外传感器的人体定位及跟随系统
本发明包括支架，两个热释电红外线传感器，两个菲涅尔透镜，遮盖罩，舵机，单片机， 舵机固定架，舵机机臂；舵机安装在舵机固定架中，舵机转轴上的舵机机臂与支架底面连接，支架中部两个孔中分别垂直安装有热释电红外线传感器，两个热释电红外线传感器外分别安装有菲涅尔透镜，位于上部的菲涅尔透镜外安装遮盖罩；两个热释电红外线传感器通过各自的热释电红外线传感器电路经电路模块与单片机连接。二、一种基于热释电红外传感器的人体定位及跟随系统方法
该方法的步骤如下
1)系统待机时，若探测到非干扰的人体移动，则等待人体移动信号消失2秒后进入定位步骤；
2)进入定位步骤后，两个热释电红外线传感器随舵机经过顺时针，逆时针方向旋转两次扫描，上方的热释电红外线传感器记录探测到人体时的横向位置；
3)单片机中设定程序分别处理得到两次扫描中，每次扫描从无到有探测到人体边缘时的横向位置，向右扫描得人体的左边缘，向左扫描得人体的右边缘，若一次扫描中有两个人体左或右边缘位置，则识别探测区域内为双人，若只有一个人体左或右边缘，则为单人，没有探测到人体，则系统待机，返回第I步骤；
4)根据第3步骤中识别到的单人或双人和左、右边缘的横向位置，得到人体中心位置， 双人时得到两个人体中心的横向位置，单人时得到一个；
5)若第4步骤中识别到单人，则由舵机带动热释电红外线传感器(1、7)对准被定位者， 自动开启单片机中防干扰功能，系统待机，若识别到双人，则舵机使传感器轮流对准两被定位者，系统待机，返回第I步骤。本发明与现有技术对比，具有的有益效果是
本发明通过舵机带动传感器转动，可探测活动和静止的人体。装置只使用两个热释电传感器，通过对其一传感器的遮盖，改变其探测角度，可实现精确定位。两探测角度不同的传感器相互配合，实现防干扰功能。系统通过对人体左右两侧边缘的识别，可判断探测区域内为单人或双人，还可获得人体中心的横向位置。
图I是本发明的正视图。图2是本发明应用于基于热释电红外传感器的风扇上的正视图。图3是本发明应用于基于热释电红外传感器的风扇上的剖视图。图4是本发明跟踪方法流程框图。图5是本发明热释电红外线传感器电路图。图中1.热释电红外传感器，2.菲涅尔透镜，3.遮盖罩，4.单片机， 架，7.热释电红外传感器，8.菲涅尔透镜，9.电路模块，10.舵机固定架，11, 机机臂。
5.舵机，6.支风扇，12.舵
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。以定位电风扇为例
如图I、图2、图3所示，包括支架6，两个热释电红外线传感器1、7，两个菲涅尔透镜2、 8，遮盖罩3，舵机5，单片机4，舵机固定架10，舵机机臂12 ;舵机5安装在舵机固定架10中， 舵机5转轴上的舵机机臂12与支架6底面连接，支架6上部安装电扇11，支架6中部两个孔中分别垂直安装有热释电红外线传感器1、7，两个热释电红外线传感器朝向电扇11风叶方向，两个热释电红外线传感器1、7外分别安装有菲涅尔透镜，位于上部的菲涅尔透镜外安装遮盖罩3 ;两个热释电红外线传感器1、7通过各自的热释电红外线传感器电路经电路模块9与单片机4连接。下部的热释电红外传感器7透过菲涅尔透镜8探测人体移动方位。上部的热释电红外传感器I透过菲涅尔透镜2进行进一步精确定位。遮盖罩3用于减小上部热释电红外线传感器I的横向探测角度以提升精度。遮盖罩3用于减小传感器的横向探测角度以提升精度。如图5所示，所述的单片机4型号为ATmegal6L_8PI，热释电红外线传感器电路为带有RD-622热释电红外线传感器及BISS 0001型号芯片的电路。如图2，图3所示，支架6连接其两个热释电红外传感器1、7，遮盖罩3以及两个菲涅尔透镜2，8，同时连接迷你风扇11，由此带动风扇11 一起转动。两个菲涅尔透镜2、8分别位于两个热释电红外传感器1、7的正前方。位于上部的菲涅尔透镜2之外还安装有遮盖罩3，减小了传感器的横向探测角度，用于精确定位。另一未加盖遮盖罩的热释电红外线传感器7保持原有横向探测角度，用于探测人体移动。两个热释电红外传感器1、7在菲涅尔透镜2、8之后，紧贴于支架安装，连线保持竖直，在舵机5的带动下可0至180度转动，此时若人体静止，则根据相对运动关系，传感器可以采集到信号。模拟舵机的转动角度由单片机输出的脉冲宽度调制(PWM)波形控制，因此舵机的转动角度可以与PWM波形的宽度相对应。本系统中，空间的横向位置以PWM波形宽度进行记录和处理。两个传感器各自通过基于BISS0001芯片的电路模块，与单片机4外部中断口 INT0、INT1连接。若传感器转动中探测到静止人体，或人体在探测范围内移动，电路模块9则向单片机4发送连续脉冲。电源开启后，当扫描范围内有静态人体出现时，舵机5开始顺时针旋转180°，紧接着逆时针旋转180°。在此期间根据本发明上述方法对人体进行定位，同时触发风扇11， 风扇11开始转动，实现跟踪送风。如果人体有移动，在当其再次停止时，舵机5将带动其上面部分再次进行扫描(顺时针转至极限位置，再逆时针旋转180°，接着顺时针转至相应位置，再次实现定位)。由此实现对人体的跟踪送风，有效提高了风扇11的使用效率。在对单人进行送风时，还可以防止他人经过时的干扰。同时当室内出现两个人时，能够很好地对两人进行定位，平均送风，进一步提高风扇的使用效率。由于定位传感器的探测角有一定大小，在定位两个人体时，若两人横向距离过近， 系统可能不能识别。两个横向探测角度不同的传感器，在对准单个被定位者待机后，可防止他人防干扰。具体方案为当他人横向进入探测区域时，由于两个传感器探测角度大小不同，下部未遮盖的热释电红外线传感器7将先于上部已遮盖的热释电红外线传感器I探测到人体移动。由单片机4采集两个传感器首次探测到信号的时间差，若超过阈值，则判断为他人的干扰，系统等待直至本次干扰信号消失后，再继续待机。若时间差小于阈值，则判断为被定位者的自身移动。本系统根据基于热释电红外传感器的风扇提供探测人体跟随方法，如图4所示 I)系统待机时，舵机停止工作，而两个热释电红外线传感器I及7保持探测状态。若探
测到非干扰的人体移动，则等待人体移动信号消失2秒后进入定位步骤。
2)每次定位，舵机5带动传感器I及7随舵机5经过顺时针，逆时针方向两次旋转扫描。通过上部的热释电红外线传感器I接收通过遮盖罩3传入的红外线信号，单片机 4记录定位传感器探测到人体时的横向位置。3)单片机4中设定程序分别处理得到两次扫描中，每次从无到有探测到人体边缘时的横向位置。两次扫描方向相反，向右扫描得人体的左边缘，向左扫描得人体的右边缘。 若一次扫描中有两个人体左(右)边缘位置，则识别探测区域内为双人，若只有一个人体左 (右)边缘，则为单人。没有探测到人体，则系统待机，返回第I步。4)根据第3步中识别到的人数和左、右边缘的横向位置，得到人体中心位置。双人时得到两个人体中心的横向位置，单人时得到一个人体中心的横向位置。5)若第4步中识别到单人，则由舵机带动传感器对准被定位者，单片机4自动开启防干扰功能，系统待机。若识别到双人，则舵机使传感器轮流对准两被定位者，系统待机，返回第I步骤。
权利要求
1.一种基于热释电红外传感器的人体定位及跟随系统，其特征在于包括支架(6)，两个热释电红外线传感器(1、7)，两个菲涅尔透镜(2、8)，遮盖罩(3)，舵机(5)，单片机(4)，舵机固定架(10)，舵机机臂(12);舵机(5)安装在舵机固定架(10)中，舵机(5)转轴上的舵机机臂(12)与支架(6)底面连接，支架(6)中部两个孔中分别垂直安装有热释电红外线传感器(1、7)，两个热释电红外线传感器(1、7)外分别安装有菲涅尔透镜，位于上部的菲涅尔透镜外安装遮盖罩(3);两个热释电红外线传感器(1、7)通过各自的热释电红外线传感器电路经电路模块(9)与单片机(4)连接。
2.根据权利要求I所述的一种基于热释电红外传感器的人体定位及跟随系统，其特征在于所述的单片机(4)型号为ATmegal6L-8PI，热释电红外线传感器电路为带有RD-622热释电红外线传感器及BISS 0001型号芯片的电路。
3.根据权利要求I所述系统的一种基于热释电红外传感器的人体定位及跟随方法，其特征在于，该方法的步骤如下·1)系统待机时，若探测到非干扰的人体移动，则等待人体移动信号消失2秒后进入定位步骤；·2 )进入定位步骤后，两个热释电红外线传感器(I、7 )随舵机(5 )经过顺时针，逆时针方向旋转两次扫描，上方的热释电红外线传感器(I)记录探测到人体时的横向位置；·3)单片机(4)中设定程序分别处理得到两次扫描中，每次扫描从无到有探测到人体边缘时的横向位置，向右扫描得人体的左边缘，向左扫描得人体的右边缘，若一次扫描中有两个人体左或右边缘位置，则识别探测区域内为双人，若只有一个人体左或右边缘，则为单人，没有探测到人体，则系统待机，返回第I步骤；·4)根据第3步骤中识别到的单人或双人和左、右边缘的横向位置，得到人体中心位置， 双人时得到两个人体中心的横向位置，单人时得到一个；·5)若第4步骤中识别到单人，则由舵机带动热释电红外线传感器(1、7)对准被定位者， 自动开启单片机中防干扰功能，系统待机，若识别到双人，则舵机使传感器轮流对准两被定位者，系统待机，返回第I步骤。
全文摘要
本发明公开了一种基于热释电红外传感器的人体定位及跟随系统及其方法。将舵机安装在舵机固定架中，舵机转轴上的舵机机臂与支架底面连接，支架中部两个孔中分别垂直安装有热释电红外线传感器，两个热释电红外线传感器外分别安装有菲涅尔透镜，位于上部的菲涅尔透镜外安装遮盖罩；两个热释电红外线传感器通过各自的热释电红外线传感器电路经电路模块与单片机连接。本发明通过舵机带动传感器转动，探测活动和静止的人体。使用两个传感器，通过对其一传感器的遮盖，改变其探测角度，可实现精确定位。两探测角度不同的传感器相互配合，实现防干扰功能。通过对人体左右两侧边缘的识别，判断探测区域内为单人或双人，还可获得人体中心的横向位置。
文档编号G01J5/12GK102590884SQ20121003320
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者刘禹廷, 徐志农, 朱玲玲, 林嘉颖, 赵逸栋 申请人:浙江大学