自动门感应器抗干扰性的研究与实践

摘要：自动门首次出现是在二十世纪三十年代，几十年来经过了无数次的发展和创新，同时也为我们的生活带来无数的便利。不管自动门怎样推陈出新，它的核心部件始终都是感应器，感应器提供开门与关门的信号，感应器所提供信号的准确程度决定着自动门的性能。本文主要讨论怎样提高现在商场常用的自动门中感应器的抗干扰性，从而让感应器提供更加准确的控制信号，避免自动门无用的开关。

关键词：门禁自动控制；感应器；抗干扰性

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 21-0000-02

1 引言

自动门在我们的生活中的公共场所中几乎无处不在，它是人们根据自身需要进行发明并创新的智慧结晶。曾经有人说过，这个世界的科技进步和发明创造都是懒人推动的，正是由于人们想通过自己的聪明才智解放双手多省力气，才会有多种多样的发明出现。在公共场所，传统意义上的门已不能满足人们的要求，人们希望它是智能的，就好比有个门童站在门口一样，有人靠近门口要进来，门童就自动开门，进来后，门童又能自觉把门关上。门禁自动控制系统，就是人们期望中的门童。它可以把人接近门的动作或得到某种进入授权看作是一种开门信号，通过驱动系统将门打开，在人离开后再将门自动关闭。自动门给人们的生活带来很大的方便，现在广泛的使用在超市、银行、医院、机场、商场等公共场所。

现在我们见到的自动门由多种多样，漂亮的圆形门，灵敏的对开门，遥控的车库门等等，这些自动门的门禁控制系统都有一个核心部件，那就是感应器。感应器就好比人的感觉器官，眼耳口鼻，是自动门与外界交流的介质。感应器为核心，电路配上安全装置，信号处理装置，开关门马达，辅助控制设备装置等等，就形成一个完备的自动门控制系统。

自动门感应器的灵敏度、抗干扰性、盲区大小都是自动门性能的决定性因素。灵敏度如果不高，不仅不能为人们带来方便，还有可能发生伤人事件。感应器的盲区太大会降低自动门的工作效率，人们还有通过试探位置，才能控制门打开。抗干扰性是几点性能中尤为重要的一点，自动门控制系统中，控制信号的来源是感应器，如果感应器传出的是错误信号，那么整个控制系统处理的也将是错误信号。如感应器在温度较高时，会自身产生感应信号，这是并不是由人的移动引起的外界变化，这时控制系统对这个信号进行相应，控制自动门打开关闭都是空相应，没有意义，同时浪费资源。本文中将就现在常用的自动门感应器的工作原理对它的抗干扰性能进行讨论。

2 自动门感应器电路介绍

目前常用的自动门感应器主要基于两种原理：一种是基于微波感应原理的，它又叫微波雷达，它只对物体的移动动作进行相应，所以反应速度较快，适用于能够以正常步速通过自动门的场所；这种原理的感应器的主要缺点是一旦物体静止不动，它便不再有相应，自动门会关闭，这种情况下容易出现人员被门夹住的现象。另外一种是基于红外原理的，它是对物体的存在进行反应，不考虑人员是否移动，只要人员在感应器的可视区范围门，便可相应；缺点是反应速度较慢。这两种感应器可以共同使用，如根据人员流动特点，我们在办公楼的大厅门上可以用微波感应器，办公室门可以用红外感应器。

自动门感应器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启；门扇开启后由控制器作出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。

自动门感应器的内部电路可以分为信号检测电路、信号放大电路、触发封锁电路、输出延迟电路和继电器控制电路。

3 通过传感器独特的设计提高抗干扰性

热释电人体红外传感器[1]的概念是在1938年提出的，它的主要原理是利用热释电效应来检测是否有红外线辐射，但当时这一概念并没有为人们所重视。随着红外技术、集成电路技术的发展和应用人们开始重视热释电效应的研究，开始着手热释电晶体的应用开发。近年来，随着传感器技术的多样化，热释电人体红外传感器被广泛的应用在自动门控制电路中。

在自然界，一切高于绝对温度的物体都能产生红外线光谱，随着物体表面积的不同，它所产生的光谱的波长也不同，红外线波长和红外线辐射的能量都与温度高低有关。众所周知，人的体温是恒定值，稳定在37摄氏度左右，这个恒定的温度所辐射出的红外线光谱的波长也是相同的。热释电人体红外传感器的原理其实很容易概括：利用热释电效用，检测人发射的红外线光谱，并将检测结果转换成电信号输出。热释电效应是指当某些晶体受热时，会在晶体的两端产生符号相反但数量相等的电荷，这种热生电的电极化现象叫做热释电效应，这种效应只产生在特定晶体中。用这种晶体制成一种对温度敏感的传感器。

传感器的内部结构式由压电陶瓷（PZT）材料做成两对很薄的薄片，每对薄片在两端各引出一个电极，两对薄片便形成了两个等效的小电容C1和C2。这两对薄片在制作的时候做在同一块硅晶片上，目的是让它们所形成的等效电容能自身长生极化，即热释电效应。效应的结果就是在等效电容两端形成极性相反数量相同的正负电荷。在制作的时候，将这两个等效小电容的极性反向串联，通过两个小电容产生的电流的抵消原理，形成基于热释电传感器的自动门感应器的抗干扰性能。

具体分析以下几种检测情况：当传感器没有检测到人体发出的红外线信号的情况下，由于C1、C2自身产生了热生电效应，就会在电容的两端产生极性相反、电荷量相等的正、负电荷，但是这两个电容的极性是相反串联的，所以正、负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出；当人体静止在传感器的检测区域内时，C1、C2所检测到的红外线光能的能量是相等的，且极性相反，能量相等极性相反的光电流在回路中彼此抵消掉了，传感器仍然还是没有信号输出；当环境温度变化而引起传感器本身热释电效应时，因为我们将C1、C2做在了同一硅晶片上，它所产生的极性相反、能量相等的光电流在回路中仍然彼此抵消，传感器无输出。传感器对特定波长红外线的响应决定它只对人体移动所产生的红外线辐射变化敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感，所以基于这种同一硅晶片上的方向串联方式热释电人体红外传感器可以抵挡可见光和其他红外线的干扰。

菲涅尔镜片[2]是扣在热释电人体红外传感器外的，它通常和热释电人体红外传感器一同使用，它是根据菲涅尔原理制成的。菲涅尔镜片和传感器配套使用时作用有两点：一是聚焦作用，即把检测到的红外线信号折射或者反射到PIR上；二是将传感器要检测的区域分为明区和暗区，当检测区有人进入引起温度变化的时候能够在PIR上产生热释信号，从而产生相应的电信号。当人进入感应范围，人体释放的红外光能透过镜片被加强后聚焦到了热释电元件上，元件失去了电荷平衡，释放电荷，经过处理后产生信号，该信号被送入电子电路驱动负载工作，这种方式被称为被动式红外目标探测器。图1为实践中与热释电人体红外传感器配合使用的菲涅尔镜外观图。

4 集成电路选取

自动门感应器除传感器这一重要部件外，还需要如信号放大电路、输出延迟电路等。这些电路可选取适当的集成块实现。集成块BISS0001主要包含了运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器等，它是一种CMOS数模混合专用集成电路。这种集成块使用方便、简单，按照给定的引脚功能图进行连接即可，在电子市场市面上也很容易买到，利于实践的开展。图2为集成块的外观。

参考文献：

[1]吕泉.现代传感器原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2]郭孝武.菲涅尔透镜统一设计方案[J].1991，12（4）.

[作者简介]王爽（1984.5-），籍贯：吉林省长春市，学历：工学硕士，职称：助教，研究方向：嵌入式系统工程专业。