基于人体红外线感应器显示屏的研究

陈中标

【摘 要】将人体红外线传感器应用于各类显示屏中，研发一种新型的人体感应显示屏。在使用过程中，可以预先设定显示屏的感应距离，如果人体靠近显示屏超过设定的距离，显示屏就自动关闭；如果离开显示屏超过设定的距离，显示屏自动开启。

【关键词】人体红外线传感器；显示屏；自动控制

【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 问题的提出

一方面，随着E时代的到来，网络普遍使用在办公、生活等多个领域。无论是学习、工作还是娱乐都离不开电脑，正确使用电脑的方法应该是眼睛与显示屏保持60厘米的距离，而使用者一般都忽视这个问题，久而久之影响视力；同样，现在几乎家家户户都有电视机，科学的看电视应该是眼睛与电视机的距离是电视对角线的5到7倍，最佳距离是2.5米到8米。但是，使用者一般都忽略了这个问题。尤其是青少年儿童，一旦遇到自己喜欢看的儿童片时，往往会情不自禁的越来越靠近电视机，恨不得直接坐在电视机前面。长此以往，视力的下降问题日趋严重[1]。

另一方面，随着物联网技术的发展，传感器的应用日趋广泛，如在工业自动化、环保、汽车工业、化工、医疗、大气和海洋测量等国民经济各个领域。在日常生活中也有广泛的应用，如人体感光开关、路灯控制器、家用燃气报警器等等。

我们可以由这些日常感应家电为依据，将人体红外线感应器应用于电脑或者电视显示屏中，研发出新型的人体红外线感应显示屏，以此来监督我们健康合理的使用电脑或者电视，保护我们的视力。

2 人体红外线感应器原理

人体红外线感应器是根据红外线反射的原理研制而成的，属于一种智能节水、节能设备，也有人称其为热红外线人体感应器。它的应用非常广泛，包括感应水龙头、自动干手器、医用洗手器、自动给皂器、感应小便斗冲水器等[2-3]。

这种自动感应装置是通过红外线反射的原理，当人体的手或身体的某一部分在红外线区域内，红外线发射管发出的红外线由于人体手或身体摭挡反射到红外线接收管，通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后按指定的指令打开阀芯来控制头出水；当人体的手或身体离开红外线感应范围，电磁阀没有接受信号，电磁阀阀芯则通过内部的弹簧进行复位来控制关水。

2.1 感应器工作原理

人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

2.2 感应器优缺点

优点是本身不发出任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。

缺点是容易受各种热源、光源干扰。第一，红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。第二，易受射频辐射的干扰。第三，环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。

2.3 感应器的安装要求

人体感应器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系，正确的安装应满足下列条件。第一，感应器应离地面2.0-2.2米。第二，感应器应远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。第三，感应器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。第四，感应器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。最后，感应器也不要安装在有强气流活动的地方。

感应器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大，它对于径向移动反应最不敏感， 而对于横切方向 （即与半径垂直的方向）移动则最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。

3 人体红外线感应器在显示屏中的应用

将人体红外线传感器（可调感应距离）嵌入到各类显示屏中，例如电视机显示屏、电脑显示屏、手机平板电脑显示屏等，形成一种新型的智能感应显示屏。感应显示屏主要包括液晶板、驱动板（也称主板）、电源板、高压板、按键控制板、人体红外线感应器（两个）、感应距离调节等。这种显示屏可以调节红外线感应距离，设定近距离感应距离以及远距离感应距离，当我们人体在设定的健康使用距离范围之内，显示屏自动关闭，当我们离开设定的节能远距离感应范围之外，显示屏自动关闭。只有在健康合理的使用范围之内，显示屏才正常运行。

这种智能感应显示屏的创新之处是：一方面，利用近距离感应器自动感应关闭显示屏来监督我们健康的使用显示屏，保护视力；另一方面，利用远距离感应器自动感应关闭显示屏，在无人使用的情况下，节约能源，避免不必要的浪费。特别是平板电脑，好多使用着不注意跟显示屏保持一定的距离，通过感应器自动关闭显示屏来监督我们健康的使用电子产品以及电器设备。

其技术方案是这样的：一般的人体红外线传感器都有四根线，红色线接输入正极，黑色线接负极输入，黄色线正极输出，绿色线负极输出，此时将红色线与黑色线分别接我们电源的火线与零线，将黄色线与绿色线分别接显示屏的开关的两根线；有的传感器有三根线，红线、白线、黑线，红线是火线，黑线是零线，其中白线是公共线，红线和黑线接电源，白线和黑线接显示屏的开关。

具体在实施过程中，如图1所示，该人体红外线感应显示屏包括近距离人体红外线感应器1，近距离感应调节器2，开关3，其他控制按钮4，液晶面板5，显示屏机身6，远距离人体红外线感应器7，远距离感应调节器8。

在使用的过程中，接通电源，调节感应距离调节器2、8，打开开关3，用户正常使用，当我们人体在近距离感应距离之内时，或者在远距离感应距离之外时，显示屏自动关闭；当我们人体在健康合理的感应距离之间时，感应器正常使用。

4 感应器使用注意事项

人体红外线感应显示屏在使用的过程中要注意以下几点。

第一，人体感应器模块属于高度敏感的器件，它对电源要求很高，必须经过良好的稳压滤波，例如9V的层叠电池就可能因为内阻较大不能正常工作，建议使用者用LM7808稳压芯片稳压后再通过220UF和0.1UF的电容滤波后供电。

第二，感应器模块不接负载时能正常工作，接上负载后工作紊乱，一种原因是因为电源容量很小负载比较耗电，负载工作时引起的电压波动导致模块误动作，另一种原因是负载得电工作时会产生干扰，例如继电器或者电磁铁等感性负载会产生反向电动势，315M发射板工作时会有电磁辐射等都会影响模块。解决办法有三个：（1）电源部分加电感滤波；（2）采用负载和模块使用不同的电压的方法，例如：负载使用24V工作电压，模块使用12V工作电压，其间用LM7812三端稳压器隔离。（3）使用更大容量的电源。

第三，人体感应器模块工作环境应该避免阳光、强光直接照射，若工作环境有强大的射频干扰，可采用屏蔽措施。若遇有强烈气流干扰，关闭门窗或阻止对流。感应区尽量避免正对着发热电器和物体，以及容易被风吹动的杂物和衣物。人体感应器模块必须装配在密封的盒里，否则一直会有输出信号。探头（PIR）与镜片有一聚焦距离，通常在20—30mm范围调整。如果要求红外探测器的探测角度小于90°时，可以用不透明胶纸遮挡镜片或裁剪缩小镜片来实现。

第四，人体感应器模块采用双元探头，人体的手脚和头部运动方向与感应灵敏度有着密切的联系，如果设置安装不当，会影响感应效果。模块中的探头（PIR）可以装焊在电路板的另一面。也可将探头用双芯屏蔽线延长，长度应在2米以内为好。

5 结束语

在当代，成人们几乎人手一个智能手机，潮一点的年轻人人手一个平板电脑。在公交车上，汽车站、火车站候车厅等场所，我们见到的是千遍一律的画面，大家都目不转睛的盯着手里的手机或者电脑，耳朵里塞着耳塞在听音乐，他们不是在玩游戏就是在看视频或者看小说。小朋友在家里的娱乐主要是靠动画片，为了看得更清、听的更明白，他们离电视机越来越近，有的小朋友甚至都快爬到茶几前面去看。种种现象表明，我们迫切需要感应显示屏来拯救我们的视力。相信这个产品一旦被产业化将给社会带来巨大的经济效益，给使用者带来更大的益处。

【参考文献】

[1]张敏.基于人体红外传感器的人体信号检测保护系统设计[J]. Equipment Manufactring. Technology，2008（1）：50-51.

[2]吴细煌，高智岗，等.基于51系列单片机及热释电人体红外线传感器的自动空气净化装置[J].机电工程技术，2009，38（9）：111-112.

[3]李海珍，李宪章.基于红外线的图像监控系统[J].冶金自动化，2003，增刊：255-257.

[责任编辑：汤静]