Kızılötesi Vücut Algılama Devresi
2007
Bu proje hareket saptanması için üç kızılötesi sensör PIR cihazlarının kombine kullanımının basit bir uygulama açıklanmaktadır. Sensörler Hygrosens Instruments Gmbh tarafından üretilmektedir. Üç sensörleri, midi veri akımının üretilmesi için bir ARM mikroişlemci (LPC2103) ile bir arada kullanılmaktadır. (1)
Proje lakaplı doksanlı yılların başında PIR algılama cihazları ile bizim daha önceki deneylerde bir başka gelişme PIR2-olduğunu. O yıllarda, birçok deneylerden sonra, biz tamamen nedeniyle çok düşük reaksiyon hızı ve son derece yüksek gürültü seviyeleri mevcut cihazların kullanımını reddetti. Bu özellikler güvenilirlik ve hızlı tepki zorunludur müzikal jest algılama uygulamaları için onları engelleyici yaptı. Şeyler niteliksel ancak yıllar içinde düzeldi ve bu yüzden biz bu teknolojiyi bizim müzikal ve sanatsal uygulamaları alemlerde başka bir şans vermeye karar verdi.
Biz doğrudan bu organlar tarafından yayılan radyasyon ile çalışmak çünkü burada canlı hareketli cisimleri tespit gelirse kendi içinde, infrared teknolojisi çok umut verici görünüyor. İnsan gövdeleri normal Wien yasasına göre, 37 derece Celsius (310,15 ° K) bir sıcaklıkta ve bu nedenle f m = ağırlıkça en fazla gösteren bir frekans spektrumu ile elektromanyetik dalgalar yayar gerekir. Wien sabit türetilmiş, w Bu bağlamda, 1.035E11 Hz / ° K ve T yayılan vücut mutlak sıcaklık eşittir. Bu nedenle, insan vücudu için biz 9.368μm bir dalga boyuna tekabül eden bir frekans 32THz maksimum gelir. Emisyon gücü, 0-1 arasında bir normalize faktörü, sadece mükemmel bir siyah gövde için birlik eşittir. Bu vücut radyasyonu dayalı bir algılama sistemi beyazlara oranla vücutları giyim ile çevreden yalıtılmış değilken … (6) Açıkçası, bu geçerlidir hakkında iki kez de siyah insanlar için çalıştığını, komik sonuca yol açar. Bu frekans kızılötesi spektrumunun çok düşük bir parçası. Bu frekanslar genelde 620nm ve 950nm arasında, biraz ışık görülebilir spektrumda altında çalışacak şekilde tasarlanmış ortak kızılötesi diyot tarafından tespiti için çok düşüktür.Çoğunlukla triglisin sülfat (TGS) ve ferroelektrik özelliklerine göre tamamen farklı bir teknoloji kullanılarak Pyrodetectors, 7μm ile 14 mikron arasında değişen hassasiyetleri göstererek, çok iyi bu radyasyon aralığını algılayabilir.Piroelektrik elemanları kendileri kapasitif yük deplasman cihazlar ve son derece yüksek bir empedans (yaklaşık 100GOhm) ve onlar her zaman doğrudan bir MOSFET kapısına bağlanmış üretilen bu nedenle göstermek. Bu nedenle son derece yüksek empedans için, algılama elemanları frekansa orantılı bir duyarlılık tersini göstermek gerekir. Bu, ca, aşağıda giriş genlik frekans değişiklikleri sınırlayacak şekilde doğal olarak çok yavaş olduğu anlamına gelir.50Hz. Uygulamada, çıkış sinyali her zaman çok 50 Hz şebeke frekansı bileşenini bastırmak için, bu frekansın altında, filtre alçak geçmektedir. Bu sensörler için tipik çıkış gerilimleri 450μV altında olduğunu unutmayın. (7) gövde tespiti için, bu dedektör kullanarak problem, yayılan spektrumu süreklidir, çünkü spektrum ortamında birçok düşük kızılötesi kaynaklar tarafından gizlenmiş olduğu ve bu nedenle, daha yüksek sıcaklıklarda nesneleri aynı zamanda ilgili bandında dalgalar yayar Bu durumda, alınan sinyal, radyasyonun genel yoğunluğu için sadece bir ölçüsünü verir kriteri. Bu nedenle, bu sensörünün önüne çok seçici bir filtre yerleştirmek için yeterli değildir. Odaklama optik kullanarak, uzaktan termometreler kullanılan küçük bir nokta sıcaklıkları ölçmek için, ama bu hareket sensörlerini geliştirmek için bize yardımcı olmuyor mümkündür. Kurtarma başka dikkate geliyor: yayılan organları taşırsanız, biz en az iki algılama unsurlardan oluşan bir sensör önünde bir ince fresnel lens yerleştirilerek yayılan sinyalleri ayırt edebilir. Bu, yalnızca ilgilenilen bir frekans aralığında değişikliklere tepki, PIR sensörlerin tasarım arkasında esas parçasıdır. Bu, aynı zamanda, bir vücut yüzeyi oldukça sabit kalmaktadır, bu ayırıcı sinyal genliği, vücut ve sensörü arasındaki mesafeye karşılık gerektiğini beraberinde gibi görünüyor. Ilişkisi, teoride, bir kare kanunu izler. Aynı zamanda, uygun bir lens sistemi belirli bir alan içerisinde doğru bir açısal pozisyonu belirlemek için kolay olmalıdır görünür. Ikincisi, düzenli PIR cihazlarda, pyrodetector önüne yerleştirilen Fresnell lensler her zaman kullanılmaktadır.İyi yarım küre algılama, sensör dahili dört unsurdan oluşmaktadır edilmelidir. Açısal hız çıkış fark sinyalinin frekansından türetilebilen görünmektedir. Burada inceleyerek yeni PIR sensörü 12 metre kadar bir duyarlılık iddia, PIR STD (Sipariş numarası CON-PIR-STD-172526) ‘dir. Veri tabaka sonra, analogun algılanan açısal hızı ile orantılıdır 0.2Hz ve 10Hz arasında bir frekans ile bir sinyali çıkış olarak elde. Bu bantlar-kullanılan Fresnell objektifin optik özellikleri-sayısına göre belirlenir gibi çözünürlüğü oldukça düşük. Bu durumda, veri tabaka -30, -20, 0, 20 ve 30 derecelik bir aralık ile eşit dağıtılmış, 10 derece ve dikey 5 bantları bir mesafe ile yatay bir 11 bantlar verir. Bu sinyal yarıya güç kaynağı gerilimi etrafında simetrik, ama devre Vc / 2 dahili olarak kullanılan ikinci bir analog referans çıkışı sağlar. Bu hüküm, oldukça basit bir mikrodenetleyiciye arabirim yapar. Duyarlılık açı ca. 100 derece, yatay. Dikey düzlemde 60 derecedir. Bir dijital çıkış sensör modülünün basit bir pencere karşılaştırma devresinde türetilmiş, hem de kullanılabilir. Bu çıkış vücut hareketlerinin tespiti tetikleme, bir alarm çıkışı olarak ifade edilir. Sensör modülü için dahili devre (ters mühendislik sonra bizim tarafımızdan eklenen bileşen değerleri) aşağıda verilmiştir:
Bizim değerlendirme deneyde, üç sensör modülleri, tam kapsama üzerinde 180 derece olur, öyle ki, birbirinden 60 derece yerleştirilmiş yarıküre ve iyi bir karşılıklı örtüşme ile kullanılır. Yatay düzlemde, bireysel hassasiyet açısı -50 + 50 derecedir. Yani aşırı açılış açılarda biz 220 derecelik bir yelpazeyi kapsamaktadır. : Veri sayfasına sonra açısal hassasiyeti gibi görünüyor.
Biz sensörler önünde çıplak organları ile kullanım için optimize edilmiş hassasiyeti. Radar sensörleri aksine (2), bu cihazlar sahne ve tiyatro uygulamalarında önemli bir avantaj olduğu, hiç geriye lopludur. Bununla birlikte, cihazın dinamik severy sensörde üretilen aşırı gürültü ile sınırlıdır. Pratik değerler 28dB altında olacak ve bir sonuç olarak 5 bitlik bir ADC çözünürlük yeterli olacaktır.
Her şey bir Eurocard formatında (100×160) prototip tahta üzerinde güzel uyuyor. PIR modüllerden referans çıkışı çok yüksek empedans (yaklaşık 100k) ve bu nedenle biz bir 470k direnç üzerinden ad0 giriş iğnesine (paralel üç referansları ile) o bağladı. 50Hz girişimi bastırmak için, düşük kaçak 1μF kapasitör ekledi. Dezavantajı sensörü, sadece güvenilir ca sonra kullanılabilir varlık. Chargeup süresi 20 saniye. Bir gerilim izleyici opamp ile tamponlama üstün bir çözüm olurdu … Analog çıkışlar üzerinde 5k1/10k gerilim bölücüler AD girişlerin giriş aralığına PIR modüllerden çıkış aralığı (0-5V) uyum vardır. 10 bit çözünürlüğü korumak için bu dirençler% 0.1 hassasiyet türleri olmak zorunda. Veri toplama ve işleme, LPC2103, 60MHz hızında bir 32 bit işlemci için kullanılan ARM işlemci, Corridium Corp tarafından üretilen kalkınma kurullarının birinde monte edilmiş ve kendi gemide bir alt sistemi oluşturur. Bu aşağıdaki resimde gösterilmiştir:
Mavi LED onlar sanatçılar için sensörlerin düzgün işleyişi görsel bir gösterge vermek şekilde PIR modüller arasında monte edildi.Sensörler PC kartı üzerinde dik yerleştirilmiş olduğunu da unutmayın. Bunu sağlamak için uygun bir PC kartı tasarlanmış olsaydı, alanın yaklaşık yarısı tüm bileşenlerini karşılamak için yeterli olurdu, konnektörleri Açıkçası sensör modülü uygun olarak tel sarma IC prizlerin yarılarını kullanılır. Prototip, normal bir mikrofon standına yerleştirme için bir montaj iplik ile bir paslanmaz çelik taban plakası ve şasi üzerine monte edildi.
Değerlendirme:
Almak ve verileri işlemek için, dairesel veri üç örneklenmiş analog kanalları için tampon (10 saniye derin) yanı sıra, pencere karşılaştırıcılarının gelen darbe trenler için alanları içeren bir yapı kurmak. Analog veri DC bileşeni kaldırılması ve giderilmesi ve entegre sonra alınan kızılötesi radyasyon amplitüdleri elde edilir. Ilk mesafe, bu üç değerden en büyük ikinci karekökünü çevrilmesi ile hesaplanmıştır. (D = 1 / (SQR (azami_değer)). Ancak, bu nedenle biz karşı mesafe alınan genlik çizilen ve vücut sensöre 1 metre demek daha yakın geldiğinde aslında genlik aşağı gider fark ettim. Kabul edilebilir sonuçlara yol vermedi . gibi mesafeler için, fresnel bantları sensör üzerinde örtüşen ve birbirini iptal edebilir varlık açıklama. Bunun yerine teorik formülü kullanarak, biz karşı mesafe genliği komplo, bir arama tablosu uygulanmaktadır. Fakat ima eğri veya daha olduğu az bir ikinci derece denklem, biz sadece eğrisi ters değil uzak aralığında mesafeler için açıkça mesafeleri çözebilirsiniz.
Bu kısıtlamalar altında mesafe için elde veri oldukça güvenilir ama hassasiyet açısından, ölçüm (1,5-10 metre) aralığında yaklaşık 5 bit ile sınırlı olduğu ortaya çıktı. Bu, yaklaşık 10 derece (4 bit) bir çözünürlüğe sahip tespit gövdesinin açısal konumu hakkında bilgi elde etmek mümkündür. Bu üç kanal arasındaki doğrultulmuş ve ortalaması genlik değerleri karşılaştırarak ve farklılıkları kullanılarak açısı hesaplanarak yapıldı.
Açısal hız onlar sensöründen makul bir mesafede yer alması koşuluyla yavaş hareket hızları için oldukça iyi belirlenebilir. (Diyelim 1m / s daha hızlı), ya da sensörler çok yakın daha yüksek hızlarda, sonuçlar çok titrek ve güvenilmez hale gelir. Bu hız darbe katarı tamponlar içinde son alınan tam bir süre için arama ve 40ms örnekleme hızı aralığına göre frekans haline dönüştürme ile elde edilmiştir.
Sensörü (quod non) mükemmel ve doğrusal davranmak olsaydı, aşağıdaki gibi, bir hareketin traject (a), üçgenler çözme için kosinüs kuralını kullanarak, türetilmiş olabilir:
a ^ 2 = d o ^ 2 + d 1 ^ 2 – 2d 0 d 1, sonra iki alınan darbelerin yükselen kenarında rapor d o d 1 mesafeler cos (10 °), söz konusu tabloyu aramak Daha önce, ancak, bir tek ve aynı sensör için karşılık gelen değeri için. Hareketin hızı daha sonra t hem yükselen kenarları arasındaki zaman v = a / t, aşağıdaki gibi. Ne yazık ki, bu uygulamada yararlı veri yol değildir.
Tüm maçlarda, sensör yararlı bilgiler verir ama dinamik girişine yavaş tepki veriyor. Bu yavaşlık kullanılamaz anlamlı jest ince motorik özellikleri hakkında bilgi almak için vermektedir. Böylece kesinlikle bizim sonar ve radar tabanlı cihazlar için bir alternatif değil, tamamlayıcı bilgi veya doğrulayıcı bağlam sağlamak için çok yararlı olabilir.
Başka araştırmalar planlanmaktadır. Açısal çözünürlük ve reaksiyon süresi hem de geliştirmek için takip için önemli parçalarından biri, Fresnel lensleri pyrosensörlü (ler) önünde çok daha ince rastered kullanılarak olacaktır. Lensin önüne çok seçici optik düşük kızılötesi bant geçiş filtresinin kullanımı da bir sıcaklığı kontrol edilen bir ortamda sensörü yerleştirme gibi, gürültü oranı sinyal geliştirmek olabilir. Teorik gerekçesiyle, deklanşör hızlarında düşük değil 500 den fr / s ve 10 um dalga boyları için optimize edilmiş bir duyarlılık (bildiğimiz gibi, bu tür cihazlar … henüz piyasada olmayan) hızlı CCD tabanlı kameralar kullanımı sunacak Bu teknoloji önemli bir atılım. Kimse bu düşünce var gibi görünüyor, neden aslında, merak ediyorum. Muhtemelen çünkü elektronik komponent araştırması ve üretimi en korkunç pazarcıların ve mucitler dikte tarafından yönlendirilir ki çok talihsiz bir gerçeği. Bu insanlar mal ve yatırım koruması oldukça hareket ve jest analizi için analitik araçların perspektifleri hakkında daha (hırsız alarm sistemleri! Dolayısıyla önemi) odaklanır. Dinamik pyrodetection için inşa edilmiş bir ‘kamera’ jest analizi için video kamera bilgilerini kullanmak için birçok girişimleri ile ilgili problemlerin çoğunu çözecektir. Böyle bir kamera organları hareket sadece duyarlı olacağını ve bu olmanın en önemli özelliği, çevreye herhangi bir bilgi vermediler. Ayrıca, değişen ışık koşulları etkilemez olmaz. Biz sadece hareketlerini görmek istiyorum .
Ferhat Çelik
Slm paylaşımın inan ki çok iyi, tebrikler