一种人体接近检测电路及设备的制作方法

1.本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种人体接近检测电路及设备。


背景技术：

2.目前有很多人机交互的机器，如atm机、自助售卖机、自肋查询机器、广告机等。在检测预设范围内没有人接近时，机器进入休眠以节省功耗、或者展示通用内容；当检测有人接近时，立刻切换到主动服务页画面，主动用声音或画面引导用户操作。
3.目前常使用人体探测器来进行人体检测，在现有的人体探测器中，有的选择人体热释电红外传感器，其是被动接收能量，受背景噪声影响较大，且只能检测变化值，精度低；有的选择热电堆传感器，可以检测温度，设置温度至人体温度范围附近从而检测是否有人；还有的选择红外测距传感器，能主动发射并接收红外线，距离精度最高，但不同反射面结果不同，垂直平面效果最好，检测物不一定是人，任何障碍物都会检测触发输出。
4.还有的使用摄像头与图像识别技术来检测人体特征，以判断是否有人接近，虽然这种方法最准确，但消耗资源多，需要摄像头和高运算系统，整体功耗大，成本较高。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种人体接近检测电路及设备，以解决现有根据距离或温度来单一判断是否有人接近导致判断结果不准确的问题。
6.本实用新型实施例提供一种人体接近检测电路，连接控制电路，其包括测距模块、测温模块和放大转换模块；所述测距模块、测温模块和放大转换模块均连接控制电路，测温模块连接放大转换模块；
7.所述测距模块测量检测范围内目标的与设备之间的距离值并传输给控制电路；
8.所述测温模块测量检测范围内的环境温度并输出对应的环境温度电压给控制电路，还测量目标的目标温度并输出对应的电压差给放大转换模块；
9.所述放大转换模块对所述电压差进行放大、模数转换后输出对应的目标温度电压给控制电路。
10.可选地，所述的人体接近检测电路中，所述测距模块包括红外测距传感器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
11.所述红外测距传感器的scl脚连接第一电阻的一端和控制电路，红外测距传感器的sda脚连接第二电阻的一端和控制电路，红外测距传感器的xshut脚连接第四电阻的一端和控制电路，红外测距传感器的gpio1脚连接第三电阻的一端和控制电路；第一电阻的另一端连接第二电阻的另一端、第三电阻的另一端和电源端；第四电阻的另一端接地，红外测距传感器的avddvcsel脚连接红外测距传感器的avdd脚和供电端；红外测距传感器的avssvcsel脚、gnd1脚至gnd4脚均接地。
12.可选地，所述的人体接近检测电路中，所述测距模块还包括第一电容、第二电容和第三电容；第一电容的一端连接第二电容的一端、第三电容的一端、红外测距传感器的
avddvcsel脚和供电端；第一电容的另一端连接第二电容的另一端、第三电容的另一端和地。
13.可选地，所述的人体接近检测电路中，所述测温模块包括热电堆传感器和第五电阻，所述热电堆传感器的tp 脚和tp-脚均连接放大转换模块，热电堆传感器的ntc脚连接第五电阻的一端和控制电路，第五电阻的另一端连接供电端，热电堆传感器的gnd脚接地。
14.可选地，所述的人体接近检测电路中，所述放大转换模块包括第一放大器、第二放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；
15.所述第一放大器的v 脚连接供电端，第一放大器的in-脚连接第十一电阻的一端和第九电阻的一端，第十一电阻的另一端连接热电堆传感器的tp-脚，第一放大器的out脚连接第九电阻的另一端和控制电路，第一放大器的v-脚接地，第一放大器的in 脚连接第十电阻的一端和第十二电阻的一端，第十二电阻的另一端接地，第十电阻的另一端连接第六电阻的一端和第七电阻的一端，第六电阻的另一端连接供电端，第七电阻的另一端连接第八电阻的一端和第二放大器的in-脚，第八电阻的另一端接地，第二放大器的v 脚连接供电端，第二放大器的out脚连接第二放大器的in 脚和热电堆传感器的tp 脚，第二放大器的v-脚接地。
16.可选地，所述的人体接近检测电路中，所述放大转换模块还包括第四电容和第五电容，所述第四电容的一端连接第二放大器的v 脚和供电端，第五电容的一端连接第一放大器的v 脚和供电端，第四电容的另一端和第五电容的另一端均接地。
17.本实用新型实施例第二方面提供了一种设备，包括一显示界面，所述设备内部的电路板上设置有控制电路和所述的人体接近检测电路，所述控制电路连接人体接近检测电路和显示界面；
18.所述人体接近检测电路根据检测范围内的环境温度输出对应的环境温度电压、根据目标的目标温度输出对应的目标温度电压，还测量目标与设备之间的距离值，将环境温度电压、目标温度电压和距离值传输给控制电路；
19.所述控制电路根据环境温度电压和目标温度电压识别出目标温度，判断所述目标温度在变化且在预设温度范围内、距离值在变化且在预设距离范围内时，开启显示界面。
20.所述的设备中，所述显示界面上设置第一检测窗口和第二检测窗口，人体接近检测电路中用于测温和测距的检测元件安装在检测窗口的内侧。
21.本实用新型实施例提供的技术方案中，设备包括一显示界面，设备内部的电路板上设置有控制电路和人体接近检测电路，所述控制电路连接人体接近检测电路和显示界面；所述人体接近检测电路根据检测范围内的环境温度输出对应的环境温度电压、根据目标的目标温度输出对应的目标温度电压，还测量目标与设备之间的距离值，将环境温度电压、目标温度电压和距离值传输给控制电路；所述控制电路根据环境温度电压和目标温度电压识别出目标温度，判断所述目标温度在变化且在预设温度范围内、距离值在变化且在预设距离范围内时，开启显示界面。通过同时检测目标温度和距离的变化，且都在对应的范围内时才判断为有人靠近，与现有单一判断距离或温度的方式相比，准确度更高。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例中设备的结构框图。
23.图2为本实用新型实施例中显示界面的示意图。
24.图3为本实用新型实施例中控制电路的电路示意图。
25.图4为本实用新型实施例中测距模块的电路示意图。
26.图5为本实用新型实施例中测温模块和放大转换模块的电路示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.请一并参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的设备包括一显示界面30，所述设备内部的电路板上设置有人体接近检测电路10和控制电路20，所述控制电路20连接人体接近检测电路10和显示界面30。所述人体接近检测电路10根据检测范围内(如0～4米)的环境温度输出对应的环境温度电压、根据目标的目标温度输出对应的目标温度电压，还测量目标与设备之间的距离值，将环境温度电压、目标温度电压和距离值传输给控制电路20；所述控制电路20根据环境温度电压和目标温度电压识别出目标温度，并判断所述目标温度在变化且在预设温度范围(如32℃～38℃)内、距离值在变化且在预设距离范围内(如小于0.5米)时，开启显示界面，否则控制显示界面待机(如进入休眠状态或显示屏保)。
29.通过同时检测目标温度和距离的变化，且都在对应的范围内时才判断为有人靠近，与现有单一判断距离或温度的方式相比，准确度更高。
30.所述设备包括但不限于智能平板、交互终端设备、自助售卖机、atm机、广告机等；则显示界面30对应为智能平板的显示触摸屏、交互终端设备的操作界面、自助售卖机的操作界面、atm机的显示屏、广告机的显示屏等需要被点亮、或显示、或提示操作的界面。
31.有时人们可能只是在预设范围内经过该设备，此时并不需要开启显示界面，为了避免这种路过时的误启动，且人们通常是在显示界面上进行操作，在具体实施时，可在显示界面30上设置第一检测窗口32和第二检测窗口33，将人体接近检测电路10中用于进行测温(本实施例采用热电堆传感器来测温)和测距(本实施例采用红外测距传感器来测距)的检测元件安装在检测窗口的内侧。如图2所示，以平板电脑为例，则可在平板电脑的显示屏的顶部、或侧边、或底部设置两个检测窗口(可位于摄像头31的左右两侧，或并排在摄像头的左侧或右侧，优选居中)，每个窗口的内侧对应设置测温的热电堆和测距的红外测距传感器。这样只有当人靠近显示界面时，才开启显示界面，避免了误启动。
32.请一并参阅图3至图5，所述控制电路20即单片机类的控制器、主控芯片等，本实施例采用型号为a64(即全志a64，一种4核64位处理器)的主芯片u1，此处仅阐述与本实施例相关的信号引脚，其他引脚和主芯片的外围电路为现有技术，已有主芯片启闭显示界面的技术，本实施例只是将现有开机后常开显示界面的方案修改为通过人体接近检测后再启闭显示界面的方案，主芯片与显示界面的控制关系也是现有技术，此处不做详述。在具体实施时，所述主芯片u1还可以采用其他型号，只要能实现本实施例中的相关功能即可。
33.所述人体接近检测电路10包括测距模块110、测温模块120和放大转换模块130；所述测距模块110、测温模块120和放大转换模块130均连接控制电路20，测温模块120连接放
大转换模块130。所述测距模块110测量检测范围内目标的与设备之间的距离值并传输给控制电路20；所述测温模块120测量检测范围内的环境温度并输出对应的环境温度电压给控制电路20，还测量目标的目标温度并输出对应的电压差给放大转换模块130；所述放大转换模块130对所述电压差进行放大、模数转换后输出对应的目标温度电压给控制电路20。
34.所述控制电路20根据环境温度电压和目标温度电压识别出目标的目标温度，只有在控制电路20判断目标温度在变化(即判断本次获取的目标温度与前一次的不同，变化的差值较小)且在预设温度范围(如32℃～38℃)内、距离值在变化(本次获取的距离值与前一次不同，通常是距离值不断缩小，才表示不断靠近)且在预设距离范围内(如小于0.5米)时，开启显示界面，否则控制显示界面待机(如进入休眠状态或显示屏保)。
35.若控制电路20判断目标温度在变化且在预设温度范围(如32℃～38℃)内，但距离值在预设距离范围外，可能是远端的环境温度干扰或其他热源聚集，但目标没有靠近，无需开启显示界面。若判断目标温度无变化、或在预设温度范围外、或等于环境温度(环境温度作为一个参考值)，但距离值在变化且在预设距离范围内(如小于0.5米)，说明是非人体的物体接近，也无需开启显示界面。
36.如图4所示，所述测距模块110包括红外测距传感器u2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4；所述红外测距传感器u2的scl脚连接第一电阻r1的一端和主芯片u1的gpio0_c2/i2c1_scl脚，红外测距传感器u2的sda脚连接第二电阻r2的一端和主芯片u1的gpio0_c3/i2c1_sda脚，红外测距传感器u2的xshut脚连接第四电阻r4的一端和主芯片u1的gpio0_c0脚，红外测距传感器u2的gpio1脚连接第三电阻r3的一端和主芯片u1的gpio0_c1脚；第一电阻r1的另一端连接第二电阻r2的另一端、第三电阻r3的另一端和电源端；第四电阻r4的另一端接地，红外测距传感器u2的avddvcsel脚连接红外测距传感器u2的avdd脚和供电端；红外测距传感器u2的avssvcsel脚、gnd1脚、gnd2脚、gnd3脚和gnd4脚均接地。
37.其中，所述红外测距传感器u2的型号优选为vl53l1x，通过i2c数据线连接主芯片，能实时检测目标与设备之间的距离，主芯片u1输出使能信号tof_en来启闭红外测距传感器u2，使能信号tof_en为高电平时红外测距传感器u2打开。主芯片u1在初始化时，可通过i2c接口信号(tof_scl、tof_sda)来设置红外测距传感器u2的参数，包括将发送功率与工作模式写入红外测距传感器u2；红外测距传感器u2正常工作时，根据写入的参数发送红外线并完成检测范围内(0～4米)的距离测量后，输出中断信号tof_int通知主芯片完成距离测量，主芯片即可再次通过i2c接口信号读取红外测距传感器u2测量获得的距离值。
38.所述电源端用于输入接口电压vcc_io(与)，由现有的电源模块的内部电路生成该电源端(电源模块的具体电路结构为现有技术，此处不做详述)，此处只是将第一电阻r1至第三电阻r3(这三个电阻均为上拉电阻，阻值优选为4.7kω)的另一端连接电源端来对红外测距传感器u2的scl脚、sda脚、gpio1脚进行上拉，默认这三个引脚为高电平，只有红外测距传感器u2工作时才变化高低电平以传输相应的数据，可避免红外测距传感器u2停止工作时干扰或突变电压导致这三个引脚的电平变化，产生错误的数据。所述第四电阻r4为下拉电阻，平时将使能信号tof_en下拉为低电平，可在待机时关闭红外测距传感器u2以减少功耗，正常工作时主芯片控制使能信号tof_en为高电平，红外测距传感器u2打开开始测距。
39.所述供电端用于输入供电电压vcc来对红外测距传感器u2供电，供电端由电源模
块生成，供电电压vcc与接口电压vcc_io的压值相同。优选地，为了使红外测距传感器u2工作更加稳定，可在红外测距传感器u2的avddvcsel脚与地之间并联若干个电容来对供电电压vcc滤波。本实施例为3个，即第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3；第一电容c1的一端连接第二电容c2的一端、第三电容c3的一端、红外测距传感器u2的avddvcsel脚和供电端；第一电容c1的另一端连接第二电容c2的另一端、第三电容c3的另一端和地。其中c1和c2的容值优选为0.1uf，c3的容值为10uf。
40.如图5所示，所述测温模块120包括热电堆传感器u3和第五电阻r5，所述热电堆传感器u3的tp 脚和tp-脚均连接放大转换模块130，热电堆传感器u3的ntc脚连接第五电阻r5的一端和主芯片u1的adc_in0脚，第五电阻r5的另一端连接供电端，热电堆传感器u3的gnd脚接地。
41.其中，所述热电堆传感器u3的型号优选为ts318-11c55，其tp 脚和tp-脚为输出脚，这两个脚上输出的温度差对应检测范围内目标的目标温度，由于其内部有滤光片，tp-脚输出的输出电压vin是模拟信号，需要通过放大转换模块130进行放大、模数转换处理；同理，tp 脚输出的第二电压vl2也需要通过放大转换模块130进行放大、模数转换处理。
42.由于目标温度在不同环境温度下，会因为环境温度变会而改变，需要用环境温度来校准目标温度，以提高准确度。则热电堆传感器u3的内部还设有一ntc(negative temperature coefficient)传感器来测量环境温度，从ntc脚输出对应的环境温度电压adc_ntc给主芯片。主芯片中预先储存了环境温度关系表，环境温度关系表中列出了不同环境温度电压adc_ntc的压值及其对应的环境温度的温度值，即一个压值对应一个温度值。主芯片根据收到的环境温度电压adc_ntc查询环境温度关系表即可获得当前的环境温度。
43.该ntc传感器随着环境温度上升使电阻呈指数关系减小、具有负温度系数，通过第五电阻r5与ntc传感器组成分压，测量环境温度电压adc_ntc的电压值，即可得到ntc传感器的电阻值，再根据电阻值查询预设的环境温度关系表，即可获得当前的环境温度，公式如下：
44.则其中，r
ntc
表示ntc传感器的电阻值，r5表示第五电阻r5的阻值，优选为100kω；vcc表示供电端上供电电压vcc的电压值；v
adc_ntc
表示环境温度电压adc_ntc的电压值。则ntc传感器的电阻值r
ntc
＝100k。
45.例如，vcc＝3.30v，v
adc_ntc
＝1.65v时，r
ntc
＝100k，当前的环境温度为25℃。v
adc_nt
＝2.53v时，r
ntc
＝333k，当前的环境温度0℃。v
adc_nt
＝0.30v时，r
ntc
＝10k，当前的环境温度86℃。
46.所述放大转换模块130包括第一放大器u4、第二放大器u5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11和第十二电阻r12；所述第一放大器u4的v 脚连接供电端，第一放大器u4的in-脚连接第十一电阻r11的一端和第九电阻r9的一端，第十一电阻r11的另一端连接热电堆传感器u3的tp-脚，第一放大器u4的out脚连接第九电阻r9的另一端和主芯片u1的adc_in1脚，第一放大器u4的v-脚接地，第一放大器u4的in 脚连接第十电阻r10的一端和第十二电阻r12的一端，第十二电阻r12的另一端接地，第十电阻r10的另一端连接第六电阻r6的一端和第七电阻r7的一端，第六电阻r6的另一端连
接供电端，第七电阻r7的另一端连接第八电阻r8的一端和第二放大器u5的in-脚，第八电阻r8的另一端接地，第二放大器u5的v 脚连接供电端，第二放大器u5的out脚连接第二放大器u5的in 脚和热电堆传感器u3的tp 脚，第二放大器u5的v-脚接地。
47.其中，第一放大器u4和第二放大器u5的型号优选为ad8605artz。第一放大器u4结合第九电阻r9至第十二电阻r12组成放大电路，第九电阻r9和第十二电阻r12的阻值优选为1mω，第十电阻r10和第十一电阻r11的阻值优选为3.9kω，则放大倍数为1m/3.9k＝256倍。
48.第二放大器u5通过电压跟随，使第二放大器u5的in-脚输出的第一电压vl1等于u5的out脚输出的第二电压vl2，来增加驱动能力。由结合第六电阻r6(阻值优选为1mω)、第七电阻r7(阻值优选为2kω)和第八电阻r8(阻值优选为1mω)组成的串联电阻分压出分压电压vh和u5的out脚的输出电压vl2，其中，分压电压vh的压值为v_h，v_h＝3.3v
×
(1m 2k)/(1m 2k 1m)＝1.6516v，第二电压vl2的压值为v_l2，第一电压vl1的压值为v_l1，v_l2＝v_l1＝1m/(1m 2k 1m)＝1.6484v。
49.所述分压电压vh作为参考电压是1.6516v，则第一放大器u4的输出电压vin的压值最低值是vinmin，vinmin＝1.6484v-8.508mv＝1.639892v，压值最高值是vinmax，vinmax＝1.6484v 3.046mv＝1.651446v。则第一放大器u4输出的目标温度电压adc_tp的最高电压值为(v_h-vinmin)
×
256＝2.997v，最低电压值为(v_h-vinmax)
×
256＝0.039v。
50.所述第二放大器u5对热电堆传感器u3的tp 脚输出的第二电压vl2进行驱动放大并模数转换后输出分压电压vh。热电堆传感器u3的tp-脚输出的输出电压vin与tp 脚输出的第二电压vl2的电压差对应测量的目标温度，第一放大器u4根据输出电压vin与分压电压vh的电压差输出对应的目标温度电压adc_tp。
51.当目标温度是25度时，tp-脚输出的电压与热电堆传感器u3的tp 脚的电压相同；当目标温度小于25度时，tp-脚的电压比tp 脚的电压高；例如环境温度25℃，测量的目标温度是-20℃，则tp-脚的电压比tp 脚的电压高3.046mv；测量的目标温度是100℃时，tp-脚的电压比tp 脚的电压低8.508mv。
52.主芯片获取目标温度电压adc_tp的电压值和环境温度电压adc_ntc的电压值，由环境温度电压adc_ntc查预设的环境温度关系表得到当前的环境温度。主芯片中还预先储存了多个根据环境温度来划分的目标温度关系子表，一个目标温度关系子表中列出了不同目标温度电压adc_tp的压值及其对应的目标温度的温度值，例如，在环境温度为25℃的目标温度关系子表中，一个目标温度电压adc_tp对应一个目标温度；在环境温度为15℃的目标温度关系子表中，一个目标温度电压adc_tp对应一个目标温度；这两个目标温度关系子表中，相同的目标温度电压adc_tp可能由于环境温度的影响，导致对应不同的目标温度。主芯片根据当前的环境温度找出对应的目标温度关系子表，再根据收到的目标温度电压adc_tp查询该目标温度关系子表即可获得目标的目标温度。在不同的环境温度中，用不同的目标温度关系子表，可以得到更准确的温度值。
53.若主芯片根据距离值判断目标(如人)在设备的预设距离范围外(大于0.5米)，且目标温度在预设温度范围(32℃～37℃)外，可判断为无人接近，保持显示界面处于自动休眠或显示屏保的状态。距离越近则目标温度越高，当判断距离在小于0.5米(在预设范围内)，且目标温度在预设温度范围(32℃～37℃)内，可认为有人接近，主芯片即可自动开启设备的显示界面。若距离大于1米或以上时，但目标温度在预设温度范围内，可能是远端的
环境温度干扰，如夏天较热或有多人聚集，可以判断为没有人靠近。若目标温度与环境温度相同，但测量的距离是不断靠近且进入预设距离范围内，可能有不是人的物体靠近，如推车、汽车等靠近，也判断为没有人靠近。这样同时检测目标温度和距离，排除非人物体靠近的情况，可提高人体接近检测的精确性。
54.优选地，所述放大转换模块130还包括第四电容c4和第五电容c5，所述第四电容c4的一端连接第二放大器u5的v 脚和供电端，第五电容c5的一端连接第一放大器u4的v 脚和供电端，第四电容c4的另一端和第五电容c5的另一端均接地。通过第四电容c4和第五电容c5对输入的供电电压vcc滤波，可使对应的放大器工作更加稳定。
55.综上所述，本实用新型提供的人体接近检测电路及设备，将热电堆测温与红外测距技术相结合，同时测量出距离、目标温度和环境温度，根据距离和目标温度是否变化且是否在对应的判断条件范围内，来判断是否开启显示界面，通过多维度检测数据(即距离值和温度)来提高检测的准确度，不仅能检测人体是否接近，还能检测其它有温度特征的物体是否靠近。同时，红外测距传感器和热电堆传感器都是低功耗的器件，降低了设备的整体功耗，且电路结构简单，使用的元器件较少，人体接近检测电路的整体体积较小，成本较低。
56.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。