PIR在智能家居、安防场景中有着广泛的运用，但是对于PIR的认知之前认知过于简单。

1、写作背景

我家早在17年开始就逐渐完善折腾了一整套的智能家居，基础的智能就是人在灯亮，人走灯灭，但是这块其实一直都不太完善，简单来说就是想做到人来灯亮容易，做到人在灯亮难，小米的红外传感器使用下来我的场景里误触发的比例倒是极低，但是最大的问题是人稍微静止就检测不到，经常在书房发呆，灯就灭了，因为这个问题几年前就折腾过不同的方案。

18年当时买了微波雷达、PIR等不同的方案，当时先用的微波雷达，2.4G的雷达模块，几块钱的价格，很便宜，这东西最大的问题是太灵敏了，我家里隔着两堵墙都能触发，所以我只用于关灯的判断，没有用于开灯的触发

今年春节，再次把四年前买的那个红外模块找出来，也接入了家居系统，接着就遇到了我们门铃上困扰多年的问题，红外热释传感器的误报问题。

图：接入的PIR、雷达传感器

图：误报记录，有非常多细碎的报警，即使是凌晨都有

2、PIR介绍与分析

基本原理

基本原理不过多介绍，摘自百度百科：

主要是由一种高热释电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。

从原理上能够得到红外热释传感器有局限：

通过人体散发的红外辐射来检测，那么有温度的其他物体就会导致误触发，如小动物、热风、晃动的窗帘、树木等，夏天温度较高时，人体和环境温差不大，可能也会导致漏检测。

外观是这样子：

分类

单元、双元、四元传感器

指，在一个传感器中封装几个检测单元，多元传感器可以利用不同单元之间的差分信号来检测触发，抗干扰能力更强。

安防场景中，最常用的是双元传感器，两个检测单元互为补偿，可以避免环境温度、震动、杂散乱光的干扰。

当然也可以使用四元传感器，价格更高，可以更好的应用于安防场景，对干扰有更好的抑制，甚至可以避免小动物的干扰。

模拟、数字传感器

最原始的一定是模拟传感器，探测元件直接输出变化的电压，后续经过外置的电压放大、电压比较电路转换为数字信号。典型的电路参考如下图所示，Sensor输出→电压放大→电压比较→数字信号。

即使用了模拟的传感器不代表后面MCU就能够处理模拟信号，有很多典型场景是使用了集成的芯片将模拟信号处理成了数字信号，MCU拿到的还是数字信号，这种情况下通过软件来进行调节或者做算法的空间就极其有限。

我手上这个360 D819的PIR小板背面就是一个SOP8的芯片，这颗芯片应该就是将模拟信号转成数字信号在送给MCU处理，至于这类芯片的内部结构，下文再说。

数字传感器就是将上面的信号放大电路、电压比较电路，以及在照明场景常用的延时电路等都封装在前面传感器的铁壳里，能够简化电路设计，降低成本。如360 AB2L上使用的AM312就是一颗双元数字传感器。

内部框图如下：

单芯片将传感器和15位的ADC，模拟信号先转成数字信号在处理；

既然已经转成数字信号了，一般内置会做个数字带通滤波器，能去除其他杂波频率干扰。

数字传感器的优势也就出来了：

• 模拟的是模拟信号弱电压放大，和模拟参考电压之间的比较，数字的是先ADC转成数字量，数字量之间做比较，抗干扰能力更强；

• 一般内部都做了数字的带通滤波器，本身就能够去除很多杂波频率干扰；

• 关键是上面一堆电路都封装在一个金属铁壳内，本身就在屏蔽罩内部，抗电磁干扰能力强。

• 集成度高，外围电路简单，综合成本低一些，功耗也往往更低。

当然，针对可视门铃的场景劣势也有，那就是自由度比较低，多数参数预置好了，可调整的地方不多，例如上方的AM312传感器，没啥可配置项，固定触发输出高电平2S左右，灵敏度啥的不可调，触发的延迟时间不可调，不过有可调的6个引脚信号，下文另说。

信号处理

模拟传感器的信号处理

上文说了，模拟信号的处理简单来说就是信号放大、电压比较，这个目前有比较多的集成芯片专门来做这部分的信号处理。内部结构和典型的应用电路如下图。

传感器出来的是一个微弱的小信号电压波动百uV级别，经过电容隔直进入芯片内部部的高输入阻抗运放OP1进行放大，输入信号需接入到运放的反相输入端，使第一级运放工作 于反相比例放大状态，第一级增益参数是由R2和R3进行设定，绝对增益为A1=R3/R2，上图参数第一级运放增益A1=R3/R2=(3*106)/(10*103)=300倍，

信号放大后再经过二级放大电路放大，送入电压比较器比较，当电压在0.1VDD-0.5VDD之间输出0，高于0.5或者低于0.1VDD输出1，结合其他的使能控制和延时控制电路，最终输出数字信号。

数字传感器的信号处理

上文在介绍数字传感器已经说了基本的信号处理流程，微弱的小信号→ADC采样→和参考量比较→输出数字信号，上面的AM312最大的问题是没啥自定义的空间，实际上也有6个引脚的数字传感器产品，灵敏度、延迟时间等参数可以自行设置。如下图所示：

和三脚的相比，多了一个ONTIME引脚，可以设置触发后的延迟关闭时间（这个对楼道灯那种有用，对门铃没用），更重要的是多了一个SENS引脚，这个引脚在典型电路中，通过可调电阻分压，经过内置的PIN ADC转换后，和PIR采样的数据做比较，就可以调节触发的灵敏度。

 SENS引脚的电压可以由电阻分压获得，当然也可以由MCU的DA来给出，这才是真正的软件调节灵敏度。

3、怎样抗干扰

模拟传感器的抗干扰

电路设计减少干扰

前面说数字传感器最大的优势是把集成电路都封装在了一个铁壳里，本身就有屏蔽，模拟传感器在电路层面的抗干扰首先就是做好屏蔽，微弱的小信号出来，电源纹波、射频等都非常容易干扰，所以S极信号出来走线要尽可能的短。

基于这点，如果细看上面的D819的PIR小板就知道这个板子的设计有多垃圾，S的信号绕了一圈，这个板子本身没啥元件，那么空的板子，上面那个应该是个LDO，反而夹在传感器和放大器之间，这个设计也是够残的。

前端电源要降低纹波，特别是针对这种独立的小板，电压放大、电压比较，重要的参考都是电源电压，电源噪声大怎么做都是白搭。

直接使用运放采集模拟量

上文提的集成芯片本质上就是将模拟信号经过两级运放之后做电压比较，实际上不要用这个芯片，直接用运放，将信号放大后，送入MCU，使用MCU的ADC做处理更合适，信号放大后经过ADC采样进行处理，MCU里还可以做个简单的额低通滤波，也能够去除射频等干扰，这个改善空间较大，而且灵敏度可以在软件中灵活设置。

可行的逻辑：

ADC触发后做高频采样先做带通，人体移动带来的信号频率正常应该在10Hz以内，高频的先过滤；

既然已经使用运放了，也可以使用一个集成的4运放，用多余的运放来做模拟上的带通滤波，这样能够避免MCU太弱，没有资源做带通的问题；

变化幅度小的拉长判断时间，幅度大的可以立刻唤醒；

即使唤醒后，结合画面的人脸、人形检测判断，PIR也可以持续做逻辑判断，变化幅度持续很小，且画面检测无人的场景可以提前中止录像；

数字传感器的抗干扰

模拟的局限性在于模拟信号在传输过程中引入的干扰可能很难去除，或者通过增加屏蔽罩等措施，成本已经没有优势，数字传感器因为充分集成，都封装在一起，外部干扰最小，逻辑上抗干扰能力最强，灵敏度设置部分，可以选用6脚的传感器，通过DAC设置比较电压，设置不同的灵敏度。但是也就仅此而已，没有更多的软件算法施展空间，不过很多传感器内部已经集成了带通等滤波器，可能也没有这个必要。

选用4元传感器

4元传感器在逻辑上至少是2元传感器的1.5倍成本，在高端产品中可以评估使用，在传感器触发端层面就能够提升抗干扰效果，减少误报。

其他设计

结合温度补偿，温度对红外的影响很大，如果通过多余的NTC电阻，将温度代入算法进行计算，高温情况下提升灵敏度，低温降低灵敏度，具体逻辑还需要根据测试结果细化；

通过场景引导用户做个性化设置，这个之前的材料中有体现，需要通过设置引导，将对应的个性参数落到参数设置中。