【成功案例】SGM8139 热释电传感器在智能风扇控制系统中的应用

时间： 2018-08-06 来源：世强

技术问答

由于笔者从事石油石化安全设备行业，了解到石化行业化验室的人员需要每天进行一些化学实验，主要有汽油、柴油、苯、酒精等气味浓烈，并且有些可能有毒的物质，因此需要对实验室环境进行通风换气。根据实验室的需求，通风需要做到根据实验室内人员活动自动启停风机，例如入走进实验室，风机便需要启动。

首先笔者根据实验室需求绘制了智能风扇控制系统的结构框图：

图1智能风扇控制系统的结构框图

智能风扇控制系统的关键问题在于如何检测人的活动，并将信号发送给控制器，控制器通过驱动控制风扇。目前用于检测人体的方式有微波传感器、热释电传感器、红外对管三种方式。其中红外对管通过点对点的方式检测，适合用于电子围栏安全防护，不适合检测大空间范围内的物体。微波传感器采用微波反射的方式检测移动物体，多用于自动开门等装置，其特点是：抗射频干扰能力强、不受温度、湿度、光线、气流、尘埃等影响，可以安装在一定厚度的塑料、玻璃、木制等非金属的外壳里面，缺点是功耗比较高，且有波的反射等容易产生误动作。热释电传感器是通过检测人体特有的37℃产生的10um左右的红外线，一般热释电传感器集成2个以上热释电元件，在接收到人体的红外线之后会失去电荷平衡，经过后续检测放大检测电路可以检测到人体信号。热释电传感器市场上多种多样，其前端信号处理电路却很少，且大部分会出现误动作、反应迟钝、功耗高的问题。

图2 热释电传感器内部结构图

初始方案采用了BISS0001作为热释电传感器的信号处理电路，使用过程中发现其功耗较高，静态电流高达100uA，失调电压高达50mA，以为更容易产生无动作，且工作温度在-10到70℃，不适合使用与严苛的工业环境。因此还需要寻找更好的解决方案。

从世强官网了解到其代理的圣邦微电子有一款专用于热释电传感器前端信号处理电路的芯片SGM8139，SGM8139静态电流仅6.5uA，并可在-40℃至+85℃的温度范围内可靠工作。下图为SGM8139为封装图：

图3 SGM8139封装图

SGM8139除了具有超低的工作电压、超低功耗，和-40到85℃的工业温度范围以外，其内部集成了信号调理的双路运算放大器，以及窗口比较器、状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器、电压基准源、大驱动能力输出驱动器，因此适合用于热释电红外传感器的前端信号处理。下图为SGM8139内部结构框图和其典型应用电路：

图4 SGM8139内部结构框图

下图为根据世强提供资料绘制的基于SGM8139信号处理的热释电传感器原理图：

图5 SGM8139原理图

其中U6为热释电传感器，U2为SGM8139，R7、R8为延时器和锁定时间的调节电阻，如果需要不同的延迟时间可以通过R7、R8进行的调整；VO是控制信号输出端。接单片机的外部中断引脚，当检测到来人是输出高电平信号，由单片机进行处理后控制风扇的启停。下图为传感器部分实物图：

图6 智能风扇控制系统传感器部分实物图

图7 智能风扇控制系统继电器控制部分实物图

值得注意的是白色球体为菲涅尔透镜，用于增强接收红外线的强度，并通过上面的棱镜折射出多个脉冲给传感器，以保证检测精度和长度，根据实测，没有菲涅尔透镜的情况下检测距离仅为10cm左右，有菲涅尔透镜的情况下则可以检测3到10m的距离。因此菲涅尔透镜是必不可少的。

总结SGM8139热释电传感器的特点如下：

• 超低工作电压：1.4V ~ 5.5V，适合用于绝大部分设备的电压范围

• 超低静态电流：6.5μA（典型值），适合用于电池供电设备，延长设备使用寿命

• 集成两个高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号放大调理，双级运放可以有更多应用

• 集成双向鉴幅器，有效抵抗电磁干扰

• 集成外部 RC 可调时间的延迟时间定时器和封锁时间定时器，可以根据用户需求调节延迟和锁定时间。

除了笔者参与项目的应用以外，SGM8139热释电传感器还可以应用于延时控制器、低功耗系统的唤醒电路、震动传感器的输出信号处理等领域。

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全部评论（16）

aniu Lv7. 资深专家 2019-05-06

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用户83734992 Lv6. 高级专家 2019-04-18

好
wch7475 Lv8. 研究员 2019-04-13

学习
用户38544856 Lv8. 研究员 2018-12-31

学习了
Le Lv6. 高级专家 2018-12-14

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chxn Lv6. 高级专家 2018-12-04

了解
hilly Lv6. 高级专家 2018-12-04

写的不错
Kris Lv6. 高级专家 2018-11-28

详细
胖哥 Lv8. 研究员 2018-11-16

功耗参数不错
kong Lv6. 高级专家 2018-11-13

热释电红外传感器的前端信号处理正需要

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选型表 - SGMICRO 立即选型

SGMICRO-TI/ADI/MAXIM/MPS/SILERGY/ST等信号链电源芯片对照表

描述- 圣邦微SGMICRO与TI/ADI/MAXIM/LT/Onsemi/ST/Microchip/Nexperia/MPS/TOSHIBA/ROHM/RICHTEK/SILERGY/ABLIC/Renesas/Diodes/NXP/NJM/Infineon/Allegro 等品牌的信号链、电源芯对照表。

型号- SY8388,SN74HC541,A3981,IR44273,74AVC8T245Q,TS3A24159,TS3A24157,FAN3100,SLG88103,ADA4622-2,SLG88104,ADA4622-1,SGM2560,NA199,SGM2564,TSL6002,LMR23620,SGM48017C,LM431,FAN49103,MAX4282,SGM61220,BD9A201,74HC595,TLV3542,TLV3541,TS3A4751,TLV522,LMR23630,FAN53611,TC7SZ14FU,74LCX04,NCS21803,HCF4051,NCS21801,HCF4052,74LCX08,HCF4053,TSC214I,TLV3544,LMP2022,TSB611,NL27WZ04,SGM2588,FAN53601,SN74HC573,SN74HC574,INA333,TSU101,TSC213I,TSU102,NTMFS4C10N,UCC27531-Q1,TSU104,RT8293,74HC573,74HC574,SGM621,RT8290,SGM41600,TSB621,SGM620,SGM2572,SGM41603,SGM2571,SGM2576,SGM2575,SGM2578,SGM8T245S,RT8296,NL17SG07,SGM8557-1,TSU111,SGM8557-2,TSU112,ESD103-B1-02,INA321,TLV2242,TLV2241,SGM2205-12XK3G,ISL28118,OPA2277,BU30TD2,LM5109,BQ25619,SGM48013C,BQ25618,INA317,BQ25611,SGM62110,SGM62112,FSA4157,TPS76933,SGM2593,XB6091IS,BQ25601,TPS76950,BQ25600,SGM61230,TXS0104,TXS0102,SGM61232,SGM61234,TLV8801,TXS0101,SGM61233,74HC123,SGM5349-16,TLV62084,SGM431V,LTC2054,TPS51200,LTC2050,TLV8812,TLV8811,SGM61235,TLV8802,RT8253,BD9D323,BD9D322,AD5541,PMPB27EP,TPS54302,SGM4553YXET,LM7322,SGM8706,LM7321,SGM8707,SGM8701,MAX4664,LPV7215,SGM12UB1D2,AP2191,SGM3001,SGM42513,74LVC245A,SGM3005,TPS61099,SGM3002,SGM8276-2,TPS7A8300,SGMOP17C,TPS2553,ISL28130,TPS2556,TPS2557,SGM42403Q,SGM42553,BD6222,SGM8255B-2,ISL28134,74AHC1G08GV,TPS2551,74HC165,SGM62116,SGM62118,SGM62117,TPS3852-Q1,MAX4684,74HC164,AP2172,A3916,AP2171,TPS560430,A3918,BQ25638,SGM8709,U74LVC126,MP8676,SGM61280,MCP6V16,SGM42544,NCP718,LMX331,LMR36520,LM27761,TC7SZ32FU,SN74LVTH162373,ADM708,ADM707,SGM38042,SGM38046,TPS54340,MAX4230,TPS3823,LM2904,TC74VHC138,LM2902,LM2903,SGM8740,SGM2077A,SGM8742,SGM2077B,SGM8743,PESD5V0F1BSF,SGM41515A,MIC5209,LPV802,LPV801,SGM8748,SGM8749,NLAS44599,TPS54336,SGM40666A,SGM8746,TC74VCX16245,TPS54331,74LCX32,TPS54335,SGM41513D,SGM41513A,MCP6406,FTL75939,OPA548,SGM8957-1,MCP6402,SGM8957-2,TLV6208,SGM5223,MAX4232,TC74LCX16244,MAX4231,TPS3808,SN74LVC2T45,OPA2333P,MAX4236,SGM8551XN,TPS3840,TPS54320,SGM48018C,OPA990,RT4730,SGM41512A,SGM8745X,SN74AHC1,MAX9938,74LVTN16244,74LVTN16245,LPV821,SGM48019C,MCP6V52,MCP6V51,RT4723,OPA2210,TLV755P,SN74AC244,MCP6V54,AW2027,SGM8604-2XTDU8G,SGM8750,LPV812,LPV811,AD8534,SGM41283,SGM5353-16,AP2120,AD8539,AD8538,74LVC125,MCP6V69,74LVC126,SGM41285,DRV8313,MCP6V67,SN74LVC2G66,SGM7SZ244S,CAT4104,TS321,SGM8429C-4,AD5593R,SGM61430A,MP28373,MP5121,TMP108,74LVT16373,SGM8304,MAX40078,AD8541,74LVT16374,MCP6442,TMP103,TMP102,MP9943,MP9942,AP2112,MCP6V79,NCV890100,SGM13003A,MCP6V76,STSPIN250,MCP6V77,74LVTH125,SGM8770,AP2114,SGM38042B-1,LM2841,AD8513,AD621,AD620,NCS20034,SGM65230,NCS20032,AD623,AD8515,SGM65231,AD627,TC7SPN334,SGM13002A,SGM8477-1,SGM2035C,SGM41291,SGM2036S,MCP6V96,TUSB320,74LVC138,SGM7SZ245S,SGM8958-2,SGM41296,SN74CBT3245,MP9928,SGM41298,SGM8958-1,SGM6132,MAX4736,SGM6130,AD8532,AD8531,MAX4730,TPS3422,SGM833A,MCP6472,SGM833B,TLV1702,SGM7SZ32,SQ27403,MC74LVC74,TPS3420,TPS3421,TP2011,SGM2037H,MUX36S08,BISS0002,MC74AHC08,74LVC373A,TPS2595XXDSG,MCP6001,TPS3895,AD8502,TPS3896,TPS3897,AD8500,MCP6002,TPS3898,AP2151,SGM41282C,TPS3899,AD8506,AD8505,TLV7021,SGM832A,TP2025,MC33074,TP2021,MCP6004,MCP6006,LT7183,74LVC374A,AP2141,SN74LVC2G04,MCP6492,74LVC1G126,74LVC1G125,SGM48535B,SGM7SZ14,SGM48535A,SGM48752X,TPS2596,BU28TD2WNVX,AS179,XC6201,SGM15CB1A4,XC6206,TC7WZ04,SN74LVC2G14,MCP6022,SGM2210P,SGM7SZ08,MCP6024,SGM834A,SN74LVC2G17,MCP6021,SGM834B,SGM7SZ04,MP2497,SGM7SZ00,IRL44273LPBF,SGM48753X,SGM48754X,AD5592R,TLV61046A,TPS7A8400,SGM48753,SY8301,SGM48754,SQ24335,SGM2211S,SGM48757,ISL21080,SGM48759,SY8303,MCP6032,MCP6031,SGM48751,SGM48752,SGMNQ07430,SGM61720,TSV911,TSV912,TSV914,SN74AVC16T245,MP2490,SGM05UB1B3,LPV324,OPA4379,OPA4374,HD3SS3412,MCP6044,OPA4376,OPA2192,MCP6041,74VHC244,LMR16030,74AHCT595,APD7118,OPA2197,TPS62730,MCP6042,OPA2196,SN74AVC8T245,SN74LVC157,OPA2191,ADG509,ADG508,SGM8478-1C,FSA2457,TMUX415,TC7SZ00,LM1117,AD8599,TPS62743,TSV6192,SN74LVC125,SGM706S,SN74LVC126,RT6160,TPS76901,TC7SZ07,SGM2564A,TLV707P,NTMFS4C06N,MP2451,TS393,LMH6643,TC74VCX164245,SN74LVC138,SGM48760,SGM25662,MIC708,MCP6061,MP2460,LME49726,RT6150,MIC706,SN74AHCT86,MCP6074,TC7SH125F,STSPIN220,APD196,SGMOP07,74HC541,TC7SET08,LMC7211,BQ25890H,MAX706,MAX9119,MAX708,MCP6071,SGM2566C,74AHC573D,TC7SZ32,BU33TD2,74LVC157,YDA145,BD9G341,SGM2567S,NJMOP2277,INA828,LPV358,NCP382,NE5532,SGM2217Q,LMG1025-Q1,NCV6324,SGMNQ40430,NCV6334,SGM48536BQ,SGM21102G,74AHCT86,BGA524N6,SGM21102C,FSA2466,SGM21102B,INA818,SGM21102A,SGM05FB1E2,SN74AHC244,TLV74118,TC7SZ32F,NC7WZ04,74AVC8T245BQ,TSV991,TSV992,TSV994,SGM3851A,SGM48536CQ,TC913,74AHC244,AD8571,74AVC2T45,SGM2521A,TLV74128,SN74LVC541,AZ1117,LMV881,BU28TD2,MAX14589,TLV2316,SGM61330,SGM724,TS5V330,SGM5209-14,74LV541A,SGM3758,NJU7076,MAX4163,MAX4162,PESD15VW1BCSF,TLV74133,TPS25921A,OP213,TLV74130,SGM722,TLV2333,SGM723,SGM721,SGM8610-2,NLAS3899,OPA2140,EL5420,MAX4174,MAX4173,SGM15UB1E2,TC7SH126FU,SGM41100A,SGM61310,SKY13351,A4980,SGM41100V,SGM61306,SGM61305,SGM61308,SGM61307,SGM8262-2,TC7PZ14,SGM3795,74LCX126,74LCX125,74LVC541A,SGM3799,SA4159

对照表 - SGMICRO

SGMicro（圣邦微） SGM8139 数据手册

型号- SGM8139YTQB16G/TR,SGM8139YS16,SGM8139YS16G/TR,SGM8139

数据手册 - SGMICRO - 2017年03月01日 PDF 中文下载

SGM8139YS16G/TR PcbLib & SchLib & IntLib

型号- SGM8139YS16G/TR

CAD模型库 - SGMICRO - 2024/1/4 RAR 英文下载

【选型】温度测量中的热电堆红外传感器与NTC热敏电阻的应用区别

在温度测量的应用中，我们通常会用到热电堆的红外传感器或者是NTC温度传感器，那么这两类传感器有什么不一样的使用方式，之间有什么区别呢，本文将进行介绍。

器件选型发布时间 : 2020-03-04

SGM8139 Low Power, Low Voltage PIR and Vibration Sensor AFE

型号- SGM8139YTQB16G/TR,SGM8139YS16G/TR,SGM8139

数据手册 - SGMICRO - REV. A.2 - JANUARY 2018 PDF 英文下载查看更多版本

【经验】SGM8139外围电路整改解决PIR人感角度偏小问题分析及解决

人体热释电红外(PIR)探测器通过检测人体发射出的10um左右特定波长的红外线光来检测是否有人进入探测区域。因传统的人体热释电红外探测器无法很好地鉴别出人体信号和干扰信号，从而在无线发射或其他干扰情况下会导致误报警，致使抗干扰能力下降，损失用户体验舒适度。

设计经验发布时间 : 2018-12-30

【产品】静态电流仅6.5μA的超低功耗红外人体感应芯片SGM8139，实现超低工作电压1.4V~5.5V

圣邦微电子推出一款超低功耗红外人体感应芯片SGM8139。它集成了信号调理的双路运算放大器，以及窗口比较器、状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器、电压基准源、大驱动能力输出驱动器，可广泛应用于多种传感器和延时控制器，以及低功耗系统的唤醒电路。

新产品发布时间 : 2018-10-28

热电堆信号放大电路电阻选取应该注意什么？如图为Amphenol典型的热电堆测试电路图中NTC电阻与R4串联后与R2并联其中R1 R2 R3 R4 的选取应该注意什么呢？我猜测如下第一作用是使得NTC的电阻变化能够通过电阻反应出电压值Vth，另外形成一个偏执电压给红外电压输入值运算放大器，避免初始电压低于运算放大器最小输入电压？不知道是否正确，还请大家帮忙指导一下。

这个典型电路中的前端电阻网络是将NTC传感器做成一个电桥，把NTC传感器当做电桥一个桥臂。而红外传感器是运放的另一端的电压信号，其实它的设计原理是采集了NTC与红外传感器的电压差值使得运放输出。运放推荐选择圣邦微品牌的SGM8139，在1.4V到5.5V的电压范围内工作，内置双运放和窗口比较器，以及外置RC可调时间的延时器和封锁时间定时器，可以有效处理热释电红外传感器的输出信号，防止外部干扰信号。可以参考文章：【应用】SGM8139模拟运放在人体感应传感器的应用，符合国家标准GB/T10488-1997。也可以按照此文章进行设计：【经验】SGM8139外围电路整改解决PIR人感角度偏小问题分析及解决。

技术问答发布时间 : 2020-03-02

SGMICRO的人感信号处理芯片SGM8139的信号放大倍数怎么设计？

该芯片的内部结构是两个二极管搭建的二级放大电路，外围留出反馈电阻和电容接口，按照放大器的放大倍数设计方法即可完成放大倍数的设计。

技术问答发布时间 : 2019-04-22

【应用】四运算放大器SGM8044在人体热释电红外探测器中应用，功耗低至2.5uA

圣邦微电子(SGM)出品的SGM8044系列运放集四运放于一体，静态功耗(Iq)低至670nA，增益带宽积(GBP)可至15kHZ，其高性能，低功耗的特点非常适用电池供电的高功耗要求产品。利用SGM8044搭建一个热释电红外传感器(PIR)处理电路不仅可以实现专用芯片的一些功能并且配合MCU可以拟补专用处理芯片的诸多缺点。

应用方案发布时间 : 2018-09-15