1.参考文献

2.介绍

3.被动红外线（PIR）运动传感器

4.GP2Y1010AU0F光学灰尘传感器

5.GreenPAK设计说明

6.原理图说明

7.基亚博国际官网平台网址于占用的空气控制系统的应用

8.延长基于占用的空气质量控制系统

9.结论

参考文献

下载我们的免费GreenPAK设计软件[1]，打开。gp文件[2]，并使用GreenPAK开发工具[3]在几分钟内将设计冻结到您自己的定制IC中。

yabo国际娱乐Dialog Semiconductor提供了一个完整的应用笔记[4]库，包括设计示例以及Dialog IC内的功能和模块的说明。

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介绍

本应用笔记的目的是设计及发展一套以住户为本的空气质素控制系统格林帕克 SLG46140V可编程混合信号专用集成电路。该系统使用夏普的GP2Y1010AU0F光学灰尘传感器来检测空气中颗粒的存在，并使用PIR运动传感器来检测安装该系统的空间的占用情况。红色LED用于指示房间内的空气受到污染，而绿色LED用于指示房间内的空气干净。该自动化系统只有在空气中有悬浮颗粒且空间被占用时才启动空气净化装置，从而有助于减少电力消耗。基于占用率的空气质量控制系统可用于办公室、家庭以及其他住宅和商业环境。

被动红外线（PIR）运动传感器

被动红外（PIR）传感器是小型，低功耗和易于使用的传感器，广泛用于小工具和设备中以检测存在或人类或动物。运动传感器在住宅，商业和工业环境中是常见的，以检测空间是否占用。

PIR运动传感器基于热电传感器，其检测由身体辐射的红外线水平。传感器具有菲涅耳透镜，其冷凝光以向传感器提供更大的检测区域。当诸如人或动物的温暖的身体在IT感测区域内时，PIR传感器输出数字高。

传感器有三个引脚：一个用于电源（VCC）、一个用于输出（OUT）和一个接地引脚（GND）。它可以提供3-5V直流输入。对于该项目，传感器的VCC引脚采用5V输入。

图1所示。PIR运动传感器

GP2Y1010AU0F光学灰尘传感器

“GP2Y1010AU0F”是一种可以探测细微颗粒物、烟雾颗粒物等多种大气颗粒物的光学粉尘传感系统。该传感器通常用于许多家庭和工业电器，包括空气净化器，空气监视器和空调。它有一个紧凑的包装，尺寸为46.0 × 30.0 × 17.6 mm。此外，GP2Y1010AU0F是一个低电流器件，最大绘制20mA。

为了检测空气中的微粒，GP2Y1010AU0F使用红外发光二极管和光电晶体管。这两个传感器呈对角线布置，以允许设备检测空气颗粒的反射光。这种紧凑的传感器能够检测细小的空气颗粒物，如香烟烟雾中的颗粒物。GP2Y1010AU0F的内部示意图如图2所示。

图2. GP2Y1010F0F的内部原理图和终端配置

图3.输出电压与粉尘密度

GP2Y1010AU0F的输出电压与粉尘浓度的关系如图4所示。该传感器在灰尘浓度为0mg /m3时仍可输出电压。在无粉尘条件下(0 mg/m3)的输出是由杂散光引起的。因此，GP2Y1010AU0F粉尘传感器(Vo)的输出是无粉尘(Voc)时的输出电压之和，输出电压与室内粉尘量成正比(ΔV)。Voc随着附着在灰尘传感器内的灰尘量的增加而增加。

图4。GP2Y1010AU0F粉尘传感器输出脉冲

为了获得准确的结果，应用到LED端子上的输入应该按照制造商的规定。不能提供指定的光电条件会对输出产生相当大的影响。当不满足指定条件时，可使用推荐条件。表1显示了指定和推荐的条件，图4a显示了预期的输出脉冲。根据产品数据表，在0.28ms得到指定的输出值。指定的输出脉冲如图4b所示。

图4b。指定输出脉冲

表1。指定和推荐的输出脉冲条件

参数	特定条件	推荐条件
脉冲周期（T）	10毫安	10±1毫秒
脉冲宽度	0.32毫秒	0.32±0.02毫秒

GreenPAK的设计说明

我们使用GreenPAK SLG46140V来实现以占用为基础的空气质量控制系统。引脚10被配置为模拟输入/输出，而引脚3被配置为数字输入。粉尘传感器的模拟输出通过模拟输入引脚10馈送到SLG46140V。运动传感器的数字输出通过数字输入引脚3输入到GreenPAK IC。引脚9、引脚12、引脚13和引脚14配置为数字输出。引脚9的数字输出用于驱动粉尘传感器的LED。引脚12连接一个绿色LED，当室内灰尘颗粒浓度低于参考值时LED就会打开。引脚13连接一个红色LED，当房间中的灰尘颗粒浓度超过参考值时，LED就会打开。引脚14的输出用于驱动空气净化系统(本项目使用直流风机)。

输入输出管脚的特性如下图所示:

图5。引脚10属性

图6。引脚3属性

图7.引脚9属性

振荡器块（OSC）的三个内部时钟源用于为计数器和延迟提供时钟信号。RC振荡器用于向8位CNT1 / DLY1提供配置为计数器的时钟信号。环形振荡器用于向8位CNT3 / DLY3 / FSM1提供时钟信号，该信号被配置为延迟。最后，LF振荡器用于向14位CNT0 / DLY0和CNT2 / DLY2 / FSM0提供时钟信号，该信号被配置为延迟。三个内部时钟源的设置如下图所示：

图8.低频（LF）OSC属性

图9。RC OSC属性

图10.环形OSC属性

三个计数器/延迟被配置为延迟和一个计数器。14位计数器CNT0 / DLY0和CNT2 / DLY2 / FSM0都配置为60秒下降沿延迟。将8位CNT3 / DLY3设置为延迟模式，以提供100μs的延迟时间。将8位CNT1 / DLY1设置为计数器模式，输出周期为9.6ms。该计数器用于提供由灰尘传感器制造商指定的脉冲。四个计数器/延迟的属性如下图所示：

图11. CNT0 / DLY0属性

图12. CNT1 / DLY1属性

图13。CNT2 / DLY2 FSM0属性

图14. CNT3 / DLY3 / FSM1属性

灰尘传感器的模拟输出通过数字输入引脚10供给SLG46140V可编程混合信号ASIC。该引脚连接到比较器（CMPO）。通过将其与参考电压进行比较之前，通过将0.5的增益施加0.5的增益，比较器在比较器中占据了输入信号。使用800mV的参考电压。从灰尘传感器的产品数据表中，1600 MV对应约0.15 mg / m3。比较器的属性如图15所示：

图15. CMPO属性

使用的其他组件包括四个LUT和VDD（引脚1）。基于占用的空气质量控制系统的GreenPak设计如图16所示。

图16。GreenPAK基于入住率的空气质量控制系统设计

基于占用的空气质量控制系统控制空气净化机制，并提供安装空间的空气质量状态。绿色LED指示房间中的空气颗粒数量低于设定值，而红色LED指示空气颗粒数量高于设定值。只有当空间被占用且空气中的微粒数量高于参考值时，系统才会启动空气净化器。只有在满足这两个条件时才启动空气净化器，该系统有助于节约能源和减少电费。

灰尘传感器用于检测空气中悬浮粒子的数量，运动传感器用于检测房间的占用状态。模拟比较器(CMP0)将输入与参考值进行比较，当超过参考值时输出HIGH。否则，输出一个LOW。当比较器输出HIGH时，它提供HIGH到引脚13。这就打开了红色LED。如果比较器输出低，逆变器(2-L3)提供高引脚12，这打开绿色LED。CNT3/DLY3/FSM1提供的100µ上升沿延迟和CNT1/DLY1提供的9.6ms下降沿延迟限制了模拟比较器(A CMPO)的供电时间。这两个延迟有助于减少比较器消耗的功率。由CNT0/DLY0提供的60s下降沿延迟为AND门和引脚13(红色LED)的IN1提供一个高60秒。2位的LUT1确保两个led不能同时亮起。

9.6ms下降沿计数器CNT1 / DLY1和逆变器（2-L2）提供低0.32ms的PIN19，高9.6ms。该脉冲用于驱动灰尘传感器，并确保引脚10高0.32ms，并且在制造商的数据表中规定的9.6ms低。运动传感器在检测到其检测范围内的移动时输出高电平。在检测到下降沿之后，60s下降沿延迟提供高度高60秒的栅极。当其两个输入高时，AND门提供高于引脚14。这是一个指标，空间被占用，空气传播的污染物的数量高于参考值。

该设计在不同条件下进行了测试，以验证其工作如预期。在低浓度的空气粒子和没有运动的情况下，Pin 12(绿色LED)是高的。在传感器检测范围内，由于空气中粒子的浓度低和运动，Pin 12是高的。当烟雾源被放置在传感器附近并且在传感器检测范围内没有运动时，引脚13(红色LED)是高的。当烟雾源靠近灰尘传感器，并且在传感器检测范围内运动时，引脚13(红色LED)和引脚14(风扇)是高的。

图17。格林帕克设计师仿真

原理图说明

系统原理图如图17所示。SLG46140V、灰尘传感器和运动传感器配有5V直流输入。空气净化机构（12V直流风扇）配备12V直流输入。如示意图所示，已连接GP2Y1010AU0F。灰尘传感器数据表中规定了电阻器R1和电容器C1的值。按照图2的规定连接灰尘传感器的针脚。其输出连接到SLG46140V的针脚10，而运动传感器的输出连接到针脚3。

图17。原理图

绿色和红色led分别连接到SLG46140V的引脚12和引脚13。每个LED通过330欧姆电阻接地。SLG46140V提供的5V输出不足12V直流风扇供电。逻辑级MOSFET (IRL540)用于从GreenPAK IC提供的5V开关风扇。IRL540是一个n通道MOSFET，提供快速开关和低热阻。1N4001二极管用于消除电流突然中断时通过直流风扇的反激。

亚博国际官网平台网址基于占用的空气控制系统的应用

空气清洁系统广泛用于住宅，商业和工业环境中，以从空气中除去空气颗粒。如果允许连续运行，这些空气净化系统可以消耗大量电力。基于占用的空气质量控制系统监测人类或动物的存在，并且仅当空间被占用并且空气传播颗粒的浓度高于设定值时，才能激活空气净化器。该系统可用于住宅，商业和工业环境，以最大限度地减少能源浪费。

扩展以住户为本的空气质素控制系统

有许多可能的扩展可以做，以改善这个以占用为基础的空气质量控制系统的功能和性能。首先，用风扇代替了空气净化器。与风扇相比，空气净化器捕捉空气中的颗粒，以确保空气是干净的。如果使用空气净化器，效果会更好。

目前的设计没有提供安装该系统的空间的空气质量的准确图片。一些商用空气质量传感系统显示空气中颗粒物的浓度。这种设计缺乏这一基本特征，可以通过使用多个比较器和添加LCD或LED显示器来改进。

考虑到大多数商用空气质量监测系统的设计不是为了检测安装空间中是否存在人类或动物，因此对该设计的改进可以使其成为无与伦比的选择。此外，SLG46140V比微控制器小。这意味着这种基于占用率的空气质量控制系统比具有相同功能的基于微控制器的产品更小。

结论

在本应用说明中，使用SLG46140V可编程混合信号ASIC构建了一个基本的基于占用的空气质量控制系统。GreenPAK IC用于控制传感器、空气质量指标和空气净化系统。利用开发硬件和GreenPAK设计器，可以实现更多功能的空气质量控制系统。

AN-1180空气质量控制系统使用GreenPak