基於摩擦發電的觸摸式開關電路以及開關的製作方法

2023-06-25 09:48:36 1

本實用新型涉及開關領域，具體涉及一種基於摩擦發電的觸摸式開關電路以及開關。

背景技術：

目前市場上觸摸開關按開關原理分類有電阻式觸摸開關和電容式觸摸開關。觸摸開關的主流技術是採用電容感應技術實現，而電容感應技術有一定的缺陷。首先，該器件的電容感應傳感器本身需要功耗，這就造成一定的能源消耗；其次因為手指在感應盤上帶來的電容變化極小，而且隨著隔離的絕緣面板厚度增加，電容的大小會成指數降低，大概隔5mm的鋼化玻璃後，人的手指觸摸只能帶來不到0.5PF的電容變化，對於這樣微小的電容變化量，檢測非常困難，而且溼度、溫度的變化、電磁幹擾、電源幹擾等都會極大的影響測量電路的測量結果，引發誤操作。目前市場上有智能觸摸開關ABLE，這種是專為酒店精心設計，具有較高的抗破壞能力、高可靠性、高穩定性，但價格卻非常昂貴。於是設計一款價格低廉，結構簡單，抗幹擾性強且精度高的觸摸開關就非常有意義。

技術實現要素：

有鑑於現有技術的至少一個缺陷，本實用新型的目的是提供一種基於摩擦發電的觸摸式開關電路以及開關，具有價格低廉，結構簡單，抗幹擾性強且精度高的特點。

為了達到上述目的，本實用新型採用如下技術方案：

一種基於摩擦發電的觸摸式開關電路，其關鍵在於：包括摩擦發電傳感器、穩壓電路、單片機、繼電器，所述摩擦發電傳感器包括負極薄膜以及與負極薄膜接觸的正極片，所述負極薄膜為得電子材料薄膜，所述正極片為金屬片；

所述摩擦發電傳感器的正極片連接穩壓電路的輸入端，所述穩壓電路的輸出端連接單片機的信號輸入端，單片機的控制輸出端控制繼電器的線圈通斷電，所述繼電器的開關做為觸摸式開關電路的開關。

本實用新型是基於最新的摩擦電發電技術開發的一種的觸摸式開關電路，當手觸摸到摩擦發電傳感器的得電子材料薄膜時，由於摩擦起電，手指帶上負電荷，得電子材料薄膜上帶上正電荷，而摩擦發電傳感器的正極片此時不帶電。當手指離開後的瞬時，得電子材料薄膜從下表面的金屬片獲取電子，此時下表面的金屬片帶上正電荷，於是便可在金屬片中間引出一條導線，並串聯電阻接到地，這時會產生一個從正極片經電阻到地的電流，便可以在電阻兩端檢測出電勢差，再通過後續處理電路，便可讀取識別，再利用單片機最終控制電燈或其它用電設備的開關。本發明的優點在於，摩擦發電傳感器設計無需任何外接電源，且結構簡單，靈敏度高，價格便宜，普通家庭均能適用，不容易受外部條件如溼度、溫度、電磁的幹擾。

所述單片機還設置有指示控制端，該指示控制端連接有指示燈。

當單片機控制繼電器的開關閉合時，單片機的指示控制端控制指示燈熄滅，當單片機控制繼電器的開關斷開時，單片機的指示控制端控制指示燈亮，所述設置便於在黑夜中尋找到開關的位置。

所述穩壓電路包括集成運放，所述摩擦發電傳感器的正極片經電阻R3接地，所述摩擦發電傳感器的正極片還連接集成運放的同相輸入端，集成運放的反相輸入端接地，集成運放的輸出端經電阻R4連接單片機的信號輸入端。

由於手指觸摸的不同的摩擦力度會產生高低不等的電壓，電壓過低會導致單片機無法接收觸發信號，電壓過高會將單片機內部電路燒毀，摩擦發電傳感器的輸出端經集成運放後再連接單片機，一方面會提高摩擦發電傳感器的靈敏度，對於過小的電壓信號進行放大，另一方面可以保護單片機，對過大的電壓信號進行穩壓，因為運放的輸出電壓恆定。

所述單片機的控制輸出端連接開關三極體Q1的基極，開關三極體Q1控制所述繼電器的線圈通斷電。

上述電路結構便於控制高電壓、大電流的開關，在電流較小或電壓較小時，也可以由單片機的控制輸出端輸出電壓直接控制繼電器的線圈通斷電，或者直接通過開關三極體Q1控制用電設備通斷電。

所述得電子材料薄膜或是PTFE膜、或是FEP膜、或是PET膜、或是PDMS膜、或是Parylene F膜、或是Kapton膜；

所述金屬片為銅片。

Kapton膜是聚醯亞胺(PI)薄膜材料的商品名稱。Parylene膜是聚對二甲苯薄膜，PDMS膜是聚二甲基矽氧烷薄膜；PET膜是聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜；FEP膜是氟化乙烯丙烯共聚物薄膜；PTFE膜是聚四氟乙烯薄膜。

上述材料價格便宜，容易得到，得電子材料薄膜可以粘接或塗敷方式貼附在銅片上。

一種基於摩擦發電的觸摸式開關，採用所述的基於摩擦發電的觸摸式開關電路，包括外殼，所述外殼包括殼體以及固定在殼體上的面板，所述摩擦發電傳感器嵌設在面板上，所述摩擦發電傳感器的負極薄膜位於面板的外表面，穩壓電路、單片機、繼電器均位於外殼內。

上述設置結構簡單，並且便於安裝。

所述穩壓電路、單片機、繼電器均設置在電路板上，所述電路板通過螺栓固定在面板的內表面。

所述面板、殼體均為塑料，面板卡接在殼體上。

通過上述設置，當開關電路的某個零部件損壞時，便於取下進行更換，現有開關面板是通過螺釘固定在殼體上，要將開關面板取下時須要鬆動所有螺釘，並且開關的零部件固定在殼體內，維修更換皆不方便。

通過設置卡接結構，維修時將面板從殼體上拆卸和裝配比較容易，比拆螺釘要輕便快速得多。

所述穩壓電路、單片機、繼電器由電池供電或由交流電源經變壓裝置變壓後供電。

電池供電可節省變壓裝置，採用交流電源經變壓裝置變壓後供電可免去更換電池或充電的煩惱，可根據需要選用。

指示燈設置於面板的外表面。

有益效果:本實用新型提供了一種基於摩擦發電的觸摸式開關電路以及開關，具有價格低廉，結構簡單，抗幹擾性強且精度高的特點。

附圖說明

圖1為基於摩擦發電的觸摸式開關電路的模塊圖；

圖2為圖1的電路圖；

圖3為基於摩擦發電的觸摸式開關的結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。

如圖1、圖2、圖3所示，一種基於摩擦發電的觸摸式開關電路，其關鍵在於：包括摩擦發電傳感器1、穩壓電路2、單片機3、繼電器4，所述摩擦發電傳感器1包括負極薄膜11以及與負極薄膜11接觸的正極片12，所述負極薄膜11為得電子材料薄膜，所述正極片12為金屬片；

所述摩擦發電傳感器1的正極片12連接穩壓電路2的輸入端，所述穩壓電路2的輸出端連接單片機3的信號輸入端，單片機3的控制輸出端控制繼電器4的線圈通斷電，所述繼電器4的開關K1做為觸摸式開關電路的開關。

本實用新型是基於最新的摩擦電發電技術開發的一種的觸摸式開關電路，當手觸摸到摩擦發電傳感器1的得電子材料薄膜時，由於摩擦起電，手指帶上負電荷，得電子材料薄膜上帶上正電荷，而摩擦發電傳感器1的正極片12此時不帶電。當手指離開後的瞬時，得電子材料薄膜從下表面的金屬片12獲取電子，此時下表面的金屬片12帶上正電荷，於是便可在金屬片12中間引出一條導線，並串聯電阻R3接地，這時會產生一個從正極片12經電阻R3到地的電流，便可以在電阻R3兩端檢測出電勢差，再通過後續處理電路，便可讀取識別，再利用單片機3最終控制電燈或其它用電設備的開關。本發明的優點在於，摩擦發電傳感器1設計無需任何外接電源，且結構簡單，靈敏度高，價格便宜，普通家庭均能適用，不容易受外部條件如溼度、溫度、電磁的幹擾。

所述單片機3還設置有指示控制端，該指示控制端連接有指示燈7。

當單片機3控制繼電器4的開關K1閉合時，單片機3的指示控制端控制指示燈7熄滅，當單片機3控制繼電器4的開關K1斷開時，單片機3的指示控制端控制指示燈7亮，所述設置便於在黑夜中尋找到開關的位置。

所述穩壓電路2包括集成運放，所述摩擦發電傳感器1的正極片12經電阻R3接地，所述摩擦發電傳感器的正極片12還連接集成運放的同相輸入端，集成運放的反相輸入端接地，集成運放的輸出端經電阻R4連接單片機3的信號輸入端。

由於手指觸摸的不同的摩擦力度會產生高低不等的電壓，電壓過低會導致單片機3無法接收觸發信號，電壓過高會將單片機3內部電路燒毀，摩擦發電傳感器1的輸出端經集成運放後再連接單片機3，一方面會提高摩擦發電傳感器1的靈敏度，對於過小的電壓信號進行放大，另一方面可以保護單片機3，對過高的電壓信號進行穩壓，因為運放的輸出電壓恆定。

所述單片機3的控制輸出端連接開關三極體Q1的基極，開關三極體Q1控制所述繼電器4的線圈通斷電。

上述電路結構便於控制高電壓、大電流的開關，在電流較小或電壓較小時，也可以由單片機3的控制輸出端輸出電壓直接控制繼電器4的線圈通斷電，或者直接通過開關三極體Q1控制用電設備通斷電。

所述得電子材料薄膜或是PTFE膜、或是FEP膜、或是PET膜、或是PDMS膜、或是Parylene F膜、或是Kapton膜；

所述金屬片為銅片。

Kapton膜是聚醯亞胺(PI)薄膜材料的商品名稱。Parylene膜是聚對二甲苯薄膜，PDMS膜是聚二甲基矽氧烷薄膜；PET膜是聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜；FEP膜是氟化乙烯丙烯共聚物薄膜；PTFE膜是聚四氟乙烯薄膜。

上述材料價格便宜，容易得到，得電子材料薄膜可以粘接或塗敷等方式貼附在銅片上。

一種基於摩擦發電的觸摸式開關，採用所述的基於摩擦發電的觸摸式開關電路，包括外殼8，所述外殼8包括殼體82以及固定在殼體82上的面板81，所述摩擦發電傳感器1嵌設在面板81上，所述摩擦發電傳感器1的負極薄膜11位於面板81的外表面，穩壓電路2、單片機3、繼電器4均位於外殼8內。

上述設置結構簡單，並且便於安裝。

所述穩壓電路2、單片機3、繼電器4均設置在電路板5上，所述電路板5固定在面板81的內表面，所述面板81卡接在殼體82上。

所述電路板5通過螺栓6固定在面板81的內表面，電路板5上設置有螺栓6穿過的螺孔，面板81的內表面也設置有與螺栓6配合的螺孔。

殼體82的底部設置有通過開關電線的過孔，便於開關電線的接線。圖3中未示出該電線過孔。

所述面板81、殼體82均由塑料做成，優先為圓筒狀，面板81設置有罩狀邊緣，該罩狀邊緣朝向殼體82並大於殼體82的外周，在該邊緣的內表面設置有卡臺，在殼體82的外周設置有與卡臺相配合的卡槽，將面板81罩在殼體82上並向殼體82方向推動，由於面板81的罩狀邊緣具有彈性，將卡臺卡入卡槽內，完成面板81與殼體82的組合，當需要拔出面板81時，只需將面板81向外用力拔出即可。

通過上述設置，當開關電路的某個零部件損壞時，便於取下進行更換，現有開關面板81通過數顆螺釘固定在殼體82上，取下時需要拆除多個螺釘，動作很慢，並且開關的零件固定在殼體82內，維修更換皆不方便。

所述穩壓電路2、單片機3、繼電器4由電池供電或由交流電源經變壓裝置變壓後供電。

電池供電可節省變壓裝置，採用交流電源經變壓裝置變壓後供電可免去更換電池或充電的煩惱。根據不同的場合進行選擇。

指示燈7優先設置於面板81的外表面。

最後，需要注意的是：以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例子，當然本領域的技術人員可以對本實用新型進行改動和變型，倘若這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，均應認為是本實用新型的保護範圍。