二線制寬相角紅外遙控觸摸多功能調光開關的製作方法

2023-06-28 05:15:21

專利名稱：二線制寬相角紅外遙控觸摸多功能調光開關的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種二線制多功能調光開關。
目前，以各種燈控專用集成電路為核心組成的調光開關最具代表性。如LS723X系列、SM7232為觸摸無級調光開關(見圖3)，M668為分檔調光開關(見圖4)，已有的二線制調光開關存在如下缺點；燈控開關自身的直流供電都採用電阻串聯降壓方式。在這種方式中，燈的亮度越高，可控矽導通角越大，供電充電時間就越短，供電充電電流越小，可控矽全周期導通，將造成供電枯竭。即所謂明態供電不足。因而，必須留出一段可控矽關斷期為自身供電，一方面限制了可控矽的最大導通角，即調光範圍受到限制。另一方面，供電電流也小，且串聯供電電阻的阻值必須按可控矽最小關斷期取值，顯然這個阻值比全周期供電的取值要小許多，電阻小靜態功耗就大。同時，自身供電不足限制了遙控接收單元的採用。
本發明的目的，是提供一種採用新的供電技術的二線制紅外遙控、觸摸多功能調光開關。
本發明的主控迴路是單矽全橋方案的變形。在常見二極體橋、單向可控矽為主控迴路的方案中串入一明態自身供電電路單元。
本發明的要點，是上述的明態自身供電電路為主控器控制的小導角開關穩壓源電路。小導角開關穩壓源電路，是串聯在主控迴路中單向可控矽與公共地之間的一個明態直流供電單元電路。該單元電路能夠受控飽和導通或穩壓導通，在穩壓導通時為自身貯能濾波電路充電。所述小導角指交流電半周期的一個明態供電的小期間，這個小期間包含在單向可控矽的導通角內，一般安排在交流電半周期的末期較為合適。
小導角開關穩壓源是針對串接電阻在白熾燈明態供電不足而設計的配合暗態串聯供電電阻合成供電的明態直流供電電路。在交流電半周期，主控元件可控矽可存在關斷期和導通期，在導通期內存在小導角期。當單向可控矽處於關斷期，主控器發出控制信號，令小導角開關穩壓源處於穩壓導通狀態(因無主控電流，實際小導角開關穩壓源截止)，單向可控矽陰極懸浮，可防止誤觸發。當觸發可控矽時，主控器在發出觸發脈衝的同時，發出信號令小導角開關穩壓源飽和導通，連接單向可控矽陰極至地提供觸發條件，為主控迴路提供通路。而後在小導角期主控器發出信號令小導角開關穩壓源穩壓導通，使主控電流向貯能濾波電路短時浪湧充電補充電能。如果小導角期安排在交流電半周期的末期，則穩壓狀態一直持續到單向可控矽零流自動關斷。
改變小導角期的大小，可以改變明態供電電流。改變暗態串聯供電電阻的大小，可以改變暗態供電電流。二者互補供電，從而具有以下特點；1.串聯供電電阻在單向可控矽關斷時供電，小導角開關穩壓源在單向可控矽接通時供電，二者明暗態互補供電，各展所長，可使全周期直流供電平穩穩定，供電能力增強，從而可以增加如遙控接收解調等電路單元以增強調光開關的功能和性能。
2.由於小導角明態供電是可控矽導通時的供電方式，因而可以取消對可控矽導通角的限制，實現全周期調光。
3.小導角期明態供電是主控電流，只一小部分電能用作供電，大部分用作白熾燈燈絲髮光，沒有電能浪費。
4.小導角穩壓源小導角期穩壓導通的時間不及交流半周期的十分之一，且瞬時電流也小，使得小導角穩壓源功耗很小。
下面，結合一個實施例對本發明作進一步的闡述

圖1是實施例的電路原理圖，圖2是實施例的外觀結構示意圖，圖3、圖4分別是SM7232觸摸無級調光開關、M668觸摸分檔調光開關電路原理圖。下面結合附圖進行說明。
實施例包括主控器、主控電路、明態自身供電電路、暗態自身供電電路、貯能濾波電路、紅外遙控接收解調單元電路、觸摸信號電路、回零脈衝取樣電路和時鐘電路。
主控器P1採用微單片機PIC16C54，經在其內固化本技術方案的控制程序製造。
PIC16C54是八位全靜態EPROM微單片機，CMOS工藝製造。內部EPROM512×8位，通用寄存器26個，特殊功能寄存器6個。外部18隻引腳，12個是輸入輸出端，分為A口4位，B口8位，每個輸入輸出端都具有二個反接的保護二極體。本方案使用了B口的7位，A口P1的1、2、17、18腳閒置可作它用。附圖1將其接地。下面將P1各引腳的功能及定義介紹如下P1的11腳可控矽控制輸出端，P1的12腳小導角開關控制電壓輸出端。
P1其它引腳的功能和設置情況如下P1的6腳遙控信號輸入端，P1的7腳觸摸調暗輸入端，P1的8腳觸摸調亮輸入端，P1的9腳觸摸開關輸入端，P1的10腳回零脈衝取樣輸入端，P1的13腳未用接地。P1的15腳接VSS公共地電源負端，P1的14腳為正電源VDD，P1的15、16腳晶振時鐘輸出輸入端。P1的14腳是啟動復位接正電源。P1的3腳為外計數輸入無用接正電源。
P1適用電源電壓2.5～6.25伏，輸出驅動電流高電平最大20MA，低電平最大25MA。
控制器P1具有如下主要功能；1.調光信號記憶和輸出。124個亮度等級。
2.控制小導角開關穩壓源。
3.觸摸信號檢測。
4.漸變式調光。分為快速漸變式調光和慢速漸變式調光。
5.回零脈衝檢測。
6.紅外遙控信號的解碼和控制輸出。
主控迴路由橋式整流器DD、電感L、可控矽SCR、三極體G1及電阻R8組成。主控迴路是白熾燈電流的主要通道，本電路屬常見單矽全橋方案的變形。電感L是為防止主控電流幹擾交流電源和輻射電磁波而設置的。橋式整流器DD的輸入端與電網、白熾燈泡接通。橋式整流器DD的輸出負端接地，輸出正端接可控矽SCR陽極，可控矽SCR陰極接三極體G1的集電極，G1的發射極接地，可控矽SCR的觸發極經R8接主控器P1的11腳。主控迴路中的元件最大允許電流要相互一致，相對白熾燈負載留出足夠裕量。
明態自身供電電路，由三極體G1和G2(接成複合管，也可採用達林頓管或放大係數特大的一隻三極體，總之G1、G2的複合放大倍數要滿足G1實現主控電流飽和導通的要求。)及穩壓管JW1、二極體D1和電阻R14。G1和G2的集電極與SCR的陰極連接，G1的發射極接地，G2的發射極與G1的基極連接，G2的基極連接JW1的正極和R14，通過R14與P1的12腳連接，JW1的另一端接G1的集電極。D1的正極與G1的集電極連接，D1的負極接貯能濾波輸入節點A1。
暗態供電電路由R15組成，一端接可控矽SCR陽極，另一端接節點A1。
貯能濾波電路由穩壓管JW2，電解電容C5、C6、電容C4、電阻R10及電阻R16組成。節點A1是貯能濾波電路的輸入端，連接有二極體D1的負極、電解電容C6的正極、電阻R10、電阻R15。C6的負極接地。R10的另一端接直流電源正極A6。A6還接有電解電容C5的正極、電容C4的一端、穩壓管JW2的負極。C6、C5和JW2的另一端接地。電阻R16一端接A6，另一端接地。R16在交流電掉電時可快速放電，對於主控器重新啟動十分有利。
觸摸信號電路，由橋式整流器DD、主控器的觸摸輸入端和觸摸輸入電路組成。觸摸輸入電路設置了三個觸摸輸入端組，分別由觸摸極板CM1、CM2、CM3，電容C10、C11、C12，電阻R11、R12、R13組成。
回零脈衝取樣電路，由三極體G3，電阻R4、R5組成。G3的基極經R3接正電源，G3的集電極接P1的10腳。R4的一端接G3的集電極，另一端接可控矽SCR的輸出正端。回零脈衝取樣用於同步50赫茲交流電源。三極體G3接成了恆流源以替代常見的電阻分壓回零脈衝取樣電路。可對呈小尖峰的回零脈衝起到很好的展寬和整形作用。
主控器P1的時鐘電路由晶振C9、電阻R7、電容C7、C8組成。電容C7一端接P1的16腳，另一端接地。C8一端通過電阻R7接P1的15腳，另一端接地。晶振C9一端接P1的16腳，其另一端與C8、R7之間的節點A2連接。晶振的諧振頻率為3.5795兆赫。由於晶振頻率十分穩定，所以可控矽的導通角穩定，帶來白熾燈亮度的高度穩定。
紅外遙控接收解調單元電路由紅外接收專用集成電路C×20106A、接收光敏二極體D1和電阻R1、R2、R3、電容C1、C2、C3組成。解調輸出的紅外遙控信號經R9送入P1的6腳。紅外遙控接收單元採用的是通用接收單元，只不過屏蔽要求嚴格。不使用紅外遙控可將P1的6腳接高電平。
本調光開關以交流電半周期為基本工作周期，在時序上將每個工作周期分解為回零脈衝檢測段(上交流半波的175～180度和本次半波的1～2度)，觸摸信號檢測段(2～4度)，調相調光段(4～161度)，小導角直流供電段(152～178度)，四個階段。個別段界是交叉銜接的。同時，為了不同的需要，段界可在一定範圍內調整。
調光開關可製作成附圖2的結構，各單元電路設置在電路板1上，電路板1固定在殼體2內，在殼體2的表面設置有紅外線透過窗口4和指觸感應凹坑3。
調光開關在接入電網時自身帶電，調試時應注意防止觸電。
固化在主控制器P1內專用控制程序的說明；P1編程採用PIC微單片機專用彙編語言編程。P1專用控制程序以交流電半周期為基本處理周期或工作周期，起點是回零脈衝上升沿，終點是回零脈衝低電平，周而復始工作。計時採用P1的F1定時時鐘，分頻係數為64，F1的一個計數為一個定時單元。當採用3.5795兆赫晶體時，每個交流電半周期可分成近140個定時單元。標號為0至139，每個定時單元約佔1.28度相角。定時單元與技術方案的實時處理對應關係如下；0至1單元觸摸信號延時。(保持可控矽在關閉狀態)。
2單元觸摸信號採集。
2至125單元調相調光，對應1至124個亮度等級。1為最亮，124為最暗。
120單元為明態供電開始，亮度等級值在110以下則小導角開關穩壓電路穩壓導通進行明態供電至137單元關閉。
134至139單元進行回零脈衝檢測，同步交流電源。
下面分述各種功能的實現。
1，亮度信號輸出。
當前的亮度等級是寄存在亮度寄存器內。從2定時單元起(1亮度等級)，定時單元號寄存器伴隨定時器F1增加的同時，逐次與亮度寄存器的內容比較，當二值相等時，置P1的11、12腳為高電平，觸發SCR導通，G1飽和導通，接通主控電流。在以後的單元將復位P1的11腳，從而觸發SCR的信號為窄脈衝信號。主控器在亮度等級最低時將自動關閉亮度輸出。
2，觸摸信號檢測。
觸摸信號檢測的實現分為信號延時和採樣兩個階段。在延時階段，首先保持P1的11腳為低電平，在0、1單元進行初相延時，延時至初相3.5至4.5度，相瞬時電壓大約為19伏至24伏，延時結束。進入採樣階段，微單片機P1讀取7、8、9腳的狀態並保存到觸摸寄存器，以備分析和利用。為了克服各種幹擾，程序設計累計觸摸0.60秒有效。
3，回零脈衝檢測。
按照技術方案的設計，在134定時單元以後進行回零脈衝檢測，主控器讀回零脈衝輸入端的電平，順序如下；先判斷低電平的出現，如果沒有就反覆。低電平出現了就開始讀高電平，如果沒有就反覆，讀到了程序就開始下一個周期。回零脈衝的適當提前讀取是為防止交流電源頻率偏高而設。
4，亮度漸變輸出。
漸變式調光可以提高人眼感光的舒適度，並且有利於提高白熾燈的使用壽命。主控器的漸變式調光分為快速漸變和慢速漸變。快速漸變式調光以設定值為目標，從當前亮度等級開始，以每個周期變化一個亮度等級的速度向設定值變化。慢速漸變式調光在向目標變化的同時，要在每個亮度等級停留一段時間，其停留的周期數存放在慢速寄存器中。為了使得漸變柔和，本方案的停留周期數公式為當前的亮度等級除以16取整加1。
5，紅外遙控信號的接收和解碼。
主控器在每個定時單元都對其6腳採樣一次，通過對採樣數據的分析，核對為正常的遙控碼，即按其碼進行相應的處理。
權利要求
二線制寬相角紅外遙控、觸摸多功能調光開關，包括主控器、主控電路、明態供電電路、暗態供電電路、貯能濾波電路、觸摸信號電路、紅外遙控接收單元電路、回零脈衝取樣電路和時鐘電路。其特徵為明態自身供電電路為串聯在單矽全橋主控迴路中的受主控器控制可穩壓導通或飽和導通的；在交流電半周期的小導角期為自身明態供電的小導角開關穩壓源，小導角開關穩壓源電路，由三極體G1和G2(接成複合管，也可採用達林頓管或放大係數特大的一隻三極體)及穩壓管JW1、二極體D1和電阻R14組成，G1和G2的集電極與主控迴路中可控矽SCR的陰極連接，G1的發射極接地，G2的發射極與G1的基極連接，G2的基極連接JW1的正極和R14，通過R14與主控器P1的小導角控制輸出端12腳連接，JW1的另一端接G1的集電極，D1的正極與G1的集電極連接，D1的負極接貯能濾波電路輸入接點A1。
全文摘要
本發明公開了一種二線制寬相角紅外遙控、觸摸多功能調光開關。這種開關包括主控器微單片機PIC16C54、主控迴路、自身供電電路、觸摸信號電路和紅外遙控接收等電路。其特點是調光開關的主控器為微電腦，主控迴路中串接了一自身明態供電單元，實現了二線制寬相角調光和自身平穩供電及紅外遙控、指觸感應控制和無極性接法。本發明可實現白熾燈強、中、弱分擋調光、124個亮度等級的無級調光、漸明、漸暗、節日燈閃爍、定時關燈等多種調光功能。
文檔編號H05B39/04GK1126418SQ9511395
公開日1996年7月10日 申請日期1995年11月30日 優先權日1995年11月30日
發明者劉霖春 申請人:劉霖春