超微功耗紅外感應開關的製作方法

2023-07-17 16:37:36 1

專利名稱：超微功耗紅外感應開關的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微功耗值守開關技術，尤其是涉及一種用於電池供 電的電器微功耗值守開關技術，特別適用於電子鎖具領域。
背景技術：
微功耗值守開關技術一直是家電行業的熱門話題。為了方便使用，很多
家用設備的電源是24小時常開的，以等待用戶的隨時開啟，這就會消耗一部 分電能。對於用220V供電的設備會造成能源浪費，而在用電池供電的設備中 則會很快耗盡電池，這是用戶所不希望的。
指紋鎖，IC卡鎖，無線感應卡鎖，紅外遙控鎖等現代電控門鎖，有很大 一部分是用電池供電的。這就涉及到一個無人開門時的值守功耗問題。
用一個機械接觸式的開關來開關供電電源，是可以解決這個問題的，但 作為一種高檔次的產品，機械開關使用不方便，可靠性也較差。例如指紋鎖， 本來一伸手指就能開門的，現在要先按開關接通電源，再用指紋開門，開門 後還要記得關閉電源。設計者往往是不大願意採用的，取而代之的是一些非 接觸式的感應開關。例如用熱釋電紅外傳感器的感應開關，電容式的感應開 關等等，但這些設計都只能做到毫安級的值守功耗。包括一些國外進口電控 鎖，例如韓國的一些指紋鎖，IC卡鎖，實測平均電流在1.6毫安以上。以普 通鹼性5號電池容量2000tnAh來計算，這類毫安級裝置只能支撐2 ~ 3個月， 就需更換電池了。
發明內容
有鑑於此，如何能提供一種結構簡單，自身功耗低，工作可靠的微功 耗值守開關技術成為迫在眉睫的問題。
本實用新型的設計人憑藉多年從事各類電子技術和鎖具的研究、開發 與生產經驗，經反覆研究論證後，終得出本發明中的一種用於電控門鎖的 超微功耗紅外感應開關製品。
本實用新型一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於，設有佔空比為
1/500以下的脈衝發生器形成小於2毫秒紅外光產生的控制脈沖信號，其 後連接設有脈衝輸出驅動電路，驅動電路連接有紅外光發射管，紅外光發射 管通過紅外光與紅外光接收管相耦合控制，紅外光接收管控制單穩態延時 器，單穩態延時器的輸出連接有輸出驅動電路。
本實用新型進一步特徵在於所述的脈沖發生器的佔空比為1/2000以下， 脈衝發生器形成的紅外光產生的控制脈衝信號小於200微秒，所述脈沖驅動 電路設有一開關》文大管T4。
所述脈沖發生器構成包括一D觸發器仏A，其觸發D端接地，輸出Q端接 有形成寬脈沖積分迴路時間常數T2電阻R2、電容C"輸出5端接有形成窄脈 沖積分迴路時間常數L電阻Rs、電容d，其中L與T,之比大於500。
所述脈衝發生器構成包括一D觸發器IU,其觸發D端接地，輸出Q端接 有形成寬脈衝積分迴路時間常數T2電阻R2、電容C"輸出。端接有形成窄脈 衝積分迴路時間常數L電阻Rs、電容d,其中L與L之比大於2000。
所述脈沖發生器構成包括一D觸發器IU,其觸發D端接地，輸出Q端接 有形成寬脈衝積分迴路時間常數T2電阻R2、電容C2串聯:接地，電阻R2並接一 連接於D觸發器U2A的Q端和R端的二極體D"輸出5端接有形成窄脈衝積 分迴路時間常數T,電阻Rs、電容d串聯接地，電阻Rs並接一連接於D觸發器 U2A的Q端和S端的二極體D2，直流電源聯接到D觸發器U2A的UCC端和CP端。
所述脈衝發生器構成包括一 D觸發器U2A，其輸出端5端接脈沖輸出驅動 電路，脈衝輸出驅動電路包括輸入通過一限流電阻接到的三極體T,的基極， 三極體T,的輸出端一路通過一電阻或經一發光二極體LED1和電阻l串聯連接 電源，另一路通過一電阻R2連接到開關放大管，開關放大管為三極體丁4。
所述脈衝輸出驅動電路的三極體T4輸出連接到紅外光發射管LED2，紅 外光發射管LED2經電阻R,接地。
所述紅外光發射管LED2通過紅外光與紅外光接收管Te相耦合，紅外光接 收管L通過電阻Ru連接到電源，紅外光接收管L和電阻Rn的連接端接單穩 態延時器的D觸發器U2B的CP端。
所述D觸發器IU、 U2B由一片CMOS雙D觸發器構成，所述電源是微功耗 穩壓器仏構成的。
所述單穩態延時器構成包括一 D觸發器U2B,其觸發端D接電源，另 一觸發端S接地，輸出Q—路通過積分迴路電阻R:。、電容C3串聯接地，積 分迴路電阻R!。、電容C3串聯中點接D觸發器U2B的R端；輸出Q的另一路 通過電阻R13、電容C4串聯的中點連接輸出驅動電路的三極體L和三極體 的L級聯放大開關電路輸出。
本實用新型提供了 一種微安級值守功耗的紅外感應開關。
本實用新型由脈衝發生器，脈衝輸出驅動，紅外光發射管，紅外光接收管， 單穩態延時器，開關輸出驅動，微功耗穩壓器等單元組成。
所述脈衝發生器由CMOS雙D觸發器經過特殊處理，產生一個佔空比達到 3000以上的脈衝串來驅動一個紅外光發射管，每個有效工作脈衝寬度僅為 0. 1毫秒；
所述紅外光發射管的限流電阻為幾十歐姆阻值，因此能產生一個電流為 幾百毫安幅值的較強紅外發射脈衝；
所述紅外光接收管僅在收到紅外光發射管經過遮擋物的反射脈衝後，才 觸發一個由CMOS D觸發器構成的單穩態延時開關，由於是邊沿觸發的，因此 0.1毫秒脈寬的脈衝也能使之可靠地工作；
所述微功耗穩壓器把供電電源穩定到一個較低值，以確保裝置的工作穩 定性。
由於本實用新型採用了上述技術方案，CMOS雙D觸發電路本身工作電流 為l微安，紅外光接收管在無信號時暗電流為0. l微安，其餘放大電路的非 導通電流亦為O. l微安，對於紅外發射脈沖，幾百毫安電流幅值，0.1毫秒脈 寬，300毫秒以上周期，每秒鐘所累計消耗的能量也是一個極微小的值，從而 構成一種超微功耗的紅外感應開關，使得用戶設備的值守功耗得以大幅度下
降，有效地延長了電池供電設備的值守期限。
本實用新型適用於電池供電設備，因而可以廣泛應用於有低耗電量要求 的家用場合。


附圖1為CMOS雙D觸發器真值表。
附圖2為本實用新型電氣原理及A、 B點的波形示意圖。
附圖3為本實用新型電氣原理示意框圖。
具體實施例
本實用新型由脈衝發生器，脈衝輸出驅動，紅外光發射管，紅外光接收 管，單穩態延時器，開關輸出驅動，微功耗穩壓器等單元組成。
所述脈衝發生器由CMOS雙D觸發器之一的D觸發器U2A及外圍元件接成 特殊用途構成。
U2A的時鐘端CP接高電平，數據端D接低電平。電源端Vcc接高電平，電 源端Gnd接低電平。
U2A的輸出端Q'、電阻R8、 二極體D2、電容C1構成微秒級窄脈衝積分迴路， 用於對U2A的S端置位。U2A的輸出端Q、電阻R2、 二極體D"電容C2構成毫 秒級寬脈衝積分迴路,用於對U2A的R端復位。
從圖1CM0S雙D觸發器真值表中可得知，本裝置在上電時的初始狀態為 IU的輸出端Q為"0" ， Q'為"1";寬脈衝積分迴路的C2通過D1、 Q快速放 電；窄脈U2A 的5端由"1" 回到"0"，觸發器完成一次翻轉過程；
接著窄脈沖積分迴路的C1通過D2、 Q'快速放電；寬脈衝積分迴路的Q的"
1" 電平通過R,對C2充電，當C2電平上升到R端的轉折電壓VTR時，觸發器
U2A被復位，此時U2A的Q端由"1" 回到，，0" ， IU的Q端由，'0" 變為" 1",觸發器再次完成一次翻轉過程；
這樣，D觸發器就完成了一個脈沖振蕩周期。U2A的^端就能輸出一個 周期T-L十T2的脈衝波。
窄脈沖積分迴路的時間常數T, 0. 66 Rsd為脈衝截止時間。例如設計 成1\ = 100微秒，可取Rs-47K， C 3300 pF。
寬脈衝積分迴路的時間常數T2 0. 66 RA為脈沖持續時間。例如設計 成T2 - 300毫秒，可取R2-10M, C2 - 0. 047jliF。
這樣，脈衝波的佔空比就能達到1比3000。
所述脈沖輸出驅動部分由電阻R5、電阻Rh NPN三極體L、發光二極體 LER構成電平轉換及反向迴路，電阻113、 PNP三極體L、電阻R,構成驅動紅 外發射二極體LED2的直流開關放大迴路，直流開關放大迴路能對於窄脈衝可 靠地工作。
U2A的輸出端。通過R5控制T,的導通與截止，R" LEDi為1\負載，LED, 用以指示脈衝發送狀態。仏A的輸出端5脈衝信號經L電平轉換及反向後，由 L的集電極輸出端通過R3控制L的導通與截止。R,、 LED2為T4的負載。
所述紅外光發射管LED2在IU的巧的控制下，由於限流電阻R,選用了幾 十歐姆較小的阻值，故能輸出幾百毫安電流幅值的高佔空比的較強紅外脈沖。 調整RJ且值，可改變本裝置的紅外感應距離。
所述單穩態延時器由CMOS D觸發器U2B接成特殊用途構成。
U3的數據端D接高電平，置位端S接低電平。
U2B的輸出端Q、電阻R,。、電容C3構成秒級寬脈衝積分迴路，用於對仏B 的R端復位，產生一個單穩態延時信號。
時間常數T^ 0. 66 RwC3為脈沖持續時間。例如i殳計成T3 - 2. 0秒，可取 R10-1.4M， C3 = 2.2jaF。
所述紅外光接收管L的集電極輸出端， 一路接上拉負載電阻Ru,另一路 接到D觸發器U2B的時鐘端CP,作為秒級單穩態延時器的觸發信號。
當所述紅外光發射管LED2前端沒有遮擋物時，紅外光接收管L只有0.1 微安的暗電流，U2B單穩態延時器不動作，U2B輸出端Q為"0" 電平；
當所述紅外光發射管LED,前端有遮擋物時，紅外光接收管T6導通，IJ2B秒
級單穩態延時器被觸發，U2B輸出端Q由"0" 翻轉到"1" 電平；
U2B輸出端Q的"1" 電平通過IU對C3充電，當C3電平上升到R端的轉
折電壓V^時，觸發器仏B被復位，此時U2B的Q端由"1" 電平回到，，0" 電
平，完成一次延時過程；
所述開關輸出驅動部分由電阻Ru、電容C,、 NPN三極體L、電阻117構成
電平轉換及反向迴路；電阻R" PNP三極體Ts構成直流開關放大迴路。 所述單穩態延時器U2B輸出端Q通過Ru控制L導通與截止。 U2B輸出端Q延時脈沖經T3電平轉換及反向後，由Ts集電極輸出端通過
R4控制L導通與截止。L為O.C.門輸出結構，L的集電極輸出端即為主系統
的電源控制端。
本裝置與用戶主系統電源共地。
所述微功耗穩壓器仏把本裝置供電電源穩定到一個較低值後，再對CMOS 雙D觸發器l/2A,化B供電。例如採用HT7130，靜態電流僅3. (M敬安。當供電 電池用舊了，電壓下降了，本裝置的特性參數仍可保持不變，而所述微功耗 穩壓器仏本身功耗又能做到很小，這也是本裝置能維持超微功耗特性的一個 重要措施。
本裝置共用了 一片CMOS雙D觸發器，充分利用了雙D觸發器特殊接 法的資源特性，避開了用單片機等其它手段實施所引起的資源浪費，為微 功耗值守開關市場開拓了一個可行的低成本實施方案。
另外，上述僅對本實用新型中的一具體實施例加以說明，但並不能作 為本發明的保護範圍，凡是依據本發明中的設計精神所作出的等效變化或 修飾，如僅僅是極性相反或三極體由NPN改為PNP而相應改變的電路等， 均應認為落入本實用新型的保護範圍。
權利要求1. 一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於，設有佔空比為1/500以下的脈衝發生器形成小於2毫秒紅外光產生的控制脈衝信號，其後連接設有脈衝輸出驅動電路，驅動電路連接有紅外光發射管，紅外光發射管通過紅外光與紅外光接收管相耦合控制，紅外光接收管控制單穩態延時器，單穩態延時器的輸出連接有輸出驅動電路。
2. 根據權利要求l所迷的一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於所述 的脈衝發生器的佔空比為1/2000以下，脈衝發生器形成的紅外光產生的控制脈 衝信號小於200微秒，所述脈衝驅動電路設有一開關放大管(T4)。
3. 根據權利要求l所述的一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於所述 脈衝發生器構成包括一D觸發器(IU),其觸發(D)端接地，輸出(Q)端接有形成 寬脈衝積分迴路時間常數(T2)電阻(R2)、電容(CJ,輸出(⑦端接有形成窄脈衝 積分迴路時間常數(TJ電阻(Rs)、電容(d)，其中(T》與(T!)之比大於500。
4. 根據權利要求2所迷的一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於所述 脈衝發生器構成包括一D觸發器(IU)，其觸發(D)端接地，輸出(Q)端接有形成 寬脈衝積分迴路時間常數(T2)電阻(R2)、電容(C2)，輸出(Q)端接有形成窄脈衝 積分迴路時間常數(T,)電阻(Rs)、電容(d),其中(T2)與(T1)之比大於2000。
5. 根據權利要求l、 2、 3或4所述的一種超微功耗紅外感應開關，其特徵 在於所述脈衝發生器構成包括一D觸發器(IU),其觸發(D)端接地，輸出(Q) 端接有形成寬脈衝積分迴路時間常數(T2)電阻(R2)、電容(C2)串聯接地，電阻(R2) 並接一連接於D觸發器(U2A)的(Q)端和(R)端的二極體(D1),輸出(Q)端接有形 成窄脈衝積分迴路時間常數(T1)電阻(Rs)、電容(C1)串聯接地，電阻(Rs)並接一 連接於D觸發器(U2A)的(Q)端和(S)端的二極體(D2)，直流電源聯接到D觸發器 (U2A)的(UCC)端和(CP)端。
6. 根據權利要求5所述的一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於所述 脈衝發生器構成包括一D觸發器(IU),其輸出端(Q)端接脈衝輸出驅動電路， 脈衝輸出驅動電路包括輸入通過一限流電阻接到的三極體(T1)的基極，三極體0\)的輸出端一路通過一電阻或經一發光二極體(LEDI)和電阻(IO串聯連接 電源，另一路通過一電阻(R》連接到開關放大管，開關放大管為三極體(T4)。
7.根據權利要求6所述的一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於所 述脈沖輸出驅動電路的三極體0\)輸出連接到紅外光發射管(LED2)，紅外光 發射管(LED2)經電阻(R9)接地。
8. 根據權利要求7所述的一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於所述 紅外光發射管(LED》通過紅外光與紅外光接收管(T6)相耦合，紅外光接收管(T6) 通過電阻(Ru)連接到電源，紅外光接收管(T6)和電阻(Ru)的連接端接單穩態延 時器的D觸發器(U2B)的(CP)端。
9. 根據權利要求8所述的一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於所述 D觸發器(U2A) 、 (U2B)由一片CMOS雙D觸發器構成，所述電源是微功耗穩壓器 (仏)構成的。
10. 根據權利要求9所述的一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於 所述單穩態延時器構成包括一D觸發器(U2B),其觸發端(D)接電源，另一觸 發端(S)接地，輸出(Q)—路通過積分迴路電阻(RJ、電容(C》串聯接地，積 分迴路電阻(IU)、電容(C3)串聯中點接D觸發器(U2B)的(R)端；輸出(Q)的另 一路通過電阻(R13)、電容(C4)串聯的中點連接輸出驅動電路的三極體(T3)和 三極體的(T5)級聯放大開關電路輸出。
專利摘要本實用新型涉及一種微功耗值守開關技術，尤其是涉及一種用於電池供電的電控門鎖的微功耗值守開關技術。本實用新型一種超微功耗紅外感應開關，其特徵在於，設有佔空比為1/500以下的脈衝發生器形成小於2毫秒紅外光產生的控制脈衝信號，其後連接設有脈衝輸出驅動電路，驅動電路連接有紅外光發射管，紅外光發射管通過紅外光與紅外光接收管相耦合控制，紅外光接收管控制單穩態延時器，單穩態延時器的輸出連接有輸出驅動電路。本實用新型使得用戶設備的值守功耗得以大幅度下降，有效地延長了電池供電設備的值守期限。特別適用於電池供電設備，因而可以廣泛應用於有低耗電量要求的家用場合。
文檔編號H03K17/795GK201210671SQ20082000736
公開日2009年3月18日 申請日期2008年3月24日 優先權日2008年3月24日
發明者赤 應 申請人:赤 應