智能光控開關器的製作方法

2023-04-23 04:02:41

專利名稱：智能光控開關器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種電源開關技術領域的器件，具體是一種智能光控開關器。
背景技術：
眾所周知，許多公共場所的照明裝置晚上開啟後，時常到了白天仍舊"燈火通明"，尤其是辦公大樓裡的公共盥洗室和走道的燈光。要克服這種公共場所長期存在的"長明燈"現象，除了需要增強每個人的節能意識外，最根本而且最有效的辦法是採用先進的技術予以解決。
有關自動節能開關器的技術，至今已經種類繁多，但是，概括地說，幾乎是因為，或結構複雜、或售價高(技術成本高)、或工作環境要求苛刻、安裝不方便，而造成自動節能開關器沒有得到廣泛普及，這從當前諸多新蓋大樓的公共盥洗室和走道燈光沒有安裝自動節能開關器可以得到證實。
經對現有技術文獻的檢索發現，專利申請號92107340.2，授權公告號CN1020839C，記載了一種"全自動電子節能開關"，採用微波傳感器作為探頭，其輸出經採樣比較器接一個延時電路，由光敏元件構成的光接收器接門電路組成的光比較器的一輸入端，光比較器的輸出和延時電路的輸出分別接邏輯比較電路的兩個輸入端，邏輯比較電路的輸出接照明燈的開關控制電路，同時反饋接光比較器的另一輸入端。該發明裝置能使所控的照明燈白天不亮，夜晚無人時不亮，人來燈亮，人離後自動關滅，適用於任何公共場所的照明燈的控制。該技術工作有效性值得肯定，但是其結構複雜、造價高、現場安裝繁瑣也是無法迴避的事實，因此難以被推廣應用。更為要緊的是，大部分情況下並不允許在人進入公共場所之前，先讓人忍受"黑燈瞎火"的疑惑乃至恐懼，這也是該技術缺乏"以人為本"的先天不足。
另經檢索發現，曹勝男等題目為"光控照明電路的原理與設計"的文章(《河北工業科技》2009年第26巻第3期)介紹了採用光敏電阻和照明控制繼電器為基本元件組成的照明光控制電路，這種照明光控制電路的特點是可以根據光線的亮度自動控制照明，與人工操作比較，開關及時，具有好的節能效果，並介紹了其電路組成、工作原理和參數設計。但是該技術的主要不足之處在於(1)在運行中參考電壓固定不變，因此，在環境光強度隨機變化的情況下，它不具備開關閾值的自調整能力；(2)該項技術要求開關必須安裝於能夠直接接收自然光的環境下，因此無法實現其開關功能與常規開關的一體化。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種智能光控開關器，不僅實現夜間開啟、白天關閉電源的基本功能，而且能夠做到自動開關與常規開關的一體化，同時，更為重要的是該開關器能夠安裝在室內的任何合適位置，並不強求一定要安裝在能夠直接接收自然光的地方，因此，該項技術是一種節能而且富有人性化的開關技術。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括電源模塊、光敏傳感模塊、信號放大邏輯模塊、電子開關、手動開關和照明燈具，其中電源模塊的火線輸入端點依次與照明燈具和手動開關串聯後連接至交流市電火線，電源模塊的地線輸入端點與交流市電地線連接，電源模塊的輸出端點連接至信號放大邏輯模塊的輸入端。
所述的電源模塊，包括全橋整流器、降壓電阻器和穩壓二極體，其中全橋整流器由四個整流二極體構成橋式整流電路，其輸入端通過照明燈具和手動開關串聯後連接交流市電，其輸出端的正極與電子開關的源極及降壓電阻器的輸入端點連接，降壓電阻器的輸出端點與穩壓二極體的正極連接，同時連接信號放大邏輯模塊的電源正極，電子開關的漏極與全橋整流器的輸出端負極連接。降壓電阻器的輸出端點與全橋整流器的輸出端負極之間構成了直流低電壓輸出電源供給信號放大邏輯模塊。
所述的光敏傳感模塊，包括人造燈光敏傳感器和自然光敏傳感器，其中人造燈光敏傳感器的受光平面的水平仰角為135。，用於接收人造燈光強度轉換為電信號輸出，稱之為第一光電信號輸出；自然光敏傳感器的受光平面與水平面成90。角且面向窗戶或通透自然光的方向，用於接收自然光強度轉換為電信號輸出，稱之為第二光電信號輸出。
所述的信號放大邏輯模塊，包括偏置電阻器、差動運算放大器、非門電路、或門電路、射極跟隨器和射極電阻器，其中偏置電阻器與自然光敏傳感器串聯後並接於穩壓二極體的兩端點，偏置電阻器與自然光敏傳感器的正極輸出端點連接點跟非門電路的輸入端連接、同時連接至差動運算放大器的負極輸入端點，非門電路的輸出端點連至或門電路的第一輸入端點，人造燈光敏傳感器的正極輸出端點連接至差動運算放大器的正極輸入端點，差動運算放大器的輸出端點連至或門電路的第二輸入端點，或門電路的輸出端點與射極跟隨器的基極連接，射極跟隨器的發射極通過射極電阻器串聯後接至全橋整流器的輸出端負極，射極跟隨器的發射極與電子開關的控制極連接，射極跟隨器的集電極連至降壓電阻器的輸出端點。
所述的射極跟隨器，是電晶體放大電路的一種形式，具有低輸出阻抗特性。所述的電子開關由雙向晶閘管構成，在手動開關閉合的情況下，當其控制極接收到射極跟隨器輸出的持續觸發信號時，晶閘管維持導通，220V市電通過低阻通路降電壓加在照明燈具的兩端使其正常發光、照明； 一旦射極跟隨器無觸發信號輸出，雙向晶閘管即刻截止，即雙向晶閘管的源、漏極之間不導通，此時照明燈具因失去低阻通路而不能獲得正常的照明電壓；當電子開關不導通的情況下，整個電路僅存在很小的電流維持著信號放大邏輯模塊的待機工作狀態。這也正是本發明技術能夠大幅度節電的原理和依據之所在。
所述的照明燈具，是指公共場所的照明燈具，通常安裝於屋頂天花板或垂直於地面的上方。
本發明開關器工作過程如下
人造燈光敏傳感器和自然光敏傳感器分別在人造燈光和自然光的照射下生成各自的電勢輸出；自然光敏傳感器生成的光電勢同時輸送至非門電路的輸入端和差動放大器的負極輸入端點；人造燈光敏傳感器生成的光電勢輸送至差動放大器的正極輸入端點；
在手動開關處於閉合的情況下，當環境處於相對黑暗狀態，如夜間且尚未打開照明燈具時，自然光敏傳感器沒有光電勢輸出，通過非門電路的轉換(倒相)以高電平加在或門電路的第一輸入端點，使得或門電路輸出高電平，導致射極跟隨器有功率信號由射極輸出至電子開關的控制極，使電子開關導通，照明燈具被"點亮"；這就是說，夜間只要手動開關處於閉合狀態，燈具自動"點亮"；夜間燈具"點亮"後，因為自然光敏傳感器缺乏相對強烈的自然光的輻射，僅受人造燈光微弱反射所輸出的光電勢小於人造燈光敏傳感器輸出的光電勢，因此人造燈光敏傳感器輸出的光電勢與自然光敏傳感器輸出的光電勢差通過差動運算放大器後仍然維持著高電平輸出，作用於或門電路的第二輸入端點時，使得或門電路繼續輸出高電平，因此繼續觸發電子開關保持導通，致使照明燈具連續"點亮"；當白天自然光透過窗戶照亮當前環境時，由於自然光敏傳感器輸出高電勢而且高於人造燈光敏傳感器輸出的光電勢輸出的電勢值，使得差動運算放大器輸出低電平，同時自然光敏傳感器輸出的高電勢經非門電路後被轉換成低電平，致使或門電路的兩個輸入端點均處於低電平，導致或門電路的輸出低電平，射極跟隨器被截止，維持電子開關導通的控制極觸發信號丟失，電子開關關閉，照明燈具"熄滅"，因此獲得良好的節能效果。
本發明結構簡單、現場安裝維護方便，不必要求將光敏傳感器安裝於室外或容易接收自然光照的地方，而且具有智能化節能的技術特點，與現有技術相比，本發明技術能夠根據人造燈光與自然光強度的相對關係來確定開關器供電或斷電的最優控制，在提供人性化技術服務的同時，節能效果達到65%以上，本發明處於待機狀態時的功耗小於0.5W。


圖l為本發明電氣結構框圖。圖2為實施例電路圖。
圖3為實施例機械結構示意其中(a)為正視圖，(b)為左視圖，(c)為右視圖。
圖4為實施示範舉例圖。
具體實施例方式
下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施
，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括電源模塊l、光敏傳感模塊2、信號放大邏輯模塊3、電子開關4、手動開關5和照明燈具6，其中電源模塊1的火線輸入端點依次與照明燈具6和手動開關5串聯後與交流市電火線連接，電源模塊l的地線輸入端點與交流市電地線連接，電源模塊1的輸出端點連接至信號放大邏輯模塊3的輸入端。
如圖2所示，所述的電源模塊l包括全橋整流器ll、降壓電阻器12和穩壓二極體13，其中全橋整流器ll由四個整流二極體構成橋式整流電路，其輸入端連接交流市電，其輸出端的正極與電子開關5的源極及降壓電阻器l2的輸入端點連接，降壓電阻器l2的輸出端點與穩壓二極體13的正極連接，同時連接信號放大邏輯模塊3的電源正極，電子開關5的漏極與全橋整流器ll的輸出端負極連接。降壓電阻器12的輸出端點與全橋整流器11的輸出端負極之間構成了直流低電壓輸出電源。所述四個整流二極體的型號為1N4007，降壓電阻器12電阻值為100kQ、功耗為1/2W，穩壓二極體13型號為2CW55、穩壓6. 8V。
如圖2、圖3b和圖4所示，所述的光敏傳感模塊2，包括人造燈光敏傳感器21和自然光敏傳感器22，前者的受光平面的水平仰角135。；後者的受光平面與水平面成90。角且面向窗戶或通透自然光的方向。人造燈光敏傳感器21和自然光敏傳感器22均採用單晶或多晶光伏電池片，光電性能參數為IV、 50mA，尺寸35mmX20mm。
如圖2所示，所述的信號放大邏輯模塊3，包括偏置電阻器31、差動運算放大器32、非門電路33、或門電路34、射極跟隨器35、射極電阻器36;偏置電阻器31與自然光敏傳感器22串聯後並接於穩壓二極體13的兩端點；偏置電阻器31與自然光敏傳感器22的正極輸出端點連接點跟非門電路33的輸入端連接，同時連接至差動運算放大器32的負極輸入端點；非門電路33的輸出端點連至或門電路34的第一輸入端點；人造燈光敏傳感器21的正極輸出端點連接至差動運算放大器32的正極輸入端點；差動運算放大器32的輸出端點連至或門電
7路34的第二輸入端點；或門電路34的輸出端點與射極跟隨器35的基極連接；射極躍隨器35的發射極通過射極電阻器35串聯後接至全橋整流器11的輸出端負極，同時，射極跟隨器35的發射極與電子開關4的控制極連接，集電極連至降壓電阻器12的輸出端點。所述偏置
電阻器31電組值為470kQ、功耗為1/2W，差動運算放大器32型號為^^709,非門!乜路33採用晶片74fa02晶片(二輸入四或l卩.門Tli路),或門電路34採用74^32 (二輸入四或門電路),射極跟隨器35型4為9014、射極i乜附器36電附值為4.7kQ、功耗為1/2W。
如閱2所示，所述的電子開關4由雙向晶閘管構成，雙向晶閘符的源極(陽極)巧il/電的火線(相線)連接，雙向品閘貸的漏極(陰極)與手動丌關5的第一端頭連接，手動丌關的第二端頭與照明幻'抖6的第一端頭連接，照明燈媽6的第二端頭與市電的地線(屮線)連接，雙向晶閘管的控制極與位兮放人邏輯模塊3的輸出接口連接。雙向晶閘管的參數為1A、柳V。
如糊3a 3c所示，所述的人造燈光敏傳感器21、自然光敏傳感器22及手動開關5的機械結構布局分為二種類型，其'l'，圖3a為適用本實施例開關器安裝位l:正好足正對輪房屎窗戶的牆壁上的結構類型圖3b為適用木實施例開關器安裝位置JI;好是其左側對著房屋窗戶的牆趣上約結構類型；圖3c為適用木實施例幵關器安裝位置m好是其右側對著房屌窗戶
他牆壁上的鮚構類型。d;上述類型中，人造燈光敏傳感器2i的平面位賞始終與水平面保持
135o仰角。
如圈4所示，為實施圖3a所示結構時的現場工作狀況，其中，W為受光面安裝角度的限fW，人造燈光敏傳感器21主要接收人造燈光輜射，自然光敏傳感器22主要接收向然光輜射，加之，自然光所含紫外線成分要火於人造燈光，受這種特定因素的影響，夜M開燈時，然光敏傳感器22的輸出光ili勢明顯小於人造燈光敏傳感器21的輸出光電勢，白天則恰恰相反，因此，本實施例的特殊i乜路、組成與結構達到了一種有效、智能的光控效果。
本實施例達到以卜冇益效架在f動開關處於閉合的情況下，當環境處於相對黑賠狀態，如夜間且尚未打開照明燈抖時，自然光敏傳感器沒有光電勢輸出，通過非門電路的轉換以高電平加在或門電路的第""fj入端點，使得或門電路輸出"電平，W致射極跟隨器有功率信母由射極輸出至電子開關的控制極,使電了開關導通，照明燈jt.被"點亮"；即，
夜間只要手動開哭處於閉合狀態.燈Kfi動"點亮"；夜間燈A"點亮"/r7，因為q然光敏傳感器缺乏相對強烈的A然光的額射，僅受人造燈光微弱反射所輸出的光電勢小於人造燈光敏傳感器輸出的光電勢，閃此人造燈光敏傳感器輸出的光電勢與fi然光敏傳感器輸出的光iU勢".通Jit動運舞:放大器後仍然維持著高電平輸出，作用於或門電路的第二輸入端點時，使得或門電路繼續輸出高電平，電子開關保持導通，照明燈具連續"點亮"；當白天自然光透過窗戶照亮當前環境時，由於自然光敏傳感器輸出高電勢而且高於人造燈光敏傳感器輸出的光電勢輸出的電勢值，使得差動運算放大器輸出低電平，同時自然光敏傳感器輸出的高電勢經非門電路後被轉換成低電平，致使或門電路的兩個輸入端點均處於低電平，導致或門電路的輸出低電平，射極跟隨器被截止，電子開關關閉，照明燈具"熄滅"
本實施例結構簡單、現場安裝維護方便且具有智能化節能的技術特點，能夠根據人造燈光與自然光強度的相對關係來確定開關器供電和斷電的最優控制，在提供人性化技術服務的同時，節能效果達到65%以上，本實施例處於待機狀態時的功耗僅為420mW。
權利要求
1.一種智能光控開關器，其特徵在於，包括電源模塊、光敏傳感模塊、信號放大邏輯模塊、電子開關、手動開關和照明燈具，其中電源模塊的火線輸入端點依次與照明燈具和手動開關串聯後連接至交流市電火線，電源模塊的地線輸入端點與交流市電地線連接，電源模塊的輸出端點連接至信號放大邏輯模塊的輸入端。
2 根據權利要求l所述的智能光控開關器，其特徵是，所述的電源 模塊包括全橋整流器、降壓電阻器和穩壓二極體，其中全橋整流器由四個整流二極體 構成橋式整流電路，其輸入端通過照明燈具和手動開關串聯後連接交流市電，其輸出端的 正極與電子開關的源極及降壓電阻器的輸入端點連接，降壓電阻器的輸出端點與穩壓二極 管的正極連接，同時連接信號放大邏輯模塊的電源正極，電子開關的漏極與全橋整流器的 輸出端負極連接，降壓電阻器的輸出端點與全橋整流器的輸出端負極之間構成了直流低電 壓輸出電源供給信號放大邏輯模塊。
3 根據權利要求l所述的智能光控開關器，其特徵是，所述的光敏 傳感模塊，包括人造燈光敏傳感器和自然光敏傳感器，其中人造燈光敏傳感器的受光 平面的水平仰角為1350，用於接收人造燈光強度轉換為電信號輸出為第一光電信號輸出； 自然光敏傳感器的受光平面與水平面成90。角且面向窗戶或通透自然光的方向，用於接收 自然光強度轉換為電信號輸出為第二光電信號輸出。
4 根據權利要求l所述的智能光控開關器，其特徵是，所述的信號 放大邏輯模塊，包括偏置電阻器、差動運算放大器、非門電路、或門電路、射極跟隨器 和射極電阻器，其中偏置電阻器與自然光敏傳感器串聯後並接於穩壓二極體的兩端點， 偏置電阻器與自然光敏傳感器的正極輸出端點連接點跟非門電路的輸入端連接、同時連接 至差動運算放大器的負極輸入端點，非門電路的輸出端點連至或門電路的第一輸入端點， 人造燈光敏傳感器的正極輸出端點連接至差動運算放大器的正極輸入端點，差動運算放大 器的輸出端點連至或門電路的第二輸入端點，或門電路的輸出端點與射極跟隨器的基極連 接，射極跟隨器的發射極通過射極電阻器串聯後接至全橋整流器的輸出端負極，射極跟隨器的發射極與電子開關的控制極連接，射極跟隨器的集電極連至降壓電阻器的輸出端點-
全文摘要
一種智能光控開關器，電源模塊、光敏傳感模塊、信號放大邏輯模塊、電子開關、手動開關和照明燈具，其中電源模塊的火線輸入端點依次與照明燈具和手動開關串聯後連接至交流市電火線，電源模塊的地線輸入端點與交流市電地線連接，電源模塊的輸出端點連接至信號放大邏輯模塊的輸入端。本發明技術能夠根據人造燈光與自然光強度的相對關係來確定開關器供電和斷電的最優控制，在提供人性化技術服務的同時，節能效果達到65％以上，本發明處於待機狀態時的功耗小於0.5W。
文檔編號H05B37/02GK101636024SQ20091030663
公開日2010年1月27日 申請日期2009年9月7日 優先權日2009年9月7日
發明者唐厚君, 張秀彬, 王廣富 申請人:寧波奧博爾電器有限公司