床頭燈紅外控制器的製作方法
2023-04-27 07:39:11 2
專利名稱：床頭燈紅外控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種人體紅外傳感器應用領域內的利用人體紅外線遙控床頭燈自動開關並附有觸摸感應調光功能的床頭燈紅外控制器。
背景技術：
目前，紅外傳感器多應用於報警、公共場所照明控制等方面，可控矽機械調光器僅應用於檯燈調光和電風扇調速。通常人們半夜起床時並未完全清醒，在黑暗中很難摸到照明開關，夜起頗感不便。通過中國專利檢索未檢索到床頭燈紅外控制器。
發明內容
針對人們夜起不便的情況，本實用新型提供一種仿機器人頭形絕緣外殼內裝利用人體紅外線遙控床頭燈自動開關並附有觸摸感應調光功能電路板的床頭燈紅外控制器。控制器安裝在床頭0.6米處，紅外遙感距離8米，遙感角水平120度，垂直為水平夾角±4度，強迫開關感應電極緊貼鼻頭絕緣殼內，增亮、減光感應電極緊貼左右臉頰絕緣殼內；夜入臥室床頭燈即亮；躺下則延時5秒熄滅，臥床夜讀可觸摸鼻頭強迫點亮床頭燈，通過觸摸左右臉頰調節床頭燈的16級亮度；睡時再觸鼻頭強迫床頭燈熄滅；夜起床頭燈即亮；離開臥室床頭燈延時熄滅；環境較亮時無紅外遙控功能，僅有觸摸控制功能。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是在仿機器人頭形絕緣外殼內裝有熱釋電型人體紅外傳感器、模擬/數字集成電路組成的電路板，它是利用熱釋電型人體紅外傳感器通過仿機器人頭形絕緣外殼眼鏡部位的菲涅爾透鏡接收人體紅外線，產生信號電壓經過二級運算放大器放大，使紅外遙感距離達8米，再經過比較器容錯比較，對保持電容快速放電，再通過光敏二極體組成的判斷電路進行比較，光敏二極體在白天電阻最低，不能觸發可控矽導通，控制器不能使床頭點亮；當環境黑暗時，光敏二極體阻值增大，則觸發可控矽導通，控制器使床頭燈點亮；紅外源消失後，信號採樣保持電容通過限流電阻緩慢充電，充電時間常數保持在5秒後使床頭燈熄滅。機器人頭形絕緣外殼鼻頭處的強迫開關為D型觸發器型，每觸摸一次D型觸發器則翻轉一次，一觸翻轉為開，再觸翻轉為關。開關為電容感應式，感應電極緊貼絕緣外殼內表面，絕緣外殼外表面無金屬電極，無觸電的可能。開關只有邏輯翻轉，沒有硬體磨損。控制器上機器人頭形絕緣外殼眉心處設有紅綠雙色發光二極體，顯示床頭燈開關的狀態，開則發紅光，關則發綠光。在鼻頭強迫開關的兩邊左右臉頰處設有調節床頭燈亮度的感應式增亮、減光開關，觸摸增亮或減光開關可以調節床頭燈的16級亮度。為了使感應開關位置易於識別定位觸摸，絕緣外殼設計成玩具機器人頭部形狀，體積類似於壁式開關，直接安裝在離床頭0.5～0.8m處，當人體高度處在紅外傳感器遙感範圍內，控制器控制床頭燈即亮，當人體高度低於或者走出紅外傳感器遙感範圍時，控制器控制床頭燈5秒鐘後自動熄滅。
本實用新型的有益效果是使人們夜入臥室時，控制器自動控制床頭燈亮，躺下時床頭燈延時5秒自動熄滅，夜起即亮，離開臥室延時熄滅。為方便人們臥床夜讀，控制器上設有感應式強迫開關，使控制器在紅外傳感器未接收人體紅外線時可以觸摸點亮床頭燈，並可觸摸感應式增亮、減光開關調節床頭燈的亮度，睡時再觸摸強迫開關使床頭燈熄滅。強迫開關及調光功能不受環境亮度約束。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳述
圖1為本實用新型一種實施例的仿機器人頭形絕緣外殼外觀結構立體圖圖2為本實用新型實施例中的仿機器人頭形絕緣外殼內部結構立體圖圖3為本實用新型實施例中的仿機器人頭形絕緣外殼後蓋內部結構立體圖圖4為本實用新型實施例中的電路原理方框圖圖5為本實用新型詳細電路圖圖1、圖2、圖3中1.(仿機器人頭形絕緣外殼)盒體，2.面板，3.菲涅爾透鏡，4.強迫開關，5.減光開關，6.增亮開關，7.紅/綠指示燈，8.耳部螺釘孔，9.嘴部螺釘孔，10.電源出入口，11.輸出插座，12.主電路板定位座，13.電源出入電路板定位座，14.紅/綠指示燈安裝孔，15.菲涅爾透鏡固定栓，16.菲涅爾透鏡安裝窗口，17.減光感應電極，18.強迫開關感應電極，19.增亮感應電極，20.輸出插座電路板定位座，21.嘴部螺釘套筒過孔，22.輸出插座孔，23.後蓋，24.後蓋緊固螺釘座，25.嘴部螺釘後蓋過孔，26.輸出插座孔定位擋板，27.後蓋緊固螺釘座過孔，28.電源出入安裝窗口。
圖4中29.交流穩壓直流電源，30.強迫開關感應電路，31.開關採樣保持電路，32.開關邏輯判斷電路，33.D型觸發翻轉電路，34.雙色發光指示燈，35.施密特震蕩電路，36.液晶遮光器，37.減光感應電路，38.增亮感應電路，39.數字亮度保持電路，40.紅外傳感電路，41.浮式運算放大電路，42.反相運算放大電路，43.電壓比較電路，44.信號採樣保持電路，45.光敏判斷電路，46.相位延遲比較電路，47.可控矽電路。
圖5中101.220伏交流電源，102.橋式整流，103.床頭燈(白熾燈泡)，104.單向可控矽，105.開關二極體，106.移相電容，107.移相電阻，108.相位比較器，109.單向導通二極體，110.全波整流波限流電阻，111.相位限流電阻，112.相位分壓電阻，113.移相電容，114.穩壓二極體，115.濾波電容，116.噪聲濾波電容，117.三端穩壓器，118.整流濾波電容，119.噪聲濾波電容，120.旁路電容，121.限流電阻，122.紅色發光二極體，123.綠色發光二極體，124.限流電阻，125.D型觸發器，126.施密特反相器，127.開關保持電容，128.限流電阻，129.洩放電阻，130.強迫開關比較器，131.二極體，132.二極體，133.穩壓電容，134.分壓電阻，135.自舉電阻，136.限流電阻，137.施密特反相器，138.光敏二極體，139.分壓電阻，140.施密特反相器，141.限流電阻，142.二極體，143.限流電阻，144.洩放電阻，145.信號採樣保持電容，146.比較器，147.限流電阻，148.穩壓電容，149.分壓電阻，150.限流電阻，151.信號濾波電阻，153.反饋電阻，154.反饋電容，155.反相運算放大器，156.限流電阻，157.穩壓電容，158.分壓電阻，159.耦合電容，160.反饋電容，161.反饋電阻，162.同相運算放大器，163.限流電阻，164.噪聲濾波電容，165.反饋保持電容，166.噪聲濾波電容，167.限流電阻，168.紅外傳感器，169.電源濾波電阻，170.濾波電容，171.分壓電阻，172.亮度保持電容，173.分壓電阻，174.3位加權電阻，175.2位加權電阻，176.1位加權電阻，177.0位加權電阻，178.可逆計數器，179.施密特反相器，180.施密特反相器，181.二極體，182.限流電阻，183.洩放電阻，184.保持電容，185.減光感應比較器，186.自舉電阻，187.限流電阻，188.二極體，189.洩放電阻，190.保持電容，191.增亮感應比較器，192.限流電阻，193.自舉電阻，194.保持電容，195.分壓電阻，196.反饋電阻，197.施密特反相器，198.震蕩電容，199.震蕩輸出，200.電壓射隨器，VCC.+5V直流電源。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本實用新型實施例的外觀是一仿機器人頭形的絕緣外殼盒體(1)，面板(2)的上半部眼鏡處突出一孤形，孤形表面裝有菲涅爾透鏡(3)，由菲涅爾透鏡固定栓(15)固定在菲涅爾透鏡安裝窗口(16)，菲涅爾透鏡(3)聚焦後的電路板上裝有紅外傳感器(168)，電路板由螺釘通過後蓋緊固螺釘座孔(27)固定在主電路板定位座(12)處，使後蓋(23)與盒體(1)結合成一整體安裝在床頭0.6米處；紅外傳感器(168)通過菲涅爾透鏡(3)確定其遙感範圍遙感距離8米，遙感角水平120度，垂直為水平夾角±4度。面板(2)中部的中間鼻頭為強迫開關(4)，強迫開關感應電極(18)緊貼在絕緣外殼鼻頭背面，強迫開關(4)的右邊臉頰為減光開關(5)，減光感應電極(17)緊貼在絕緣外殼右臉頰背面，左邊臉頰為增亮開關(6)，增亮感應電極(19)緊貼在絕緣外殼左臉頰背面。絕緣外殼為塑料品，用手觸摸開關位置時，與背面電極形成電容式感應，人體是個導體，相當於地電平，具有8伏的交流感應電壓，相對於本電路有80伏的交流感應電壓。當外殼厚度為1毫米時，背面電極與手指之間的電容約為5皮法左右，電極能感應到200毫伏的交流電壓，足以觸發開關動作。紅/綠指示燈(7)在菲涅爾透鏡(3)之上，紅/綠指示燈安裝孔(14)內，顯示強迫開關(4)的開關狀態，紅色為強迫打開狀態，綠色為關閉等待紅外觸發狀態。其頭頂後方是電源出入口(10)，市電(101)從此輸入、壁式床頭燈(103)電源從此輸出。盒體(1)的下方設有輸出插座(11)，插座電路板用螺釘固定在輸出插座電路板定位座(20)處，供臺式床頭燈(103)使用。盒體(1)的後蓋(23)上設有電源出入安裝窗口(28)，電源電路板固定在電源出入電路板定位座(13)處，使安裝不必打開後蓋(23)。當電源安裝完畢，把螺釘插入嘴部螺釘孔(9)，通過嘴部螺釘筒座過孔(21)和嘴部螺釘後蓋孔(25)，加上左右耳部螺釘孔(8)的螺釘，將控制器緊固在床頭牆壁上。夜入臥室或夜起時床頭燈自動點亮，當躺下或離開臥室時床頭燈延時5秒後熄滅，如需臥床夜讀，可觸摸強迫開關(4)打開床頭燈，並能通過減光開關(5)和增亮開關(6)調節16級亮度，睡時再觸摸強迫開關(4)關閉床頭燈。
控制電路板由交流穩壓直流電源(29)、強迫開關感應電路(30)、開關採樣保持電路(31)、開關邏輯判斷電路(32)、D型觸發翻轉電路(33)、雙色發光指示燈(34)、施密特震蕩電路(35)、液晶遮光器(36)、減光感應電路(37)、增亮感應電路(38)、數字亮度保持電路(39)、紅外傳感電路(40)、浮式運算放大電路(41)、反相運算放大電路(42)、電壓比較電路(43)、信號採樣保持電路(44)、光敏判斷電路(45)、相位延遲比較電路(46)、可控矽電路(47)所組成的。
紅外傳感電路(40)通過菲涅爾透鏡(3)的聚焦遙感人體紅外線，取得脈動信號電壓，浮式運算放大電路(41)對信號電壓進行第一級放大，反相運算放大器(42)進行第二級放大，使紅外遙感距離達8米，電壓比較電路(43)對放大的信號進行比較；信號採樣保持電路(44)對信號進行採樣保持延時；光敏判斷電路(45)對環境光線進行判斷，光敏二極體(138)在有光環境下阻值為3K歐，施密特反相器(137)判斷為零，可控矽電路(47)不能被觸發；當環境黑暗時，光敏二極體(138)阻值為10M歐，施密特反相器(137)判斷為1，可控矽電路(47)才能被觸發。增亮感應電路(38)的增亮感應電極(19)接受人體的交流感應電壓對數字亮度採樣保持電路(39)的電容(172)放電；減光感應比較器(185)的減光感應電極(17)接受人體的交流感應電壓對數字亮度採樣保持電路(39)的亮度保持電容(172)充電；強迫開關感應電路(30)的強迫開關感應電極(18)接受人體的交流感應電壓對開關採樣保持電路(31)的開關採樣保持電容(127)通過洩放電阻(129)快速放電；開關邏輯判斷電路(32)對採樣電壓進行邏輯判斷，開關採樣保持電容(127)電壓降低到0.9V以下時，施密特反相器(126)輸出一脈衝上升沿，使D型觸發翻轉電路(33)的D型觸發器(125)翻轉；D型觸發器(125)的Q正Q負分別給雙色發光二極體(34)提供邏輯電壓，強迫開關比較器(130)的強迫開關感應電極(18)每被觸發一次，D型觸發器(125)就翻轉一次，使雙色發光指示燈(34)輪流發光，顯示D型觸發翻轉電路(33)的翻轉狀態，D型觸發器(125)的輸出Q正為零時施密特反相器(137)輸出為1，可控矽(104)被觸發；Q正為1時施密特反相器(137)為零狀態，可控矽(104)截止。相位延遲比較電路(46)對數字亮度採樣保持電路(39)的亮度保持電容(172)電壓進行比較；單向導通二極體(109)的輸出端為相位比較器(108)提供峰值2.6V的全波整流波，相位比較器(108)用全波整流波為基本波形，數字亮度採樣保持電路(39)的輸出電平為比較電平，使相位比較器(108)輸出不同的移相波形控制可控矽(104)的導通角，以決定床頭燈(103)的亮度。施密特振蕩電路(35)的時間常數為4赫茲，為液晶遮光器(36)(電路中未畫出)提供矩形交變電壓；液晶遮光器(36)裝在紅外傳感器(168)的矽窗前面，為紅外傳感器(168)提供4赫茲的斬光脈衝，液晶遮光器(36)透明時，紅外線能透過，使紅外傳感器(168)能獲得一脈衝信號輸出；液晶遮光器(36)不透明時，紅外線不能透過，紅外傳感器(168)不能獲得信號輸出，但熱釋電型紅外傳感器(168)能恢復釋放的電荷；當紅外源不移動時，紅外傳感器(168)仍然能獲得4赫茲的脈衝信號輸出，使信號採樣保持電路(44)的施密特反相器(140)輸出電壓保持低電平，使床頭燈(103)維持不熄。
交流穩壓直流電源(29)是由橋式整流(102)、單向導通二極體(109)、穩壓二極體(114)、濾波電容(115)、噪聲濾波電容(116)、整流濾波電容(118)、噪聲濾波電容(119)和5伏三端穩壓器(117)所組成，為整個電路提供穩定的+5V直流電源。
紅外傳感電路(40)是由電源濾波電阻(169)、濾波電容(170)、限流電阻(167)、信號濾波電阻(151)、噪聲濾波電容(166)和紅外傳感器(168)所組成。電源濾波電阻(169)、濾波電容(170)為紅外傳感器(168)提供更穩定的穩壓電源，限流電阻(167)為同相運算放大器(162)提供一定的信號電壓，噪聲濾波電容(166)和信號濾波電阻(151)進一步濾除信號電壓中的高頻雜波。
浮式運算放大電路(41)是由同相運算放大器(162)、反饋電容(160)、反饋電阻(161)、限流電阻(163)、反饋保持電容(165)組成。由於同相運算放大器(162)本身具有輸出漂移電壓，其漂移電壓一般為2毫伏，使同相運算放大器(162)的負輸入端總是比正輸入端高2毫伏，無論正輸入端電壓保持何種狀態，大容量的反饋保持電容(165)的電壓總是高於正輸入端。同相運算放大器(162)輸出端保持恆定電壓，耦合電容(159)無脈動電壓通過；當紅外傳感器(168)接收到紅外線時，同相運算放大器(162)的正輸入端獲得脈動電壓，當脈動電壓的上弦高於負輸入端時，同相運算放大器(162)產生同相放大作用後通過耦合電容(159)耦合到第二級的反相運算放大器(155)的負輸入端。
反相運算放大電路(42)是由反相運算放大器(155)、分壓電阻(158)、限流電阻(156)、穩壓電容(157)、反饋電阻(153)、反饋電容(154)和耦合電容(159)所組成。分壓電阻(158)、限流電阻(156)、穩壓電容(157)為反相運算放大器(155)的正輸入端提供穩定的基準電壓源；反饋電阻(156)、反饋電容(154)將反相運算放大器(155)的輸出電壓反饋到反相運算放大器(155)的負輸入端，使其總是保持高於正輸入端2毫伏。當浮式運算放大電路(41)的同相放大的上弦波通過耦合電容(159)時，反相運算放大器(155)負輸入端電壓高於正輸入端，反相運算放大器(155)輸出一個反相放大的下弦波。
電壓比較電路(43)是由比較器(146)、限流電阻(147)、分壓電阻(149)、穩壓電容(148)組成。在無紅外信號時，比較器(146)的反相輸入端電壓總是高於同相輸入端10毫伏，比較器(146)的輸出端處於0狀態。
信號採樣保持電路(44)是由施密特反相器(140)、限流電阻(143)、洩放電阻(144)、二極體(142)和信號採樣保持電容(145)所組成。比較器(146)的輸出端處於0狀態時，信號採樣保持電容(145)處於放電狀態，施密特反相器(140)輸出為1。反相運算放大器(155)輸出一個下弦波時，比較器(146)的反相輸入端電壓低於同相輸入端，比較器(146)輸出1狀態，+5V直流電源(VCC)通過限流電阻(143)、二極體(142)對信號採樣保持電容(145)快速充電，當信號採樣保持電容(145)的電壓高於施密特反相器(140)的翻轉電壓3.6V時，施密特反相器(140)的輸出端為低電平；當無後續脈動電壓時，比較器(146)輸出低電平，信號採樣保持電容(145)上的高電壓不能通過二極體(142)洩放，但能通過洩放電阻(144)緩慢洩放，保持5秒的時間常數，當信號採樣保持電容(145)上的電壓低於施密特反相器(140)的翻轉電壓時，施密特反相器(140)的輸出為高電平。
光敏判斷電路(45)是由光敏二極體(138)、限流電阻(141)和分壓電阻(139)、二極體(131)、(132)和施密特反相器(137)所組成。施密特反相器(140)無紅外信號時輸出端為高電平，有紅外信號時輸出端為低電平；施密特反相器(137)輸出為0時單向可控矽(104)不能被觸發，施密特反相器(137)輸出為1時單向可控矽(104)才能被觸發。當有紅外信號時，施密特反相器(140)輸出為0，此時若環境亮度大，光敏二極體(138)阻值為3K歐，光敏二極體(138)、限流電阻(141)與分壓電阻(139)的輸出電壓，使施密特反相器(137)的輸入端電壓為+5V直流電源(VCC)的半電壓，不能降到其翻轉電壓0.9伏以下，施密特反相器(137)輸出仍然為0，單向可控矽(104)不能被觸發；若環境黑暗，光敏二極體(138)阻值為10M歐，光敏二極體(138)、限流電阻(141)與分壓電阻(139)的輸出電壓降到施密特反相器(137)輸入翻轉電壓0.9伏以下，施密特反相器(137)輸出為1，單向可控矽(104)被觸發，床頭燈(103)點亮，此時環境亮度突然變大，光敏二極體(138)阻值變為3K，光敏二極體(138)和限流電阻(141)與分壓電阻(139)的輸出電壓上升為+5V直流電源(VCC)的半電壓，但不能升到施密特反相器(137)輸入端下翻轉電壓3.6伏以上，施密特反相器(137)仍然輸出為1，床頭燈不會因為環境亮度突然增大而熄滅。
強迫開關感應電路(30)是由強迫開關感應電極(18)、自舉電阻(135)、分壓電阻(134)、限流電阻(136)、穩壓電容(133)，及強迫開關比較器(130)組成。感應開關比較器(130)正輸入端的基準電壓為80毫伏，負輸入端的自舉電壓為60毫伏，強迫開關感應電極(18)未感應交流電壓時，強迫開關比較器(130)的輸出端為高電位。
開關採樣保持電路(31)是由限流電阻(128)、洩放電阻(129)和開關保持電容(127)所組成；開關邏輯判斷電路(32)是由施密特反相器(126)擔任；D型觸發翻轉電路(33)是由D型觸發器(125)擔任；雙色發光指示燈(34)是由紅色、綠色發光二極體(122)、(123)和限流電阻(124)所組成。當強迫開關比較器(130)的輸出端為高電位時，+5V直流電源(VCC)通過限流電阻(128)對開關保持電容(127)緩慢充電，使施密特反相器(126)的輸出端保持低電位，D型觸發器(125)的脈衝輸入CK端不能獲得脈衝上升沿觸發。當強迫開關感應電極(18)感應到人體手指交流感應電壓時，強迫開關比較器(130)的負輸入端的260毫伏交流峰值電壓超過正輸入端的80毫伏基準電壓時，感應開關比較器(130)輸出交流脈衝，其波谷底使開關保持電容(127)通過洩放電阻(129)快速放電，當放電電壓低於施密特反相器(126)的翻轉電壓0.9V時，施密特反相器(126)的輸出突然翻轉為高電平，D型觸發器(125)的脈衝輸入CK端獲得一個脈衝上升沿，D型觸發器(125)被觸發翻轉。雖然波峰時期開關保持電容(127)會被充電，但限流電阻(128)的阻值較大，使充電速度小於放電速度，施密特反相器(126)不能獲得3.6V以上的翻轉電壓，其輸出仍然保持為高電平。當強迫開關感應電極(18)失去交流感應時，強迫開關比較器(130)輸出端恢復高電平，開關保持電容(127)通過限流電阻(128)開始緩慢充電，當充電電壓超過施密特反相器(126)的翻轉電壓3.6V時，施密特反相器(126)輸出端翻轉為低電平，D型觸發器(125)處於等待觸發的穩定狀態。
D型觸發器(125)的Q正、Q負輸出端分別接在雙色發光指示燈(34)的綠色發光二極體(123)和紅色發光二極體(122)的輸入端，其公共輸出端接在限流電阻(124)上，當D型觸發器(125)翻轉到Q正輸出端為高電平時，雙色發光指示燈(34)的綠色發光二極體(123)發光，當D型觸發器(125)被再次觸發翻轉時，Q正為低電平，同時綠色發光二極體(123)熄滅，Q負輸出高電平，雙色發光指示燈(34)的紅色發光二極體(122)發光。每觸發一次，D型觸發器(125)翻轉一次，由雙色發光指示燈(34)表示其翻轉狀態，紅色亮為開狀態，綠色亮為關狀態。如果D型觸發器(125)的Q負輸出為1，紅色發光二極體(122)發光，Q正輸出為0時，不論施密特反相器(140)輸出何態，環境亮度何態，施密特反相器(137)的輸入端通過二極體(132)可靠的為0，其輸出總會為1，可控矽(104)被強迫觸發，床頭燈(103)被強迫點亮。
施密特震蕩電路(35)是由施密特反相器(197)、反饋電阻(196)、震蕩電容(198)組成。從震蕩輸出(199)輸出4赫茲的矩形脈衝波，為緊貼紅外傳感器(168)矽窗前的液晶遮光器(36)提供斬光交變電壓，當液晶遮光器(36)交變透光時，熱釋電型的紅外傳感器(168)能交變地接受不移動的人體紅外源，為紅外傳感電路(40)提供連續的觸發信號。施密特震蕩電路(35)也為限流電阻(192)、分壓電阻(195)、保持電容(194)組成的基準電壓源提供4赫茲的矩形交變基準，其矩形峰值電壓為5伏，矩形波谷底電壓為80毫伏。
數字亮度保持電路(39)是由亮度保持電容(172)、分壓電阻(171)、(173)、3位加權電阻(174)、2位加權電阻(175)、1位加權電阻(176)、0位加權電阻(177)和可逆計數器(178)所組成。3位加權電阻(174)、2位加權電阻(175)、1位加權電阻(176)、0位加權電阻(177)和可逆計數器(178)組成一個16位數字/模擬轉換器，為亮度保持電容(172)提供16級可選擇的階梯電壓。
減光感應電路(37)是由減光感應電極(17)、自舉電阻(186)、限流電阻(192)、分壓電阻(195)、保持電容(194)、減光感應比較器(185)、限流電阻(182)、二極體(181)、洩放電阻(183)、保持電容(184)和施密特反相器(180)所組成。減光感應比較器(185)負輸入端接每秒4赫茲的矩形交變基準電壓源，減光感應比較器(185)的正輸入端接減光感應電極(17)，當人體手指未靠近減光感應電極(17)時，減光感應比較器(185)的正輸入端自舉電壓為60毫伏，減光感應比較器(185)的負輸入端矩形交變基準電壓的波谷底始終高於正輸入端電壓，減光感應比較器(185)的輸出端為低電平，保持電容(184)通過洩放電阻(183)放電，使施密特反相器(180)輸出為1。當手指靠近減光感應電極(17)時，手指與減光感應電極(201)之間的電容為5皮法，在80伏左右的人體交流感應電壓下，通過5皮法的電容在減光感應電極(17)上感應出200毫伏的交流電壓，加在自舉電壓上，使減光感應比較器(185)的正輸入端具有260毫伏的交流峰值電壓，其峰值電壓超過負輸入端為80毫伏基準電壓時，減光感應比較器(185)的輸出端將產生50赫茲的脈衝電壓，該脈衝電壓通過二極體(181)對保持電容(184)快速充電，當保持電容(184)充電到施密特反相器(180)的翻轉電壓3.6V時，施密特反相器(180)輸出為0；矩形交變基準電壓變為5V時，其減光感應比較器(185)的正輸入端所具的260毫伏交流峰值電壓低於5V的基準電壓，減光感應比較器(185)的輸出端為0，保持電容(184)通過洩放電阻(183)低速放電，施密特反相器(180)翻轉為1，其上升沿觸發可逆計數器(178)加1，對亮度保持電容(172)充一級階梯電壓，使亮度降低一級。如果手指不離開減光感應電極(17)，亮度按每秒4赫茲的速度遞減。
增亮感應電路(38)是由增亮感應電極(19)、限流電阻(192)、分壓電阻(195)、保持電容(194)、自舉電阻(193)、限流電阻(187)、二極體(188)、保持電容(190)、洩放電阻(189)、增亮感應比較器(191)和施密特反相器(179)所組成。其原理與減光感應電路(37)基本相同，僅上升沿觸發可逆計數器(178)減1，對亮度保持電容(172)降一級階梯電壓，亮度遞增一級。
相位延遲比較電路(46)是由電壓射隨器(200)、旁路電容(120)、限流電阻(121)、相位限流電阻(111)、移相電容(113)、相位分壓電阻(112)、相位比較器(108)、移相電阻(107)、移相電容(106)所組成。可控矽電路(47)是由開關二極體(105)和單向可控矽(104)所組成。交流穩壓直流電源(29)的橋式整流(102)輸出端通過單向導通二極體(109)、相位限流電阻(111)、移相電容(113)和相位分壓電阻(112)為相位比較器(108)的正輸入端提供峰值為2.6V的全波整流波。當電壓射隨器(200)的輸出端為亮度保持電容電平時，其階梯電壓可選擇變化範圍為0.8～2.5伏，當施密特反相器(137)輸出為0時，全波整流波的峰值電壓被斬為0.7V，相位比較器(108)的負輸入端的階梯電平高於正輸入端的斬波電壓，相位比較器(108)輸出低電平，單向可控矽(104)不能被觸發；施密特反相器(137)輸出為1時，電壓射隨器(200)輸出的階梯電平低於未斬波的全波整流波峰值電壓，相位比較器(108)的輸出為移相的全波整流波，通過移相電阻(107)、移相電容(106)進一步移相，再通過開關二極體(105)觸發單向可控矽(104)的導通角，由數字亮度保持電路(39)所選階梯電壓決定的導通角控制床頭燈(103)的亮度。當控制器再度處於被紅外觸發或者被強迫開燈時，床頭燈(103)仍保持原來選定的亮度。
床頭燈紅外控制器將實現如下功能白天或者環境較亮時，床頭燈紅外控制器不會因為人體紅外線產生作用，但可以觸摸強迫開關點亮床頭燈；當環境較暗時，床頭燈紅外控制器才能對人體紅外線發揮作用，當有人進入紅外傳感器(168)的遙感範圍時，床頭燈(103)自動點亮，當人走出紅外傳感器(168)的遙感範圍時，床頭燈(103)在5秒後自動熄滅。當人躺在床上時，處於紅外傳感器(168)垂直8度感應範圍之外，床頭燈(103)並不亮，夜起時人體進入紅外傳感器(168)垂直8度感應範圍之內，床頭燈(103)立即自動點亮，躺下後，床頭燈(103)延時5秒後自動熄滅。當人們躺在床上夜讀時，人體處在紅外傳感器(168)垂直8度接收範圍之外，床頭燈(103)不能自動點亮，必須觸摸一下機器人頭形絕緣外殼鼻頭處的強迫開關(4)使其處於開位置，床頭燈(103)立即點亮，可通過觸摸增亮開關(6)、減光開關(5)，調節床頭燈(103)的適當亮度。想關燈時，只要觸摸一下機器人頭形絕緣外殼鼻頭處的強迫開關(4)使其處於關位置，床頭燈(103)立即熄滅。強迫開關及感應調光功能不受環境亮度約束。
權利要求1.一種床頭燈紅外控制器，外觀是一仿機器人頭形的絕緣外殼盒體(1)，面板(2)的上半部眼鏡處突出一孤形，孤形表面裝有菲涅爾透鏡(3)，由菲涅爾透鏡固定栓(15)固定在菲涅爾透鏡安裝窗口(16)，菲涅爾透鏡(3)聚焦後的電路板上裝有紅外傳感器(168)，電路板由螺釘通過後蓋緊固螺釘座孔(27)固定在主電路板定位座(12)處，使後蓋(23)與盒體(1)結合成一整體安裝在床頭0.6米處；紅外傳感器(168)通過菲涅爾透鏡(3)確定其遙感範圍遙感距離8米，遙感角水平120度，垂直為水平夾角±4度；面板(2)中部的中間鼻頭為強迫開關(4)，強迫開關感應電極(18)緊貼在絕緣外殼鼻頭背面，強迫開關(4)的右邊臉頰為減光開關(5)，減光感應電極(17)緊貼在絕緣外殼右臉頰背面，左邊臉頰為增亮開關(6)，增亮感應電極(19)緊貼在絕緣外殼左驗頰背面。絕緣外殼為塑料品，用手觸摸開關位置時，與背面電極形成電容式感應，人體是個導體，相當於地電平，具有8伏的交流感應電壓，相對於本電路有80伏的交流感應電壓。當外殼厚度為1毫米時，背面電極與手指之間的電容約為5皮法左右，電極能感應到200毫伏的交流電壓，足以觸發開關動作。紅/綠指示燈(7)在菲涅爾透鏡(3)之上，顯示強迫開關(4)的開關狀態，紅色為強迫打開狀態，綠色為關閉等待紅外觸發狀態。其頭頂後方是電源出入口(10)，市電(101)從此輸入、壁式床頭燈(103)電源從此輸出。盒體(1)的下方設有輸出插座(11)，插座電路板用螺釘固定在輸出插座電路板定位座(20)處，供臺式床頭燈(103)使用。盒體(1)的後蓋(23)上設有電源出入安裝窗口(28)，電源電路板固定在電源出入電路板定位座(13)處，使安裝不必打開後蓋(23)，當電源安裝完畢，把螺釘插入嘴部螺釘孔(9)，通過嘴部螺釘筒座過孔(21)和嘴部螺釘後蓋孔(25)，加上左右耳部螺釘孔(8)的螺釘，將控制器緊固在床頭牆壁上。
2.根據權利要求1所述的床頭燈紅外控制器，其特徵是仿機器人頭形的絕緣外殼盒體(1)內裝有交流穩壓直流電源(29)、強迫開關感應電路(30)、開關採樣保持電路(31)、開關邏輯判斷電路(32)、D型觸發翻轉電路(33)、雙色發光指示燈(34)、施密特震蕩電路(35)、液晶遮光器(36)、減光感應電路(37)、增亮感應電路(38)、數字亮度保持電路(39)、紅外傳感電路(40)、浮式運算放大電路(41)、反相運算放大電路(42)、電壓比較電路(43)、信號採樣保持電路(44)、光敏判斷電路(45)、相位延遲比較電路(46)、可控矽電路(47)所組成的控制電路板。
3.根據權利要求1所述的床頭燈紅外控制器，其特徵是交流穩壓直流電源(29)是由橋式整流(102)、單向導通二極體(109)、穩壓二極體(114)、濾波電容(115)、噪聲濾波電容(116)、整流濾波電容(118)、噪聲濾波電容(119)和5伏三端穩壓器(117)所組成，為整個電路提供穩定的+5V直流電源(VCC)；紅外傳感電路(40)是由電源濾波電阻(169)、濾波電容(170)、限流電阻(167)、噪聲濾波電容(166)、信號濾波電阻(151)和紅外傳感器(168)所組成。電源濾波電阻(169)、濾波電容(170)為紅外傳感器(168)提供更穩定的穩壓電源，限流電阻(167)為同相運算放大器(162)提供一定的信號電壓，信號濾波電阻(151)、噪聲濾波電容(166)進一步濾除信號電壓中的高頻雜波；浮式運算放大電路(41)是由同相運算放大器(162)、反饋電容(160)、反饋電阻(161)、限流電阻(163)、反饋保持電容(165)組成，同相運算放大器(162)本身具有2毫伏輸出漂移電壓，使同相運算放大器(162)的負輸入端總是比正輸入端高2毫伏，無論正輸入端電壓保持何種狀態，大容量的反饋保持電容(165)的電壓總是高於正輸入端，同相運算放大器(162)輸出端保持恆定電壓，耦合電容(159)無脈動電壓通過；當紅外傳感器(168)接收到紅外線時，同相運算放大器(162)的正輸入端獲得脈動電壓，當脈動電壓的上弦高於負輸入端時，同相運算放大器(162)輸出放大的上弦波通過耦合電容(159)耦合到第二級反相運算放大器(155)的負輸入端；反相運算放大電路(42)是由反相運算放大器(155)、分壓電阻(158)、限流電阻(156)、穩壓電容(157)、反饋電阻(153)、反饋電容(154)和耦合電容(159)所組成。分壓電阻(158)、限流電阻(156)、穩壓電容(157)為反相運算放大器(155)的正輸入端提供穩定的基準電壓源；反饋電阻(156)、反饋電容(154)將反相運算放大器(155)的輸出電壓反饋到反相運算放大器(155)的負輸入端，其值高於正輸入端2毫伏，當浮式運算放大電路(41)放大的上弦波通過耦合電容(159)時，反相運算放大器(155)負輸入端電壓高於正輸入端，反相運算放大器(155)輸出一個進一步放大的下弦波；電壓比較電路(43)是由比較器(146)、限流電阻(147)、分壓電阻(149)、穩壓電容(148)組成。在無紅外信號時，比較器(146)的反相輸入端電壓總是高於同相輸入端10毫伏，比較器(146)的輸出端處於0狀態；信號採樣保持電路(44)是由限流電阻(143)、洩放電阻(144)、二極體(142)、施密特反相器(140)和信號採樣保持電容(145)所組成。比較器(146)的輸出端處於0狀態時，信號採樣保持電容(145)處於放電狀態，施密特反相器(140)輸出為1，反相運算放大器(155)輸出一個下弦波時，比較器(146)的反相輸入端電壓低於同相輸入端，比較器(146)輸出1狀態，+5V直流電源(VCC)通過限流電阻(143)、二極體(142)對信號採樣保持電容(145)快速充電，當信號採樣保持電容(145)的電壓高於施密特反相器(140)的翻轉電壓時，施密特反相器(140)的輸出端為低電平，施密特反相器(137)可能輸出高電平。當無後續脈動電壓時，比較器(146)輸出低電平，信號採樣保持電容(145)上的高電壓不能通過二極體(142)洩放，但能通過洩放電阻(144)緩慢洩放，保持5秒的時間常數，當信號採樣保持電容(145)上的電壓低於施密特反相器(140)的翻轉電壓時，施密特反相器(140)的輸出為高電平，施密特反相器(137)的輸出為低電平；光敏判斷電路(45)是由光敏二極體(138)、限流電阻(141)和分壓電阻(139)、二極體(131)、(132)和施密特反相器(137)所組成，無紅外信號時施密特反相器(140)輸出端為高電平，有紅外信號時施密特反相器(140)輸出端為低電平，施密特反相器(137)輸出為0時，單向可控矽(104)不能被觸發，施密特反相器(137)輸出為1時，單向可控矽(104)才能被觸發，當有紅外信號時，施密特反相器(140)輸出為0，此時若環境亮度大，光敏二極體(138)阻值為3K歐，光敏二極體(138)、限流電阻(141)與分壓電阻(139)的輸出電壓為+5V直流電源(VCC)的半電壓，施密特反相器(137)的輸入端電壓不能降到其翻轉電壓0.9伏以下，施密特反相器(137)輸出仍然為0，單向可控矽(104)不能被觸發；若環境黑暗，光敏二極體(138)阻值為10M歐，光敏二極體(138)、限流電阻(141)與分壓電阻(139)的輸出電壓降到施密特反相器(137)輸入翻轉電壓0.9伏以下，施密特反相器(137)輸出為1，單向可控矽(104)被觸發，床頭燈(103)點亮，此時環境亮度突然變大，光敏二極體(138)阻值變為3K歐，光敏二極體(138)和限流電阻(141)與分壓電阻(139)的輸出電壓上升為+5V直流電源(VCC)的半電壓，但不能升到施密特反相器(137)輸入端下翻轉電壓3.6伏以上，施密特反相器(137)仍然輸出為1，床頭燈不會因為環境亮度突然增大而熄滅。
4.根據權利要求1所述的床頭燈紅外控制器，其特徵是強迫開關感應電路(30)是由強迫開關感應電極(18)、自舉電阻(135)、分壓電阻(134)、限流電阻(136)、穩壓電容(133)，及強迫開關比較器(130)組成，強迫開關比較器(130)正輸入端的基準電壓為80毫伏，負輸入端的自舉電壓為60毫伏，其強迫開關感應電極(18)未感應交流電壓時，強迫開關比較器(130)的輸出端為高電位，開關採樣保持電路(31)是由限流電阻(128)、洩放電阻(129)和開關保持電容(127)所組成，開關邏輯判斷電路(32)是由施密特反相器(126)擔任，D型觸發翻轉電路(33)是由D型觸發器(125)擔任，雙色發光指示燈(34)是由紅色、綠色發光二極體(122)、(123)和限流電阻(124)所組成，當感強迫開關比較器(130)的輸出端為高電位時，+5V直流電源(VCC)通過限流電阻(128)對開關保持電容(127)充電，使施密特反相器(126)的輸出端保持低電位，D型觸發器(125)的脈衝輸入CK端不能獲得脈衝上升沿觸發；當強迫開關感應電極(18)感應到人體手指交流感應電壓時，強迫開關比較器(130)的負輸入端260毫伏的交流峰值電壓超過正輸入端的80毫伏基準電壓，強迫開關比較器(130)輸出交流脈衝，其波谷底使開關保持電容(127)通過洩放電阻(129)快速放電，當放電電壓低於施密特反相器(126)的翻轉電壓0.9V時，施密特反相器(126)的輸出突然翻轉為高電平，D型觸發器(125)的脈衝輸入CK端獲得一個脈衝上升沿，D型觸發器(125)被觸發翻轉，雖然波峰時期開關保持電容(127)會被充電，但限流電阻(128)的阻值較大，使充電速度小於放電速度，施密特反相器(126)不能獲得3.6V的翻轉電壓，其輸出仍然保持為高電平；當強迫開關感應電極(18)失去交流感應時，強迫開關比較器(130)輸出端恢復高電平，開關保持電容(127)通過限流電阻(128)開始緩慢充電，當充電電壓超過施密特反相器(126)的翻轉電壓3.6V時，施密特反相器(126)輸出端翻轉為低電平，D型觸發器(125)處於等待觸發的穩定狀態；D型觸發器(125)的Q正、Q負輸出端分別接在雙色發光指示燈(34)的綠色發光二極體(123)和紅色發光二極體(122)的輸入端，其公共輸出端接在限流電阻(124)上，當D型觸發器(125)翻轉到Q正輸出端為高電平時，雙色發光指示燈(34)的綠色發光二極體(123)發光，當D型觸發器(125)被再次觸發翻轉時，Q正為低電平，同時綠色發光二極體(123)熄滅，Q負輸出高電平，雙色發光指示燈(34)的紅色發光二極體(122)發光。每觸發一次，D型觸發器(125)翻轉一次，由雙色發光指示燈(34)表示其翻轉狀態，紅色亮為開狀態，綠色亮為關狀態。如果D型觸發器(125)的Q正輸出為0，Q負輸出為1，紅色發光二極體(122)發光，此時不論施密特反相器(140)輸出何態，環境亮度何態，施密特反相器(137)的輸入端通過二極體(132)可靠為0，其輸出為1，可控矽(104)被強迫觸發，床頭燈(103)被強迫點亮。
5.根據權利要求1所述的床頭燈紅外控制器，其特徵是施密特震蕩電路(35)是由施密特反相器(197)、反饋電阻(196)、震蕩電容(198)組成，從震蕩輸出(199)輸出4赫茲的矩形脈衝波，為緊貼紅外傳感器(168)矽窗前的液晶遮光器(36)提供斬光交變電壓，當液晶遮光器(36)交變透光時，熱釋電型的紅外傳感器(168)能交變地接受不移動的人體紅外源，為紅外傳感電路(40)提供觸發信號。施密特震蕩電路(35)也為限流電阻(192)、分壓電阻(195)、保持電容(194)組成的基準電壓源提供4赫茲的矩形交變基準，其矩形峰值電壓為5伏，矩形波谷底電壓為80毫伏；數字亮度保持電路(39)是由亮度保持電容(172)、分壓電阻(171)、(173)、3位加權電阻(174)、2位加權電阻(175)、1位加權電阻(176)、0位加權電阻(177)和可逆計數器(178)所組成，3位加權電阻(174)、2位加權電阻(175)、1位加權電阻(176)、0位加權電阻(177)和可逆計數器(178)組成一個16位數字/模擬轉換器，為亮度保持電容(172)提供可選擇的16級階梯電壓；減光感應電路(37)是由減光感應電極(17)、自舉電阻(186)、限流電阻(192)、分壓電阻(195)、保持電容(194)、減光感應比較器(185)、限流電阻(182)、二極體(181)、洩放電阻(183)、保持電容(184)和施密特反相器(180)所組成，減光感應比較器(185)負輸入端接每秒4赫茲的矩形交變基準電壓源，減光感應比較器(185)的正輸入端接減光感應電極(17)，當人體手指未靠近減光感應電極(17)時，減光感應比較器(185)的負輸入端矩形交變基準電壓的波谷底80毫伏始終高於正輸入端60毫伏自舉電壓，減光感應比較器(185)的輸出端為低電平，保持電容(184)通過洩放電阻(183)放電，使施密特反相器(180)輸出為1；當手指靠近減光感應電極(17)時，手指與減光感應電極(17)之間的電容為5皮法，在80伏的人體交流感應電壓下，通過5皮法的電容在減光感應電極(17)上感應出200毫伏的交流電壓，加在自舉電壓上，使減光感應比較器(185)的正輸入端具有260毫伏的交流峰值電壓，其峰值電壓超過負輸入端為80毫伏基準電壓時，減光感應比較器(185)的輸出端將產生50赫茲的脈衝電壓，該脈衝電壓通過二極體(181)對保持電容(184)快速充電，當保持電容(184)充電到施密特反相器(180)的翻轉電壓3.6V時，施密特反相器(180)輸出為0；矩形交變基準電壓變為5V時，其減光感應比較器(185)的正輸入端所具的260毫伏交流峰值電壓低於5V的基準電壓，減光感應比較器(185)的輸出端為0，保持電容(184)通過洩放電阻(183)放電，施密特反相器(180)翻轉為1，其上升沿觸發可逆計數器(178)加1，對亮度保持電容(172)充一階梯電壓，使亮度降低一級。如果手指不離開減光感應電極(17)，亮度按每秒4赫茲的速度遞減；增亮感應電路(38)是由增亮感應電極(19)、限流電阻(192)、分壓電阻(195)、保持電容(194)、自舉電阻(193)、限流電阻(187)、二極體(188)、保持電容(190)、洩放電阻(189)、增亮感應比較器(191)和施密特反相器(179)所組成，其工作原理與減光感應電路(37)基本相同，僅亮度遞增。
6.根據權利要求1所述的床頭燈紅外控制器，其特徵是相位延遲比較電路(46)是由電壓射隨器(200)、旁路電容(120)、限流電阻(121)、相位限流電阻(111)、移相電容(113)、相位分壓電阻(112)、相位比較器(108)、移相電阻(107)、移相電容(106)所組成；可控矽電路(47)是由開關二極體(105)和單向可控矽(104)所組成；交流穩壓直流電源(29)的橋式整流(102)輸出端通過單向導通二極體(109)、相位限流電阻(111)、移相電容(113)和相位分壓電阻(112)為相位比較器(108)的正輸入端提供峰值為2.6V的全波整流波；當電壓射隨器(200)的輸出端為亮度保持電容電平時，其階梯電壓變化範圍為0.8～2.5伏，當施密特反相器(137)輸出為0時，全波整流波的峰值電壓被斬為0.7V，相位比較器(108)的負輸入端的階梯電平高於正輸入端的斬波電壓，相位比較器(108)輸出低電平，單向可控矽(104)不能被觸發；施密特反相器(137)輸出為1時，電壓射隨器(200)輸出的階梯電平低於未斬波的全波整流波峰值電壓，相位比較器(108)的輸出為移相的全波整流波，通過移相電阻(107)、移相電容(106)進一步移相，再通過開關二極體(105)觸發單向可控矽(104)的導通角，由數字亮度保持電路(39)所選階梯電壓決定的導通角控制床頭燈(103)的亮度，當控制器再度處於被紅外觸發或者被強迫開燈時，床頭燈(103)仍保持原來選定的亮度。
專利摘要一種利用人體紅外線遙控床頭燈開關並附觸摸感應調光功能的床頭燈紅外控制器，它是在仿機器人頭形的絕緣外殼中裝有人體紅外傳感器、模擬/數字集成電路組成的控制電路板，控制器安裝在床頭0.6米處，紅外遙感距離8米，遙感角水平120度，垂直為水平夾角±4度，強迫開關感應電極緊貼鼻頭絕緣殼內，增亮、減光感應電極緊貼左右臉頰絕緣殼內；夜入臥室床頭燈即亮；躺下則延時5秒熄滅，臥床夜讀可觸摸鼻頭強迫點亮床頭燈，通過觸摸左右臉頰調節床頭燈的16級亮度；睡時再觸鼻頭強迫床頭燈熄滅；夜起床頭燈即亮；離開臥室床頭燈延時熄滅；環境較亮時無紅外遙控功能，僅有觸摸控制功能，交流電源適應範圍100～300伏。
文檔編號H05B37/02GK2612202SQ0223231
公開日2004年4月14日 申請日期2002年4月16日 優先權日2002年4月16日
發明者肖啟明 申請人:肖啟明