一種抗幹擾非接觸式開關的製作方法
2023-06-15 19:35:01 2
專利名稱：一種抗幹擾非接觸式開關的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電氣開關領域，更具體的說是一種無需直接接觸便可以控制開啟或關閉的抗幹擾非接觸式開關。
技術背景現有牆壁開關大多是機械觸點式，需要用手按動來實現開啟或關閉，既不安全又不衛生，尤其是用溼手去觸摸開關容易觸電。同時開關用久了，在表面會沾染許多細菌和病毒，但由於安全的因素不便於進行擦洗，對使用者存在病毒交叉感染的危險，而且開關使用時間長，易因機械磨損導致損壞。
現有的非接觸式開關主要有聲波、電容和紅外線3種形式。
聲音感應的非接觸式開關通過感應對人走路發出的聲音來觸發開關，並通過延時裝置來控制燈關的熄滅或逐步熄滅。此類形的開關由於對信號源的強度有一定的要求，所以不能夠做到感應的靈敏度很高，並且不能通過感應來斷開開關，所以一般僅適用於樓道中用於控制路燈。
電容感應式非接觸開關是利用人手或人體其它部位作為電容的一個極板，當人體接近開關達一定距離時造成開關內感應電容的電容量改變，從而控制開關的開啟和關斷。此類型開關的感應靈敏度比較高，可以隨時控制開關的通斷，而且感應距離可以調節，但是由於必須是人體或人體通過其他導體接近開關的時候才能形成電容的極板，所以當絕緣體接近開關時是無法感應的，造成了人們生活的不便。
紅外線發射和接收式感應式非接觸開關內的紅外線發射管發射紅外線信號，當人手或其它物品處於開關近處時，人手或其它物品將紅外線發射管的紅外線信號反射回開關，從而觸發開關的通斷。此類型開關的感應靈敏度很高，並且使用於任何可以反射紅外線的物體，不過由於自然界中紅外線的發射源很多，如何避免幹擾成了現有技術中的難題，由於此缺陷的存在，所以現有的紅外線感應開關不能夠得到較大範圍的應用，只能用於幹擾較少的區域內。
發明內容
本實用新型的發明目的在於克服現有技術中的不足，提供一種抗幹擾能力強的非接觸式開關。
本實用新型的發明構思在於對監控信號進行頻率調製，使得監控信號具備特定頻率，用於區分自然界或人為的其他信號源，而感應控制單元僅能感應所述特定頻率所在的一定帶寬的信號，用於產生控制信號，由此可以達到避免外界幹擾的目的。由於本實用新型的應用領域包括家用電氣領域，所以如何提高開關的集成度，製作成可以替代現有家用開關並且成本不至於過高也是本實用新型的一個發明要點。
本實用新型是通過以下技術方案來實現其發明目的本實用新型的電路結構包括用於感應特定帶寬的輸入信號並產生控制信號的感應控制單元，用於產生特定頻率監控信號的信號發射單元，用於接收反饋信號並對反饋信號進行脈衝整形形成輸入信號的信號接收單元，用於根據控制信號控制電路通斷的開關電路和供電電路，所述感應控制單元分別與信號發射單元、信號接收單元和開關電路聯接，供電電路分別與感應控制單元、信號發射單元、信號接收單元和開關電路聯接，所述開關電路可以為繼電器。本實用新型的信號發射單元發射經過調製的監控信號，當人手或其它物品處於開關近處時，人手或其它物品將監控信號反射回開關，並由開關內的信號接收單元接收並處理成數位訊號，再由感應控制單元進行處理，將其轉換為相應的控制信號，控制開關電路的開關動作。由於信號發射單元發射的是經過調製的紅外線信號，因此可避免外部幹擾信號的影響。
用於實現感應控制單元電路主要由音調解碼器電路和雙穩態電路組成；音調解碼器用於為信號發射單元提供一個特定的調製頻率，感應接收單元傳送輸入信號中特定帶寬內的信號，並根據此信號產生一個觸發信號；雙穩態電路用於根據所述觸發信號產生一個控制信號來驅動開關電路的開通或關閉。通過採用現有的音調解碼器電路和雙穩態電路來提高本實用新型的電路集成程度，可以將電路部分製作成很小的電路板塊，大大減小本實用新型的體積，使其具備可以替換現有家用開關的特點，並且不會造成製作成本過高。
為保證每次開關動作的可靠度，本實用新型在所述音調解碼器和雙穩態電路之間還設有用於對觸發信號進行脈衝展寬整形的單穩態定時電路。由於當阻擋物長時間置於開關前的時候，監控信號會不斷被反饋回來，為了避免開關根據信號重複的動作，加設了單穩態定時電路。
為了進一步提高集成的程度，本實用新型的感應控制單元為可編程控制晶片。現有單片微型計算機技術發展迅速，可以由單片機實現感應控制電路的功能，因此將音調解碼器電路、單穩態電路和雙穩態電路由單片機取代，即可實現非接觸電子開關描述的開關功能，並且有利於進一步提高本實用新型的集成程度，保證電路結構的可靠性。
由於電子元器件的工作電壓較低，並且為了進一步提高本實用新型的使用安全性，供電電路採用由降壓整流電路和穩壓電路構成的形式。供電電路可以將工頻電壓降低到使用上述各種電子元器件的工作電壓，並且遠低於家用電氣的安全電壓，從而保證了使用的安全性。
本實用新型的實體結構是將所述感應控制單元、開關電路和供電電路集成於電路板上；信號發射單元和信號接收單元設於電路板的正面，之間設有隔離套，電路板背面聯接有接線端子；電路板安裝於開關殼體腔體內，並在與信號發射單元和信號接收單元相應的位置，開關殼體設置有感應窗。
本實用新型的監控信號可以採用多種信號源，採用紅外線作為信號源，則所述信號發射單元為紅外線發射器，信號接收單元為紅外線接收器；採用超聲波作為信號源則所述信號發射單元為超聲波發射器，信號接收單元為超聲波接收器；採用可見光作為信號源則所述信號發射單元為可見光信號發射器，信號接收單元為可見光信號接收器。
相對於現有技術本實用新型具備以下突出的實質性特點和顯著的進步1.採用特定頻率的信號源，抗幹擾能力強；2.無需接觸開關，當人手離開關的一定距離以內，開關將開啟導通，當手再次在開關近處時開關關閉；3.安全可靠，此開關完全不用接觸開關，無觸電危險；4.無電弧，因此開關採用全電子感應式結構，不會產生電弧，可使用於一些易爆環境中；5.無需溼手直接接觸開關，浴室開關安全徹底解決；6.可以避免病毒的交叉感染，特別使用於醫院或其他特護區域。
圖1為本實用新型的控制原理示意圖；圖2為本實用新型的結構示意圖；圖3為圖2的中心剖面示意圖；圖4為本實用新型實施例1的電路原理示意圖；圖5為本實用新型實施例2的電路原理示意圖；圖6為本實用新型實施例4的電路原理示意圖；圖7為本實用新型實施例4的電路原理流程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的描述如圖1所示，本實用新型為一種抗幹擾非接觸式開關，包括感應控制單元1、信號發射單元2、信號接收單元3、開關電路4和供電電路5，所述感應控制單元1分別與信號發射單元2、信號接收單元3和開關電路4聯接，供電電路5分別與感應控制單元1、信號發射單元2、信號接收單元3和開關電路4聯接。通過感應控制1調製信號發射單元2發出的特定頻率的監控信號a，監控信號a在阻擋物11的表面反射，形成反饋信號b被信號接收單元3接收，並進行脈衝整形為輸入信號c，感應控制單元1如果從輸入信號c中感應到上述特定頻率所在的一定帶寬的信號，則產生一個控制信號d觸發開關電路4導通或斷開，從而控制負載12的開啟或關斷。
結合圖2、圖3，感應控制單元1、開關電路4和供電電路5集成於電路板6上；信號發射單元2和信號接收單元3設於電路板6的正面，之間設有隔離套7，電路板6背面聯接有接線端子8；電路板6安裝於殼體9腔體內，並在與信號發射單元2和信號接收單元3相應的位置，開關殼體9設置有感應窗10。隔離套7阻止在開關內部信號直接由信號發射單元2洩漏到信號接收單元3。在電路板6上安裝有夜間顯示開關位置的指示燈13，並在殼體9正面開設相應的指示窗口，面罩14鑲嵌在殼體9上，為了散熱，在後蓋的周邊開設散熱孔。
實施例1本實施例的信號發射單元2為紅外線發射器，信號接收單元3為紅外線接收器。如圖4所示的電路圖，本實施例採用的音調解碼器為LM567音調解碼器。LM567是一片鎖相環電路，採用8腳雙列直插塑封。其⑤、⑥腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f2，f2≈1/1.1RC。其①、②腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網絡和環路單級低通濾波網絡。②腳所接電容決定鎖相環路的捕捉帶寬電容值越大，環路帶寬越窄。①腳所接電容的容量應至少是②腳電容的2倍。③腳是輸入端，要求輸入信號≥25mV。⑧腳是邏輯輸出端，其內部是一個集電極開路的三極體，允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.75～9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態工作電流約8mA。當LM567的③腳輸入幅度≥25mV、頻率在其帶寬內的信號時，⑧腳由高電平變成低電平。在本實施例的電路中正是利用了LM567接收到相同頻率的載波信號後⑧腳電壓由高變低這一特性，來形成對控制對象的控制。
220V交流電路經電容、電阻、整流橋和穩壓管組成的降壓整流網路，變為12V的直流電，再由三端穩壓集成電路78L05穩壓，得到5V直流電供給控制電路工作。LED2為紅外線發射管，U3為紅外接收電路，U4為鎖相環音頻解碼器LM567，U4與R4、C10組成振蕩器。U5為4013，它為雙D觸發器，其中一個D觸發器與外圍元件組成單穩態定時電路，其目的是對LM567輸出的信號進行脈衝展寬整形，保證每次開關動作都可靠。4013的另一D觸發器接成雙穩態電路用來驅動繼電器的開通或關閉。
LM567晶片5腳輸出的振蕩信號經三極體功率放大後，推動紅外發射二極體LED2向外發射紅外線。沒有物體在開關前時，紅外接收電路U3接收不到LED2向外發射的紅外線，U4的3腳無信號輸入，8腳為高電平，此時開關電路不動作。當有物體在開關前反射紅外線時，U3接收到物體反射的紅外線並經U3放大後，輸入到U4的3腳，由U4內部處理後使U3的8腳輸出低電平脈衝信號，此脈衝信號進入U5的3腳即單穩態電路的CP端，使單穩態電路翻轉進入暫態，其輸出端Q即1腳由原來的低電平跳變為高電平，此高電平經R6向C13充電，使4腳即R端電位上升，當上升到復位電平時，單穩態電路復位，1腳恢復低電平，並通過二極體很快的對電容C13放電，以為下一次的觸發作準備。所以每在開關前阻擋一次紅外線，1腳就輸出一個固定寬度的正脈衝。此正脈衝將直接加到11腳即雙穩態電路的CP端，使雙穩態電路翻轉一次，其輸出端Q即13腳電平就改變一次。當13腳為高電平時，三極體通過R7獲得電流而開通，此時繼電器閉合導通。當13腳輸出低電平時，三極體導通電流，繼電器關斷。由此可見，每在開關前阻擋一次，就能實現「開」或「關」電燈的動作電路中的LED1紅色發光二極體作為開關指示，當開關中的繼電器閉合導通時，LED1滅，而在開關中的繼電器關斷開啟時，LED1亮。
實施例2本實施例的信號發射單元2為超聲波發射器，信號接收單元3為超聲波接收器。如圖5所示的電路圖，超聲波發射和接收的原理與實施例1的發射和接收式感應式非接觸開關相同，只是其發射裝置與接收裝置均改為超聲波的發射裝置與接收裝置。
實施例3本實施例的信號發射單元2為可見光信號發射器，信號接收單元3為可見光信號接收器。如圖4所示的電路圖，可見光發射和接收的原理與實施例1的發射和接收式感應式非接觸開關相同，只是其發射與接收的信號均為可見光信號。
實施例4本實施例的信號發射單元2為紅外線發射器，信號接收單元3為紅外線接收器，感應控制單元1為可編程控制晶片。本實施例的電路圖如6、圖7所示，在待機狀態由單片微型計算機U4產生的調製信號由三極體驅動紅外線發射管LED3發射經過調製的紅外線信號，只要有相應的反射物體處於開關前反射紅外線信號並迅速的離開，紅外接收器件U3將接收到此反射的紅外信號，並輸入U4，經U4處理後控制相應開關的開啟。若有物體再次伸到感應窗前並迅速離開，紅外接收器件U3將再次接收到一組經過反射的紅外信號，並經U4處理後控制相應開關的關斷。
在開關處於關斷狀態時，若物體在感應窗前短暫停留，U4接收到信號後將順序地點亮開關的指示燈，但此時繼電器並不工作，而是等待物體離開開關感應窗後才開始動作，點亮指示燈對應的開關負載，開關開啟指示燈的個數可根據開關的位數作相應的調整。另外本實用新型的內部供電電源電路也可根據需要作相應的調整，此處不作特別陳述。
權利要求1.一種抗幹擾非接觸式開關，其特徵是包括用於感應特定帶寬的輸入信號並產生控制信號的感應控制單元(1)，用於產生特定頻率監控信號的信號發射單元(2)，用於接收反饋信號並對反饋信號進行脈衝整形形成輸入信號的信號接收單元(3)，用於根據控制信號控制電路通斷的開關電路(4)和供電電路(5)，所述感應控制單元(1)分別與信號發射單元(2)、信號接收單元(3)和開關電路(4)聯接，供電電路(5)分別與感應控制單元(1)、信號發射單元(2)、信號接收單元(3)和開關電路(4)聯接。
2.根據權利要求1所述的一種抗幹擾非接觸式開關，其特徵是所述感應控制單元(1)主要由音調解碼器電路和雙穩態電路組成；音調解碼器用於為信號發射單元(2)提供一個特定的調製頻率，感應接收單元(3)傳送輸入信號中特定帶寬內的信號，並根據此信號產生一個觸發信號；雙穩態電路用於根據所述觸發信號產生一個控制信號來驅動開關電路(4)的開通或關閉。
3.根據權利要求2所述的一種抗幹擾非接觸式開關，其特徵是在所述音調解碼器和雙穩態電路之間還設有用於對觸發信號進行脈衝展寬整形的單穩態定時電路。
4.根據權利要求1所述的一種抗幹擾非接觸式開關，其特徵是所述感應控制單元(1)為可編程控制晶片。
5.根據權利要求1所述的一種抗幹擾非接觸式開關，其特徵是所述供電電路(5)由降壓整流電路和穩壓電路構成。
6.根據權利要求1所述的一種抗幹擾非接觸式開關，其特徵是所述開關電路(5)為繼電器。
7.根據權利要求1所述的一種抗幹擾非接觸式開關，其特徵是所述感應控制單元(1)、開關電路(4)和供電電路(5)集成於電路板(6)上；信號發射單元(2)和信號接收單元(3)設於電路板(6)的正面，之間設有隔離套(7)，電路板(6)背面聯接有接線端子(8)；電路板(6)安裝於開關殼體(9)腔體內，並在與信號發射單元(2)和信號接收單元(3)相應的位置，開關殼體(9)設置有感應窗(10)。
8.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一種抗幹擾非接觸式開關，其特徵是所述信號發射單元(2)為紅外線發射器，信號接收單元(3)為紅外線接收器。
9.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一種抗幹擾非接觸式開關，其特徵是所述信號發射單元(2)為超聲波發射器，信號接收單元(3)為超聲波接收器。
10.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一種抗幹擾非接觸式開關，其特徵是所述信號發射單元(2)為可見光信號發射器，信號接收單元(3)為可見光信號接收器。
專利摘要本實用新型涉及電氣開關領域，提供一種抗幹擾能力強的非接觸式開關。其電路結構包括用於感應特定帶寬的輸入信號並產生控制信號的感應控制單元，用於產生特定頻率監控信號的信號發射單元，用於接收反饋信號並對反饋信號進行脈衝整形形成輸入信號的信號接收單元，用於根據控制信號控制電路通斷的開關電路和供電電路，所述感應控制單元分別與信號發射單元、信號接收單元和開關電路聯接，供電電路分別與感應控制單元、信號發射單元、信號接收單元和開關電路聯接，所述開關電路可以為繼電器。
文檔編號H03K17/968GK2689596SQ20042004356
公開日2005年3月30日 申請日期2004年3月13日 優先權日2004年3月13日
發明者陳剛 申請人:惠州雷士工業發展有限公司