專利名稱：一種抗干擾非接觸式開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電氣開關(guān)領(lǐng)域，更具體的說是一種無需直接接觸便可以控制開啟或關(guān)閉的抗干擾非接觸式開關(guān)。
技術(shù)背景現(xiàn)有墻壁開關(guān)大多是機械觸點式，需要用手按動來實現(xiàn)開啟或關(guān)閉，既不安全又不衛(wèi)生，尤其是用濕手去觸摸開關(guān)容易觸電。同時開關(guān)用久了，在表面會沾染許多細(xì)菌和病毒，但由于安全的因素不便于進行擦洗，對使用者存在病毒交叉感染的危險，而且開關(guān)使用時間長，易因機械磨損導(dǎo)致?lián)p壞。
現(xiàn)有的非接觸式開關(guān)主要有聲波、電容和紅外線3種形式。
聲音感應(yīng)的非接觸式開關(guān)通過感應(yīng)對人走路發(fā)出的聲音來觸發(fā)開關(guān)，并通過延時裝置來控制燈關(guān)的熄滅或逐步熄滅。此類形的開關(guān)由于對信號源的強度有一定的要求，所以不能夠做到感應(yīng)的靈敏度很高，并且不能通過感應(yīng)來斷開開關(guān)，所以一般僅適用于樓道中用于控制路燈。
電容感應(yīng)式非接觸開關(guān)是利用人手或人體其它部位作為電容的一個極板，當(dāng)人體接近開關(guān)達一定距離時造成開關(guān)內(nèi)感應(yīng)電容的電容量改變，從而控制開關(guān)的開啟和關(guān)斷。此類型開關(guān)的感應(yīng)靈敏度比較高，可以隨時控制開關(guān)的通斷，而且感應(yīng)距離可以調(diào)節(jié)，但是由于必須是人體或人體通過其他導(dǎo)體接近開關(guān)的時候才能形成電容的極板，所以當(dāng)絕緣體接近開關(guān)時是無法感應(yīng)的，造成了人們生活的不便。
紅外線發(fā)射和接收式感應(yīng)式非接觸開關(guān)內(nèi)的紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線信號，當(dāng)人手或其它物品處于開關(guān)近處時，人手或其它物品將紅外線發(fā)射管的紅外線信號反射回開關(guān)，從而觸發(fā)開關(guān)的通斷。此類型開關(guān)的感應(yīng)靈敏度很高，并且使用于任何可以反射紅外線的物體，不過由于自然界中紅外線的發(fā)射源很多，如何避免干擾成了現(xiàn)有技術(shù)中的難題，由于此缺陷的存在，所以現(xiàn)有的紅外線感應(yīng)開關(guān)不能夠得到較大范圍的應(yīng)用，只能用于干擾較少的區(qū)域內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種抗干擾能力強的非接觸式開關(guān)。
本實用新型的發(fā)明構(gòu)思在于對監(jiān)控信號進行頻率調(diào)制，使得監(jiān)控信號具備特定頻率，用于區(qū)分自然界或人為的其他信號源，而感應(yīng)控制單元僅能感應(yīng)所述特定頻率所在的一定帶寬的信號，用于產(chǎn)生控制信號，由此可以達到避免外界干擾的目的。由于本實用新型的應(yīng)用領(lǐng)域包括家用電氣領(lǐng)域，所以如何提高開關(guān)的集成度，制作成可以替代現(xiàn)有家用開關(guān)并且成本不至于過高也是本實用新型的一個發(fā)明要點。
本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)其發(fā)明目的本實用新型的電路結(jié)構(gòu)包括用于感應(yīng)特定帶寬的輸入信號并產(chǎn)生控制信號的感應(yīng)控制單元，用于產(chǎn)生特定頻率監(jiān)控信號的信號發(fā)射單元，用于接收反饋信號并對反饋信號進行脈沖整形形成輸入信號的信號接收單元，用于根據(jù)控制信號控制電路通斷的開關(guān)電路和供電電路，所述感應(yīng)控制單元分別與信號發(fā)射單元、信號接收單元和開關(guān)電路聯(lián)接，供電電路分別與感應(yīng)控制單元、信號發(fā)射單元、信號接收單元和開關(guān)電路聯(lián)接，所述開關(guān)電路可以為繼電器。本實用新型的信號發(fā)射單元發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的監(jiān)控信號，當(dāng)人手或其它物品處于開關(guān)近處時，人手或其它物品將監(jiān)控信號反射回開關(guān)，并由開關(guān)內(nèi)的信號接收單元接收并處理成數(shù)字信號，再由感應(yīng)控制單元進行處理，將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號，控制開關(guān)電路的開關(guān)動作。由于信號發(fā)射單元發(fā)射的是經(jīng)過調(diào)制的紅外線信號，因此可避免外部干擾信號的影響。
用于實現(xiàn)感應(yīng)控制單元電路主要由音調(diào)譯碼器電路和雙穩(wěn)態(tài)電路組成；音調(diào)譯碼器用于為信號發(fā)射單元提供一個特定的調(diào)制頻率，感應(yīng)接收單元傳送輸入信號中特定帶寬內(nèi)的信號，并根據(jù)此信號產(chǎn)生一個觸發(fā)信號；雙穩(wěn)態(tài)電路用于根據(jù)所述觸發(fā)信號產(chǎn)生一個控制信號來驅(qū)動開關(guān)電路的開通或關(guān)閉。通過采用現(xiàn)有的音調(diào)譯碼器電路和雙穩(wěn)態(tài)電路來提高本實用新型的電路集成程度，可以將電路部分制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(xiàn)有家用開關(guān)的特點，并且不會造成制作成本過高。
為保證每次開關(guān)動作的可靠度，本實用新型在所述音調(diào)譯碼器和雙穩(wěn)態(tài)電路之間還設(shè)有用于對觸發(fā)信號進行脈沖展寬整形的單穩(wěn)態(tài)定時電路。由于當(dāng)阻擋物長時間置于開關(guān)前的時候，監(jiān)控信號會不斷被反饋回來，為了避免開關(guān)根據(jù)信號重復(fù)的動作，加設(shè)了單穩(wěn)態(tài)定時電路。
為了進一步提高集成的程度，本實用新型的感應(yīng)控制單元為可編程控制芯片。現(xiàn)有單片微型計算機技術(shù)發(fā)展迅速，可以由單片機實現(xiàn)感應(yīng)控制電路的功能，因此將音調(diào)譯碼器電路、單穩(wěn)態(tài)電路和雙穩(wěn)態(tài)電路由單片機取代，即可實現(xiàn)非接觸電子開關(guān)描述的開關(guān)功能，并且有利于進一步提高本實用新型的集成程度，保證電路結(jié)構(gòu)的可靠性。
由于電子元器件的工作電壓較低，并且為了進一步提高本實用新型的使用安全性，供電電路采用由降壓整流電路和穩(wěn)壓電路構(gòu)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，并且遠(yuǎn)低于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(jié)構(gòu)是將所述感應(yīng)控制單元、開關(guān)電路和供電電路集成于電路板上；信號發(fā)射單元和信號接收單元設(shè)于電路板的正面，之間設(shè)有隔離套，電路板背面聯(lián)接有接線端子；電路板安裝于開關(guān)殼體腔體內(nèi)，并在與信號發(fā)射單元和信號接收單元相應(yīng)的位置，開關(guān)殼體設(shè)置有感應(yīng)窗。
本實用新型的監(jiān)控信號可以采用多種信號源，采用紅外線作為信號源，則所述信號發(fā)射單元為紅外線發(fā)射器，信號接收單元為紅外線接收器；采用超聲波作為信號源則所述信號發(fā)射單元為超聲波發(fā)射器，信號接收單元為超聲波接收器；采用可見光作為信號源則所述信號發(fā)射單元為可見光信號發(fā)射器，信號接收單元為可見光信號接收器。
相對于現(xiàn)有技術(shù)本實用新型具備以下突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步1.采用特定頻率的信號源，抗干擾能力強；2.無需接觸開關(guān)，當(dāng)人手離開關(guān)的一定距離以內(nèi)，開關(guān)將開啟導(dǎo)通，當(dāng)手再次在開關(guān)近處時開關(guān)關(guān)閉；3.安全可靠，此開關(guān)完全不用接觸開關(guān)，無觸電危險；4.無電弧，因此開關(guān)采用全電子感應(yīng)式結(jié)構(gòu)，不會產(chǎn)生電弧，可使用于一些易爆環(huán)境中；5.無需濕手直接接觸開關(guān)，浴室開關(guān)安全徹底解決；6.可以避免病毒的交叉感染，特別使用于醫(yī)院或其他特護區(qū)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(jié)構(gòu)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(jié)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干擾非接觸式開關(guān)，包括感應(yīng)控制單元1、信號發(fā)射單元2、信號接收單元3、開關(guān)電路4和供電電路5，所述感應(yīng)控制單元1分別與信號發(fā)射單元2、信號接收單元3和開關(guān)電路4聯(lián)接，供電電路5分別與感應(yīng)控制單元1、信號發(fā)射單元2、信號接收單元3和開關(guān)電路4聯(lián)接。通過感應(yīng)控制1調(diào)制信號發(fā)射單元2發(fā)出的特定頻率的監(jiān)控信號a，監(jiān)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，并進行脈沖整形為輸入信號c，感應(yīng)控制單元1如果從輸入信號c中感應(yīng)到上述特定頻率所在的一定帶寬的信號，則產(chǎn)生一個控制信號d觸發(fā)開關(guān)電路4導(dǎo)通或斷開，從而控制負(fù)載12的開啟或關(guān)斷。
結(jié)合圖2、圖3，感應(yīng)控制單元1、開關(guān)電路4和供電電路5集成于電路板6上；信號發(fā)射單元2和信號接收單元3設(shè)于電路板6的正面，之間設(shè)有隔離套7，電路板6背面聯(lián)接有接線端子8；電路板6安裝于殼體9腔體內(nèi)，并在與信號發(fā)射單元2和信號接收單元3相應(yīng)的位置，開關(guān)殼體9設(shè)置有感應(yīng)窗10。隔離套7阻止在開關(guān)內(nèi)部信號直接由信號發(fā)射單元2泄漏到信號接收單元3。在電路板6上安裝有夜間顯示開關(guān)位置的指示燈13，并在殼體9正面開設(shè)相應(yīng)的指示窗口，面罩14鑲嵌在殼體9上，為了散熱，在后蓋的周邊開設(shè)散熱孔。
實施例1本實施例的信號發(fā)射單元2為紅外線發(fā)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，本實施例采用的音調(diào)譯碼器為LM567音調(diào)譯碼器。LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其⑤、⑥腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)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(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡(luò)。②腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。①腳所接電容的容量應(yīng)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(nèi)部是一個集電極開路的三極管，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(tài)工作電流約8mA。當(dāng)LM567的③腳輸入幅度≥25mV、頻率在其帶寬內(nèi)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后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(jīng)電容、電阻、整流橋和穩(wěn)壓管組成的降壓整流網(wǎng)路，變?yōu)?2V的直流電，再由三端穩(wěn)壓集成電路78L05穩(wěn)壓，得到5V直流電供給控制電路工作。LED2為紅外線發(fā)射管，U3為紅外接收電路，U4為鎖相環(huán)音頻譯碼器LM567，U4與R4、C10組成振蕩器。U5為4013，它為雙D觸發(fā)器，其中一個D觸發(fā)器與外圍元件組成單穩(wěn)態(tài)定時電路，其目的是對LM567輸出的信號進行脈沖展寬整形，保證每次開關(guān)動作都可靠。4013的另一D觸發(fā)器接成雙穩(wěn)態(tài)電路用來驅(qū)動繼電器的開通或關(guān)閉。
LM567芯片5腳輸出的振蕩信號經(jīng)三極管功率放大后，推動紅外發(fā)射二極管LED2向外發(fā)射紅外線。沒有物體在開關(guān)前時，紅外接收電路U3接收不到LED2向外發(fā)射的紅外線，U4的3腳無信號輸入，8腳為高電平，此時開關(guān)電路不動作。當(dāng)有物體在開關(guān)前反射紅外線時，U3接收到物體反射的紅外線并經(jīng)U3放大后，輸入到U4的3腳，由U4內(nèi)部處理后使U3的8腳輸出低電平脈沖信號，此脈沖信號進入U5的3腳即單穩(wěn)態(tài)電路的CP端，使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)進入暫態(tài)，其輸出端Q即1腳由原來的低電平跳變?yōu)楦唠娖?，此高電平?jīng)R6向C13充電，使4腳即R端電位上升，當(dāng)上升到復(fù)位電平時，單穩(wěn)態(tài)電路復(fù)位，1腳恢復(fù)低電平，并通過二極管很快的對電容C13放電，以為下一次的觸發(fā)作準(zhǔn)備。所以每在開關(guān)前阻擋一次紅外線，1腳就輸出一個固定寬度的正脈沖。此正脈沖將直接加到11腳即雙穩(wěn)態(tài)電路的CP端，使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)一次，其輸出端Q即13腳電平就改變一次。當(dāng)13腳為高電平時，三極管通過R7獲得電流而開通，此時繼電器閉合導(dǎo)通。當(dāng)13腳輸出低電平時，三極管導(dǎo)通電流，繼電器關(guān)斷。由此可見，每在開關(guān)前阻擋一次，就能實現(xiàn)“開”或“關(guān)”電燈的動作電路中的LED1紅色發(fā)光二極管作為開關(guān)指示，當(dāng)開關(guān)中的繼電器閉合導(dǎo)通時，LED1滅，而在開關(guān)中的繼電器關(guān)斷開啟時，LED1亮。
實施例2本實施例的信號發(fā)射單元2為超聲波發(fā)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(fā)射和接收的原理與實施例1的發(fā)射和接收式感應(yīng)式非接觸開關(guān)相同，只是其發(fā)射裝置與接收裝置均改為超聲波的發(fā)射裝置與接收裝置。
實施例3本實施例的信號發(fā)射單元2為可見光信號發(fā)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(fā)射和接收的原理與實施例1的發(fā)射和接收式感應(yīng)式非接觸開關(guān)相同，只是其發(fā)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(fā)射單元2為紅外線發(fā)射器，信號接收單元3為紅外線接收器，感應(yīng)控制單元1為可編程控制芯片。本實施例的電路圖如6、圖7所示，在待機狀態(tài)由單片微型計算機U4產(chǎn)生的調(diào)制信號由三極管驅(qū)動紅外線發(fā)射管LED3發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的紅外線信號，只要有相應(yīng)的反射物體處于開關(guān)前反射紅外線信號并迅速的離開，紅外接收器件U3將接收到此反射的紅外信號，并輸入U4，經(jīng)U4處理后控制相應(yīng)開關(guān)的開啟。若有物體再次伸到感應(yīng)窗前并迅速離開，紅外接收器件U3將再次接收到一組經(jīng)過反射的紅外信號，并經(jīng)U4處理后控制相應(yīng)開關(guān)的關(guān)斷。
在開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時，若物體在感應(yīng)窗前短暫停留，U4接收到信號后將順序地點亮開關(guān)的指示燈，但此時繼電器并不工作，而是等待物體離開開關(guān)感應(yīng)窗后才開始動作，點亮指示燈對應(yīng)的開關(guān)負(fù)載，開關(guān)開啟指示燈的個數(shù)可根據(jù)開關(guān)的位數(shù)作相應(yīng)的調(diào)整。另外本實用新型的內(nèi)部供電電源電路也可根據(jù)需要作相應(yīng)的調(diào)整，此處不作特別陳述。
權(quán)利要求1.一種抗干擾非接觸式開關(guān)，其特征是包括用于感應(yīng)特定帶寬的輸入信號并產(chǎn)生控制信號的感應(yīng)控制單元(1)，用于產(chǎn)生特定頻率監(jiān)控信號的信號發(fā)射單元(2)，用于接收反饋信號并對反饋信號進行脈沖整形形成輸入信號的信號接收單元(3)，用于根據(jù)控制信號控制電路通斷的開關(guān)電路(4)和供電電路(5)，所述感應(yīng)控制單元(1)分別與信號發(fā)射單元(2)、信號接收單元(3)和開關(guān)電路(4)聯(lián)接，供電電路(5)分別與感應(yīng)控制單元(1)、信號發(fā)射單元(2)、信號接收單元(3)和開關(guān)電路(4)聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗干擾非接觸式開關(guān)，其特征是所述感應(yīng)控制單元(1)主要由音調(diào)譯碼器電路和雙穩(wěn)態(tài)電路組成；音調(diào)譯碼器用于為信號發(fā)射單元(2)提供一個特定的調(diào)制頻率，感應(yīng)接收單元(3)傳送輸入信號中特定帶寬內(nèi)的信號，并根據(jù)此信號產(chǎn)生一個觸發(fā)信號；雙穩(wěn)態(tài)電路用于根據(jù)所述觸發(fā)信號產(chǎn)生一個控制信號來驅(qū)動開關(guān)電路(4)的開通或關(guān)閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種抗干擾非接觸式開關(guān)，其特征是在所述音調(diào)譯碼器和雙穩(wěn)態(tài)電路之間還設(shè)有用于對觸發(fā)信號進行脈沖展寬整形的單穩(wěn)態(tài)定時電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗干擾非接觸式開關(guān)，其特征是所述感應(yīng)控制單元(1)為可編程控制芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗干擾非接觸式開關(guān)，其特征是所述供電電路(5)由降壓整流電路和穩(wěn)壓電路構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗干擾非接觸式開關(guān)，其特征是所述開關(guān)電路(5)為繼電器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗干擾非接觸式開關(guān)，其特征是所述感應(yīng)控制單元(1)、開關(guān)電路(4)和供電電路(5)集成于電路板(6)上；信號發(fā)射單元(2)和信號接收單元(3)設(shè)于電路板(6)的正面，之間設(shè)有隔離套(7)，電路板(6)背面聯(lián)接有接線端子(8)；電路板(6)安裝于開關(guān)殼體(9)腔體內(nèi)，并在與信號發(fā)射單元(2)和信號接收單元(3)相應(yīng)的位置，開關(guān)殼體(9)設(shè)置有感應(yīng)窗(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一種抗干擾非接觸式開關(guān)，其特征是所述信號發(fā)射單元(2)為紅外線發(fā)射器，信號接收單元(3)為紅外線接收器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一種抗干擾非接觸式開關(guān)，其特征是所述信號發(fā)射單元(2)為超聲波發(fā)射器，信號接收單元(3)為超聲波接收器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一種抗干擾非接觸式開關(guān)，其特征是所述信號發(fā)射單元(2)為可見光信號發(fā)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(guān)領(lǐng)域，提供一種抗干擾能力強的非接觸式開關(guān)。其電路結(jié)構(gòu)包括用于感應(yīng)特定帶寬的輸入信號并產(chǎn)生控制信號的感應(yīng)控制單元，用于產(chǎn)生特定頻率監(jiān)控信號的信號發(fā)射單元，用于接收反饋信號并對反饋信號進行脈沖整形形成輸入信號的信號接收單元，用于根據(jù)控制信號控制電路通斷的開關(guān)電路和供電電路，所述感應(yīng)控制單元分別與信號發(fā)射單元、信號接收單元和開關(guān)電路聯(lián)接，供電電路分別與感應(yīng)控制單元、信號發(fā)射單元、信號接收單元和開關(guān)電路聯(lián)接，所述開關(guān)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(yōu)先權(quán)日2004年3月13日
發(fā)明者陳剛 申請人:惠州雷士工業(yè)發(fā)展有限公司