专利名称：一种抗干扰非接触式开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气开关领域，更具体的说是一种无需直接接触便可以控制开启或关闭的抗干扰非接触式开关。
技术背景现有墙壁开关大多是机械触点式，需要用手按动来实现开启或关闭，既不安全又不卫生，尤其是用湿手去触摸开关容易触电。同时开关用久了，在表面会沾染许多细菌和病毒，但由于安全的因素不便于进行擦洗，对使用者存在病毒交叉感染的危险，而且开关使用时间长，易因机械磨损导致损坏。
现有的非接触式开关主要有声波、电容和红外线3种形式。
声音感应的非接触式开关通过感应对人走路发出的声音来触发开关，并通过延时装置来控制灯关的熄灭或逐步熄灭。此类形的开关由于对信号源的强度有一定的要求，所以不能够做到感应的灵敏度很高，并且不能通过感应来断开开关，所以一般仅适用于楼道中用于控制路灯。
电容感应式非接触开关是利用人手或人体其它部位作为电容的一个极板，当人体接近开关达一定距离时造成开关内感应电容的电容量改变，从而控制开关的开启和关断。此类型开关的感应灵敏度比较高，可以随时控制开关的通断，而且感应距离可以调节，但是由于必须是人体或人体通过其他导体接近开关的时候才能形成电容的极板，所以当绝缘体接近开关时是无法感应的，造成了人们生活的不便。
红外线发射和接收式感应式非接触开关内的红外线发射管发射红外线信号，当人手或其它物品处于开关近处时，人手或其它物品将红外线发射管的红外线信号反射回开关，从而触发开关的通断。此类型开关的感应灵敏度很高，并且使用于任何可以反射红外线的物体，不过由于自然界中红外线的发射源很多，如何避免干扰成了现有技术中的难题，由于此缺陷的存在，所以现有的红外线感应开关不能够得到较大范围的应用，只能用于干扰较少的区域内。
发明内容
本实用新型的发明目的在于克服现有技术中的不足，提供一种抗干扰能力强的非接触式开关。
本实用新型的发明构思在于对监控信号进行频率调制，使得监控信号具备特定频率，用于区分自然界或人为的其他信号源，而感应控制单元仅能感应所述特定频率所在的一定带宽的信号，用于产生控制信号，由此可以达到避免外界干扰的目的。由于本实用新型的应用领域包括家用电气领域，所以如何提高开关的集成度，制作成可以替代现有家用开关并且成本不至于过高也是本实用新型的一个发明要点。
本实用新型是通过以下技术方案来实现其发明目的本实用新型的电路结构包括用于感应特定带宽的输入信号并产生控制信号的感应控制单元，用于产生特定频率监控信号的信号发射单元，用于接收反馈信号并对反馈信号进行脉冲整形形成输入信号的信号接收单元，用于根据控制信号控制电路通断的开关电路和供电电路，所述感应控制单元分别与信号发射单元、信号接收单元和开关电路联接，供电电路分别与感应控制单元、信号发射单元、信号接收单元和开关电路联接，所述开关电路可以为继电器。本实用新型的信号发射单元发射经过调制的监控信号，当人手或其它物品处于开关近处时，人手或其它物品将监控信号反射回开关，并由开关内的信号接收单元接收并处理成数字信号，再由感应控制单元进行处理，将其转换为相应的控制信号，控制开关电路的开关动作。由于信号发射单元发射的是经过调制的红外线信号，因此可避免外部干扰信号的影响。
用于实现感应控制单元电路主要由音调译码器电路和双稳态电路组成；音调译码器用于为信号发射单元提供一个特定的调制频率，感应接收单元传送输入信号中特定带宽内的信号，并根据此信号产生一个触发信号；双稳态电路用于根据所述触发信号产生一个控制信号来驱动开关电路的开通或关闭。通过采用现有的音调译码器电路和双稳态电路来提高本实用新型的电路集成程度，可以将电路部分制作成很小的电路板块，大大减小本实用新型的体积，使其具备可以替换现有家用开关的特点，并且不会造成制作成本过高。
为保证每次开关动作的可靠度，本实用新型在所述音调译码器和双稳态电路之间还设有用于对触发信号进行脉冲展宽整形的单稳态定时电路。由于当阻挡物长时间置于开关前的时候，监控信号会不断被反馈回来，为了避免开关根据信号重复的动作，加设了单稳态定时电路。
为了进一步提高集成的程度，本实用新型的感应控制单元为可编程控制芯片。现有单片微型计算机技术发展迅速，可以由单片机实现感应控制电路的功能，因此将音调译码器电路、单稳态电路和双稳态电路由单片机取代，即可实现非接触电子开关描述的开关功能，并且有利于进一步提高本实用新型的集成程度，保证电路结构的可靠性。
由于电子元器件的工作电压较低，并且为了进一步提高本实用新型的使用安全性，供电电路采用由降压整流电路和稳压电路构成的形式。供电电路可以将工频电压降低到使用上述各种电子元器件的工作电压，并且远低于家用电气的安全电压，从而保证了使用的安全性。
本实用新型的实体结构是将所述感应控制单元、开关电路和供电电路集成于电路板上；信号发射单元和信号接收单元设于电路板的正面，之间设有隔离套，电路板背面联接有接线端子；电路板安装于开关壳体腔体内，并在与信号发射单元和信号接收单元相应的位置，开关壳体设置有感应窗。
本实用新型的监控信号可以采用多种信号源，采用红外线作为信号源，则所述信号发射单元为红外线发射器，信号接收单元为红外线接收器；采用超声波作为信号源则所述信号发射单元为超声波发射器，信号接收单元为超声波接收器；采用可见光作为信号源则所述信号发射单元为可见光信号发射器，信号接收单元为可见光信号接收器。
相对于现有技术本实用新型具备以下突出的实质性特点和显著的进步1.采用特定频率的信号源，抗干扰能力强；2.无需接触开关，当人手离开关的一定距离以内，开关将开启导通，当手再次在开关近处时开关关闭；3.安全可靠，此开关完全不用接触开关，无触电危险；4.无电弧，因此开关采用全电子感应式结构，不会产生电弧，可使用于一些易爆环境中；5.无需湿手直接接触开关，浴室开关安全彻底解决；6.可以避免病毒的交叉感染，特别使用于医院或其他特护区域。
图1为本实用新型的控制原理示意图；图2为本实用新型的结构示意图；图3为图2的中心剖面示意图；图4为本实用新型实施例1的电路原理示意图；图5为本实用新型实施例2的电路原理示意图；图6为本实用新型实施例4的电路原理示意图；图7为本实用新型实施例4的电路原理流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的描述如图1所示，本实用新型为一种抗干扰非接触式开关，包括感应控制单元1、信号发射单元2、信号接收单元3、开关电路4和供电电路5，所述感应控制单元1分别与信号发射单元2、信号接收单元3和开关电路4联接，供电电路5分别与感应控制单元1、信号发射单元2、信号接收单元3和开关电路4联接。通过感应控制1调制信号发射单元2发出的特定频率的监控信号a，监控信号a在阻挡物11的表面反射，形成反馈信号b被信号接收单元3接收，并进行脉冲整形为输入信号c，感应控制单元1如果从输入信号c中感应到上述特定频率所在的一定带宽的信号，则产生一个控制信号d触发开关电路4导通或断开，从而控制负载12的开启或关断。
结合图2、图3，感应控制单元1、开关电路4和供电电路5集成于电路板6上；信号发射单元2和信号接收单元3设于电路板6的正面，之间设有隔离套7，电路板6背面联接有接线端子8；电路板6安装于壳体9腔体内，并在与信号发射单元2和信号接收单元3相应的位置，开关壳体9设置有感应窗10。隔离套7阻止在开关内部信号直接由信号发射单元2泄漏到信号接收单元3。在电路板6上安装有夜间显示开关位置的指示灯13，并在壳体9正面开设相应的指示窗口，面罩14镶嵌在壳体9上，为了散热，在后盖的周边开设散热孔。
实施例1本实施例的信号发射单元2为红外线发射器，信号接收单元3为红外线接收器。如图4所示的电路图，本实施例采用的音调译码器为LM567音调译码器。LM567是一片锁相环电路，采用8脚双列直插塑封。其⑤、⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f2≈1/1.1RC。其①、②脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。②脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽电容值越大，环路带宽越窄。①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。③脚是输入端，要求输入信号≥25mV。⑧脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。LM567的工作电压为4.75～9V，工作频率从直流到500kHz，静态工作电流约8mA。当LM567的③脚输入幅度≥25mV、频率在其带宽内的信号时，⑧脚由高电平变成低电平。在本实施例的电路中正是利用了LM567接收到相同频率的载波信号后⑧脚电压由高变低这一特性，来形成对控制对象的控制。
220V交流电路经电容、电阻、整流桥和稳压管组成的降压整流网路，变为12V的直流电，再由三端稳压集成电路78L05稳压，得到5V直流电供给控制电路工作。LED2为红外线发射管，U3为红外接收电路，U4为锁相环音频译码器LM567，U4与R4、C10组成振荡器。U5为4013，它为双D触发器，其中一个D触发器与外围元件组成单稳态定时电路，其目的是对LM567输出的信号进行脉冲展宽整形，保证每次开关动作都可靠。4013的另一D触发器接成双稳态电路用来驱动继电器的开通或关闭。
LM567芯片5脚输出的振荡信号经三极管功率放大后，推动红外发射二极管LED2向外发射红外线。没有物体在开关前时，红外接收电路U3接收不到LED2向外发射的红外线，U4的3脚无信号输入，8脚为高电平，此时开关电路不动作。当有物体在开关前反射红外线时，U3接收到物体反射的红外线并经U3放大后，输入到U4的3脚，由U4内部处理后使U3的8脚输出低电平脉冲信号，此脉冲信号进入U5的3脚即单稳态电路的CP端，使单稳态电路翻转进入暂态，其输出端Q即1脚由原来的低电平跳变为高电平，此高电平经R6向C13充电，使4脚即R端电位上升，当上升到复位电平时，单稳态电路复位，1脚恢复低电平，并通过二极管很快的对电容C13放电，以为下一次的触发作准备。所以每在开关前阻挡一次红外线，1脚就输出一个固定宽度的正脉冲。此正脉冲将直接加到11脚即双稳态电路的CP端，使双稳态电路翻转一次，其输出端Q即13脚电平就改变一次。当13脚为高电平时，三极管通过R7获得电流而开通，此时继电器闭合导通。当13脚输出低电平时，三极管导通电流，继电器关断。由此可见，每在开关前阻挡一次，就能实现“开”或“关”电灯的动作电路中的LED1红色发光二极管作为开关指示，当开关中的继电器闭合导通时，LED1灭，而在开关中的继电器关断开启时，LED1亮。
实施例2本实施例的信号发射单元2为超声波发射器，信号接收单元3为超声波接收器。如图5所示的电路图，超声波发射和接收的原理与实施例1的发射和接收式感应式非接触开关相同，只是其发射装置与接收装置均改为超声波的发射装置与接收装置。
实施例3本实施例的信号发射单元2为可见光信号发射器，信号接收单元3为可见光信号接收器。如图4所示的电路图，可见光发射和接收的原理与实施例1的发射和接收式感应式非接触开关相同，只是其发射与接收的信号均为可见光信号。
实施例4本实施例的信号发射单元2为红外线发射器，信号接收单元3为红外线接收器，感应控制单元1为可编程控制芯片。本实施例的电路图如6、图7所示，在待机状态由单片微型计算机U4产生的调制信号由三极管驱动红外线发射管LED3发射经过调制的红外线信号，只要有相应的反射物体处于开关前反射红外线信号并迅速的离开，红外接收器件U3将接收到此反射的红外信号，并输入U4，经U4处理后控制相应开关的开启。若有物体再次伸到感应窗前并迅速离开，红外接收器件U3将再次接收到一组经过反射的红外信号，并经U4处理后控制相应开关的关断。
在开关处于关断状态时，若物体在感应窗前短暂停留，U4接收到信号后将顺序地点亮开关的指示灯，但此时继电器并不工作，而是等待物体离开开关感应窗后才开始动作，点亮指示灯对应的开关负载，开关开启指示灯的个数可根据开关的位数作相应的调整。另外本实用新型的内部供电电源电路也可根据需要作相应的调整，此处不作特别陈述。
权利要求1.一种抗干扰非接触式开关，其特征是包括用于感应特定带宽的输入信号并产生控制信号的感应控制单元(1)，用于产生特定频率监控信号的信号发射单元(2)，用于接收反馈信号并对反馈信号进行脉冲整形形成输入信号的信号接收单元(3)，用于根据控制信号控制电路通断的开关电路(4)和供电电路(5)，所述感应控制单元(1)分别与信号发射单元(2)、信号接收单元(3)和开关电路(4)联接，供电电路(5)分别与感应控制单元(1)、信号发射单元(2)、信号接收单元(3)和开关电路(4)联接。
2.根据权利要求1所述的一种抗干扰非接触式开关，其特征是所述感应控制单元(1)主要由音调译码器电路和双稳态电路组成；音调译码器用于为信号发射单元(2)提供一个特定的调制频率，感应接收单元(3)传送输入信号中特定带宽内的信号，并根据此信号产生一个触发信号；双稳态电路用于根据所述触发信号产生一个控制信号来驱动开关电路(4)的开通或关闭。
3.根据权利要求2所述的一种抗干扰非接触式开关，其特征是在所述音调译码器和双稳态电路之间还设有用于对触发信号进行脉冲展宽整形的单稳态定时电路。
4.根据权利要求1所述的一种抗干扰非接触式开关，其特征是所述感应控制单元(1)为可编程控制芯片。
5.根据权利要求1所述的一种抗干扰非接触式开关，其特征是所述供电电路(5)由降压整流电路和稳压电路构成。
6.根据权利要求1所述的一种抗干扰非接触式开关，其特征是所述开关电路(5)为继电器。
7.根据权利要求1所述的一种抗干扰非接触式开关，其特征是所述感应控制单元(1)、开关电路(4)和供电电路(5)集成于电路板(6)上；信号发射单元(2)和信号接收单元(3)设于电路板(6)的正面，之间设有隔离套(7)，电路板(6)背面联接有接线端子(8)；电路板(6)安装于开关壳体(9)腔体内，并在与信号发射单元(2)和信号接收单元(3)相应的位置，开关壳体(9)设置有感应窗(10)。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种抗干扰非接触式开关，其特征是所述信号发射单元(2)为红外线发射器，信号接收单元(3)为红外线接收器。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种抗干扰非接触式开关，其特征是所述信号发射单元(2)为超声波发射器，信号接收单元(3)为超声波接收器。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种抗干扰非接触式开关，其特征是所述信号发射单元(2)为可见光信号发射器，信号接收单元(3)为可见光信号接收器。
专利摘要本实用新型涉及电气开关领域，提供一种抗干扰能力强的非接触式开关。其电路结构包括用于感应特定带宽的输入信号并产生控制信号的感应控制单元，用于产生特定频率监控信号的信号发射单元，用于接收反馈信号并对反馈信号进行脉冲整形形成输入信号的信号接收单元，用于根据控制信号控制电路通断的开关电路和供电电路，所述感应控制单元分别与信号发射单元、信号接收单元和开关电路联接，供电电路分别与感应控制单元、信号发射单元、信号接收单元和开关电路联接，所述开关电路可以为继电器。
文档编号H03K17/968GK2689596SQ20042004356
公开日2005年3月30日 申请日期2004年3月13日 优先权日2004年3月13日
发明者陈刚 申请人:惠州雷士工业发展有限公司