一种触摸按键感应装置及智能开关的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种触摸按键感应装置及智能开关，该触摸按键感应装置包括触摸板及与所述触摸板连接的触摸感应电路模块，所述触摸板为金属面板，所述触摸感应电路模块包括：电路匹配与防静电电路，用于人体接触所述金属面板时，与人体等效图组成谐振电路，将人体空间感应信号增强，输出一定频率的正弦交流电信号，使灵敏度调整与信号控制电路动作触发PWM信号，而在人体不与金属面板接触时，不会使所述灵敏度调整与信号控制电路动作触发PWM信号。本实用新型触摸按键感应装置避免了人体静电对电路造成的影响，保证了开关设备不受人体静电的影响。
【专利说明】一种触摸按键感应装置及智能开关
【技术领域】
[0001]本实用新型属于智能开关【技术领域】，具体涉及一种触摸按键感应装置及智能开关。
【背景技术】
[0002]触控技术作为一种成熟的技术，具有多种实现形式，如采用三极管实现的触控翻转电路，采用⑶4067非门实现的翻转电路或采用NE555实现的翻转电路等等。以上电路，都是采用人体微弱的生物电流，通过利用人体对地分布电容变化而形成触控信号，作用于电路，实现操控。然而由于人体静电对设备放电时，人体静电造成整个电路工作不正常，从而都容易造成设备不能正常工作；而以上电路都无法解决人体静电造成整个电路工作不正常这一现象；特别是当采用金属触控面板，这一点尤为重要。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于解决上述技术问题而提供一种触摸按键感应装置以及采用该触摸按键感应装置的智能开关。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0005]一种触摸按键感应装置，包括触摸板及与所述触摸板连接的触摸感应电路模块，所述触摸板为金属面板，所述触摸感应电路模块包括:
[0006]电路匹配与防静电电路，用于人体接触所述金属面板时，与人体等效图组成谐振电路，将人体空间感应信号增强，输出一定频率的正弦交流电信号给灵敏度调整与信号控制电路；包括电容C23、电容C27以及电容C57 ;所述金属面板与所述电容C23、电容C27的一端相接，所述电容C27的另一端接信号地SGND，所述电容C57的一端接地、另一端接信号地 SGND ；
[0007]所述灵敏度调整与信号控制电路，用于根据所述正弦交流电信号动作，进行翻转，触发PMW信号；包括电容式触摸感应1C、电阻R31、电容C31、电容C34、RP31、RP32 ;所述电阻R31的一端接所述电容C23的另一端，所述电阻R31的另一端接电容式触摸感应IC的TPl端，所述电容C31的一端接所述电容式触摸感应IC的TPl端、另一端接信号地SGND ;所述电容C34的一端接所述电容式触摸感应IC的AHLB、VDD、LPMB, MOTU MOTO端，所述电容C34的另一端接信号地SGND，所述RP31的输入端接所述电容式触摸感应IC的OUT端，所述RP31的输出端接所述RP32的输入端，所述RP32的输出端接信号地SGND。
[0008]本实用新型目的还在于提供一种智能触摸开关，包括AC\DC隔离电源，单片机以及与所述单片机连接的触摸按键感应模块、无线模块、LED指示灯驱动模块、隔离型负载输出电路，所述触摸按键感应模块采用所述触摸按键感应装置。
[0009]本实用新型通过在人体接触所述金属面板时，通过电路匹配与防静电与金属面板前端的人体等效图组成谐振电路，将人体空间感应信号增强，输出一定频率的正弦交流电信号给灵敏度调整与信号控制电路；再由灵敏度调整与信号控制电路，根据所述正弦交流电信号动作，进行翻转，触发PMW信号而实现触控，避免了人体静电对电路造成的影响，保证了开关设备不受人体静电的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1所示为本实用新型实施例提供的一种触摸按键感应装置的电路示意图；
[0011]图2所示手指触碰金属面板时形成的闭合电路的电路原理图；
[0012]图3所示为一种智能开关的方框原理结构图。
【具体实施方式】
[0013]下面，结合实例对本实用新型的实质性特点和优势作进一步的说明，但本实用新型并不局限于所列的实施例。
[0014]请参阅图1?2，一种触摸按键感应装置，包括触摸板及与所述触摸板连接的触摸感应电路模块，所述触摸板为金属面板，所述触摸感应电路模块包括:
[0015]电路匹配与防静电电路，用于人体接触所述金属面板时，与金属面板前端的人体等效图(包括5K电阻Rl以及500P电容Cl)组成谐振电路，将人体空间感应信号增强，输出一定频率的正弦交流电信号给后端的灵敏度调整与信号控制电路；该电路匹配与防静电电路包括隔直电容C23、电容C27以及信号地与大地之间的平衡电容C57 ;所述金属面板与所述电容C23、电容C27的一端相接，所述电容C27的另一端接信号地SGND，所述电容C57的一端接地、另一端接信号地SGND ；
[0016]所述灵敏度调整与信号控制电路，用于根据所述正弦交流电信号动作，进行翻转，触发PMW信号；所述灵敏度调整与信号控制电路包括电容式触摸感应1C、电阻R31、电容C31、电容C34、电位器RP31、电位器RP32 ;所述电阻R31的一端接所述电容C23的另一端，所述电阻R31的另一端接电容式触摸感应IC(U31)的TPl端，所述电容C31的一端接所述电容式触摸感应IC的TPl端、另一端接信号地SGND ;所述电容C34的一端接所述电容式触摸感应IC的AHLB、VDD、LPMB、MOT1、MOTO端，所述电容C34的另一端接信号地SGND，所述电位器RP31的输入端接所述电容式触摸感应IC的OUT端，所述电位器RP31的输出端接所述电位器RP32的输入端，所述电位器RP32的输出端接信号地SGND，所述电位器RP31的输出端PAD-1N1、2、3接到单片机对应端。
[0017]其中，所述正弦交流电信号的频率为50Hz。
[0018]进一步的，所述金属面板的触摸面与所述触摸感应电路模块间通过弹簧相连接。
[0019]为了进一步增强静电隔离效果，所述金属面板与所述触摸感应电路模块之间设有ABS隔离层，通过设有ABS隔离层，杜绝了人体静电对设备的影响，同时也是对使用者的保护。
[0020]所述感应按键电路可以采用的是深圳阿达电子的AR401芯片，AR401是一款专门针对小体积、低功耗、宽电压、高性价比而设计的电容式触摸感应1C，可直接取代传统的机械式的轻触按键。
[0021]当没有人体接触时，金属键加上电路匹配防静电不构成震荡电路，因此，灵敏度调整及信号控制电路不会翻转产生触控信号；当人体和金属键接触时，473电容和前端的人体等效图组成50Hz谐振电路，将人体空间感应信号增强，反应在82P电容上有较强的(相对于信号控制电路而言)50Hz正弦交流电信号，促使灵敏度调整及信号控制电路动作。同时，由于82P电容的隔直作用，可以有效的防止人体静电对设备的干扰和损坏。
[0022]以下对所述触摸按键感应装置的工作原理进行说明如下:
[0023]1、没有人体触控信号
[0024]由于AR401-20芯片的TPl脚有两个功能:(1)产生25Hz的VPP= IV信号，在电容473、82Ρ、20ΚΩ等组成的电路中为弱谐振。(2)TPl脚内部对25Hz的脉冲求平均值，根据实际测试的连接弹簧与数字地间的波形(该波形的峰值约为IV，频率为25Hz)，可以估算出平均值UO = 1VX1/10+0VX9/10(图中占空比为1/10)，约为0.1V ;低于芯片内部比较电路门限电压，不造成AR401-20芯片的OUTl脚翻转输出。
[0025]2、当人手指接触金属面板
[0026]从图1电路可以看出，当人手指触碰金属面板时，通过C27、C57等会组成图2所示的闭合电路:其中，C57是信号地和大地之间的平衡电容；此闭合回路会弱谐振在50Hz畸变的交流信号上，由于原信号强度VPP = 20V,因此在C27电容上形成不小于4V的峰峰值；回到图1电路，此信号金属面板叠加在由TPl脚产生的25Hz VPP = IV的信号上，由于两个信号是二倍关系，因而不仅不会抑制25Hz VPP = IV信号，反而会加强；即使不考虑共振现象，单独计算此时TPl脚上的平均电压，会是Ux = 0.1V+4VX1/5+0VX4/5 = 0.9V,此电压Ux由于大于内部比较电路门限电压而造成AR401-20芯片的OUTl脚翻转输出。
[0027]需要说明的是，所述50Hz信号，保守的取其占空比为1/5.实际上比这个值要大；或者按照近似交流电计算平均值亦可；这里，考虑计算方便，按照占空比1/5计算。综合1、2两种状态，通过电路和金属面板组合，完全可以实现设备控制。
[0028]基于以上分析，此电路会具备以下优点:
[0029]A、如果用非磁性材料触碰金属面板，不会造成电路动作；
[0030]B、不会因为环境温度变化、湿度变化、噪音等而造成电路动作；
[0031]C、电路具有一定的甄别性(指对生物体而言)。
[0032]本实用新型目的还在于提供一种智能触摸开关，参见图3所示，包括AC\DC隔离电源，单片机以及与所述单片机连接的触摸按键感应模块、无线模块、LED指示灯驱动模块、隔离型负载输出电路，所述触摸按键感应模块采用所述触摸按键感应装置。
[0033]其中，所述无线模块包括RF433无线数传模块和\或RS485通讯模块。
[0034]当人体接触金属按键触摸板时，专用的触摸感应电路会获取对应按键的感应信号，将这个信号送到单片机处理；单片机根据触摸时间的长短判断是开关操作还是调光操作，并将这一控制要求变成需要触发的PWM信号，送到对应的隔离型负载输出电路中，实现控制操作，同时，会根据配置要求，将这一操作从RS485通讯模块或RF433无线数传模块上发出操作结果，送给该开关的管理设备，如智能网关，通过智能网关送到PAD或者PC机、手机)。当然，如果操作要求是从管理设备上发出，会通过RS485通讯模块或者RF433无线数传模块传到开关上，开关根据数据要求将操作利用PWM信号送到负载，以实现远端控制。
[0035]所述单片机可以采用主CPU是ATmega88，ATmega88是基于AVR增强型RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega48/88/168的数据吞吐率高达lMIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
[0036]所述RF433无线数传模块采用的无线通讯芯片是TI公司的CCl 100，CC1100是一种低成本真正单片的UHF收发器，为低功耗无线应用而设计。电路主要设定为在315、433、868和915MHz的ISM(工业、科学和医学)和SRD(短距离设备)频率波段。同时，CC1100为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。
[0037]所述RS485通讯模块如可以采用SP3485芯片。SP3485是+3.3V低功耗双工收发器，完全满足RS-485和RS-422串行协议的要求，同时兼容工业标准规范。SP3485符合RS-485和RS-422串行协议的电气规范，数据传输速率可高达1Mbps (带负载)。SP3485芯片的R0、DI分别与MCU的RXD、TXD引脚连接，A、B两引脚通过滤波电路与双绞线相连，这样MCU即可通过UART连接到网络。
[0038]为区分开关状态，所述智能开关还设有按键灯光指示模块，用于开光状态的灯光指示，如可以采用R、G、B三基色灯珠，可以通过软件调节灯光颜色
[0039]所述AC\DC隔离电源可以采用MC33063芯片。该器件本身包含了 DC/DC变换器所需要的主要功能的单片控制电路，由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，R-S触发器和大电流输出开关电路等组成。
[0040]本实用新型通过在人体接触所述金属面板时，通过电路匹配与防静电与金属面板前端的人体等效图组成谐振电路，将人体空间感应信号增强，输出一定频率的正弦交流电信号给灵敏度调整与信号控制电路；再由灵敏度调整与信号控制电路，根据所述正弦交流电信号动作，进行翻转，触发PMW信号而实现触控，避免了人体静电对电路造成的影响，保证了开关设备不受人体静电的影响。
[0041]本实用新型硬件设计符合工业设计标准，采用全悬浮隔离设计方式，大大的提高了系统的稳定性，具体表现为:
[0042]1、人体触摸操作通过ABS隔离层，杜绝了人体静电对设备的影响，同时也是对使用者的保护。
[0043]2、输出PWM信号送到隔离型负载输出电路，该过程采用光电可控硅作为隔离器件，用光电可控硅再去控制驱动的功率器件(可控硅或继电器等)，做到了外部强电电路和系统弱电电路隔离，提高了稳定性。
[0044]3、采用AC/DC隔离电源，既做到了给弱电系统供电，又起了对系统的保护作用。
[0045]4、元器件均采用工业级以上元器件，应用于商用，本身就高一个等级(商用0-70°C，工业用-40-85°C )，因此设计裕度宽裕。
[0046]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种触摸按键感应装置，包括触摸板及与所述触摸板连接的触摸感应电路模块，其特征在于，所述触摸板为金属面板，所述触摸感应电路模块包括: 电路匹配与防静电电路，用于人体接触所述金属面板时，与人体等效图组成谐振电路，将人体空间感应信号增强，输出一定频率的正弦交流电信号给灵敏度调整与信号控制电路；包括电容C23、电容C27以及电容C57 ;所述金属面板与所述电容C23、电容C27的一端相接，所述电容C27的另一端接信号地SGND，所述电容C57的一端接地、另一端接信号地SGND ； 所述灵敏度调整与信号控制电路，用于根据所述正弦交流电信号动作，进行翻转，触发PMW信号；包括电容式触摸感应1C、电阻R31、电容C31、电容C34、RP31、RP32 ;所述电阻R31的一端接所述电容C23的另一端，所述电阻R31的另一端接电容式触摸感应IC的TPl端，所述电容C31的一端接所述电容式触摸感应IC的TPl端、另一端接信号地SGND ;所述电容C34的一端接所述电容式触摸感应IC的AHLB、VDD、LPMB、MOT1、MOTO端，所述电容C34的另一端接信号地SGND，所述RP31的输入端接所述电容式触摸感应IC的OUT端，所述RP31的输出端接所述RP32的输入端，所述RP32的输出端接信号地SGND。
2.根据权利要求1所述触摸按键感应装置，其特征在于，所述正弦交流电信号的频率为 50Hz。
3.一种智能触摸开关，包括AC\DC隔离电源，单片机以及与所述单片机连接的触摸按键感应模块、无线模块、LED指示灯驱动模块、隔离型负载输出电路，其特征在于，所述触摸按键感应模块采用权利要求1或2所述触摸按键感应装置。
4.根据权利要求3所述智能触摸开关，其特征在于，所述无线模块包括无线数传模块和\或RS485通讯模块。
【文档编号】H03K17/94GK203942506SQ201420343608
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】齐佩新 申请人:北京智慧精灵科技有限公司