专利名称：床头灯红外控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种人体红外传感器应用领域内的利用人体红外线遥控床头灯自动开关并附有触摸感应调光功能的床头灯红外控制器。
背景技术：
目前，红外传感器多应用于报警、公共场所照明控制等方面，可控硅机械调光器仅应用于台灯调光和电风扇调速。通常人们半夜起床时并未完全清醒，在黑暗中很难摸到照明开关，夜起颇感不便。通过中国专利检索未检索到床头灯红外控制器。
发明内容
针对人们夜起不便的情况，本实用新型提供一种仿机器人头形绝缘外壳内装利用人体红外线遥控床头灯自动开关并附有触摸感应调光功能电路板的床头灯红外控制器。控制器安装在床头0.6米处，红外遥感距离8米，遥感角水平120度，垂直为水平夹角±4度，强迫开关感应电极紧贴鼻头绝缘壳内，增亮、减光感应电极紧贴左右脸颊绝缘壳内；夜入卧室床头灯即亮；躺下则延时5秒熄灭，卧床夜读可触摸鼻头强迫点亮床头灯，通过触摸左右脸颊调节床头灯的16级亮度；睡时再触鼻头强迫床头灯熄灭；夜起床头灯即亮；离开卧室床头灯延时熄灭；环境较亮时无红外遥控功能，仅有触摸控制功能。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在仿机器人头形绝缘外壳内装有热释电型人体红外传感器、模拟/数字集成电路组成的电路板，它是利用热释电型人体红外传感器通过仿机器人头形绝缘外壳眼镜部位的菲涅尔透镜接收人体红外线，产生信号电压经过二级运算放大器放大，使红外遥感距离达8米，再经过比较器容错比较，对保持电容快速放电，再通过光敏二极管组成的判断电路进行比较，光敏二极管在白天电阻最低，不能触发可控硅导通，控制器不能使床头点亮；当环境黑暗时，光敏二极管阻值增大，则触发可控硅导通，控制器使床头灯点亮；红外源消失后，信号采样保持电容通过限流电阻缓慢充电，充电时间常数保持在5秒后使床头灯熄灭。机器人头形绝缘外壳鼻头处的强迫开关为D型触发器型，每触摸一次D型触发器则翻转一次，一触翻转为开，再触翻转为关。开关为电容感应式，感应电极紧贴绝缘外壳内表面，绝缘外壳外表面无金属电极，无触电的可能。开关只有逻辑翻转，没有硬件磨损。控制器上机器人头形绝缘外壳眉心处设有红绿双色发光二极管，显示床头灯开关的状态，开则发红光，关则发绿光。在鼻头强迫开关的两边左右脸颊处设有调节床头灯亮度的感应式增亮、减光开关，触摸增亮或减光开关可以调节床头灯的16级亮度。为了使感应开关位置易于识别定位触摸，绝缘外壳设计成玩具机器人头部形状，体积类似于壁式开关，直接安装在离床头0.5～0.8m处，当人体高度处在红外传感器遥感范围内，控制器控制床头灯即亮，当人体高度低于或者走出红外传感器遥感范围时，控制器控制床头灯5秒钟后自动熄灭。
本实用新型的有益效果是使人们夜入卧室时，控制器自动控制床头灯亮，躺下时床头灯延时5秒自动熄灭，夜起即亮，离开卧室延时熄灭。为方便人们卧床夜读，控制器上设有感应式强迫开关，使控制器在红外传感器未接收人体红外线时可以触摸点亮床头灯，并可触摸感应式增亮、减光开关调节床头灯的亮度，睡时再触摸强迫开关使床头灯熄灭。强迫开关及调光功能不受环境亮度约束。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详述
图1为本实用新型一种实施例的仿机器人头形绝缘外壳外观结构立体图图2为本实用新型实施例中的仿机器人头形绝缘外壳内部结构立体图图3为本实用新型实施例中的仿机器人头形绝缘外壳后盖内部结构立体图图4为本实用新型实施例中的电路原理方框图图5为本实用新型详细电路图图1、图2、图3中1.(仿机器人头形绝缘外壳)盒体，2.面板，3.菲涅尔透镜，4.强迫开关，5.减光开关，6.增亮开关，7.红/绿指示灯，8.耳部螺钉孔，9.嘴部螺钉孔，10.电源出入口，11.输出插座，12.主电路板定位座，13.电源出入电路板定位座，14.红/绿指示灯安装孔，15.菲涅尔透镜固定栓，16.菲涅尔透镜安装窗口，17.减光感应电极，18.强迫开关感应电极，19.增亮感应电极，20.输出插座电路板定位座，21.嘴部螺钉套筒过孔，22.输出插座孔，23.后盖，24.后盖紧固螺钉座，25.嘴部螺钉后盖过孔，26.输出插座孔定位挡板，27.后盖紧固螺钉座过孔，28.电源出入安装窗口。
图4中29.交流稳压直流电源，30.强迫开关感应电路，31.开关采样保持电路，32.开关逻辑判断电路，33.D型触发翻转电路，34.双色发光指示灯，35.施密特震荡电路，36.液晶遮光器，37.减光感应电路，38.增亮感应电路，39.数字亮度保持电路，40.红外传感电路，41.浮式运算放大电路，42.反相运算放大电路，43.电压比较电路，44.信号采样保持电路，45.光敏判断电路，46.相位延迟比较电路，47.可控硅电路。
图5中101.220伏交流电源，102.桥式整流，103.床头灯(白炽灯泡)，104.单向可控硅，105.开关二极管，106.移相电容，107.移相电阻，108.相位比较器，109.单向导通二极管，110.全波整流波限流电阻，111.相位限流电阻，112.相位分压电阻，113.移相电容，114.稳压二极管，115.滤波电容，116.噪声滤波电容，117.三端稳压器，118.整流滤波电容，119.噪声滤波电容，120.旁路电容，121.限流电阻，122.红色发光二极管，123.绿色发光二极管，124.限流电阻，125.D型触发器，126.施密特反相器，127.开关保持电容，128.限流电阻，129.泄放电阻，130.强迫开关比较器，131.二极管，132.二极管，133.稳压电容，134.分压电阻，135.自举电阻，136.限流电阻，137.施密特反相器，138.光敏二极管，139.分压电阻，140.施密特反相器，141.限流电阻，142.二极管，143.限流电阻，144.泄放电阻，145.信号采样保持电容，146.比较器，147.限流电阻，148.稳压电容，149.分压电阻，150.限流电阻，151.信号滤波电阻，153.反馈电阻，154.反馈电容，155.反相运算放大器，156.限流电阻，157.稳压电容，158.分压电阻，159.耦合电容，160.反馈电容，161.反馈电阻，162.同相运算放大器，163.限流电阻，164.噪声滤波电容，165.反馈保持电容，166.噪声滤波电容，167.限流电阻，168.红外传感器，169.电源滤波电阻，170.滤波电容，171.分压电阻，172.亮度保持电容，173.分压电阻，174.3位加权电阻，175.2位加权电阻，176.1位加权电阻，177.0位加权电阻，178.可逆计数器，179.施密特反相器，180.施密特反相器，181.二极管，182.限流电阻，183.泄放电阻，184.保持电容，185.减光感应比较器，186.自举电阻，187.限流电阻，188.二极管，189.泄放电阻，190.保持电容，191.增亮感应比较器，192.限流电阻，193.自举电阻，194.保持电容，195.分压电阻，196.反馈电阻，197.施密特反相器，198.震荡电容，199.震荡输出，200.电压射随器，VCC.+5V直流电源。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型实施例的外观是一仿机器人头形的绝缘外壳盒体(1)，面板(2)的上半部眼镜处突出一孤形，孤形表面装有菲涅尔透镜(3)，由菲涅尔透镜固定栓(15)固定在菲涅尔透镜安装窗口(16)，菲涅尔透镜(3)聚焦后的电路板上装有红外传感器(168)，电路板由螺钉通过后盖紧固螺钉座孔(27)固定在主电路板定位座(12)处，使后盖(23)与盒体(1)结合成一整体安装在床头0.6米处；红外传感器(168)通过菲涅尔透镜(3)确定其遥感范围遥感距离8米，遥感角水平120度，垂直为水平夹角±4度。面板(2)中部的中间鼻头为强迫开关(4)，强迫开关感应电极(18)紧贴在绝缘外壳鼻头背面，强迫开关(4)的右边脸颊为减光开关(5)，减光感应电极(17)紧贴在绝缘外壳右脸颊背面，左边脸颊为增亮开关(6)，增亮感应电极(19)紧贴在绝缘外壳左脸颊背面。绝缘外壳为塑料品，用手触摸开关位置时，与背面电极形成电容式感应，人体是个导体，相当于地电平，具有8伏的交流感应电压，相对于本电路有80伏的交流感应电压。当外壳厚度为1毫米时，背面电极与手指之间的电容约为5皮法左右，电极能感应到200毫伏的交流电压，足以触发开关动作。红/绿指示灯(7)在菲涅尔透镜(3)之上，红/绿指示灯安装孔(14)内，显示强迫开关(4)的开关状态，红色为强迫打开状态，绿色为关闭等待红外触发状态。其头顶后方是电源出入口(10)，市电(101)从此输入、壁式床头灯(103)电源从此输出。盒体(1)的下方设有输出插座(11)，插座电路板用螺钉固定在输出插座电路板定位座(20)处，供台式床头灯(103)使用。盒体(1)的后盖(23)上设有电源出入安装窗口(28)，电源电路板固定在电源出入电路板定位座(13)处，使安装不必打开后盖(23)。当电源安装完毕，把螺钉插入嘴部螺钉孔(9)，通过嘴部螺钉筒座过孔(21)和嘴部螺钉后盖孔(25)，加上左右耳部螺钉孔(8)的螺钉，将控制器紧固在床头墙壁上。夜入卧室或夜起时床头灯自动点亮，当躺下或离开卧室时床头灯延时5秒后熄灭，如需卧床夜读，可触摸强迫开关(4)打开床头灯，并能通过减光开关(5)和增亮开关(6)调节16级亮度，睡时再触摸强迫开关(4)关闭床头灯。
控制电路板由交流稳压直流电源(29)、强迫开关感应电路(30)、开关采样保持电路(31)、开关逻辑判断电路(32)、D型触发翻转电路(33)、双色发光指示灯(34)、施密特震荡电路(35)、液晶遮光器(36)、减光感应电路(37)、增亮感应电路(38)、数字亮度保持电路(39)、红外传感电路(40)、浮式运算放大电路(41)、反相运算放大电路(42)、电压比较电路(43)、信号采样保持电路(44)、光敏判断电路(45)、相位延迟比较电路(46)、可控硅电路(47)所组成的。
红外传感电路(40)通过菲涅尔透镜(3)的聚焦遥感人体红外线，取得脉动信号电压，浮式运算放大电路(41)对信号电压进行第一级放大，反相运算放大器(42)进行第二级放大，使红外遥感距离达8米，电压比较电路(43)对放大的信号进行比较；信号采样保持电路(44)对信号进行采样保持延时；光敏判断电路(45)对环境光线进行判断，光敏二极管(138)在有光环境下阻值为3K欧，施密特反相器(137)判断为零，可控硅电路(47)不能被触发；当环境黑暗时，光敏二极管(138)阻值为10M欧，施密特反相器(137)判断为1，可控硅电路(47)才能被触发。增亮感应电路(38)的增亮感应电极(19)接受人体的交流感应电压对数字亮度采样保持电路(39)的电容(172)放电；减光感应比较器(185)的减光感应电极(17)接受人体的交流感应电压对数字亮度采样保持电路(39)的亮度保持电容(172)充电；强迫开关感应电路(30)的强迫开关感应电极(18)接受人体的交流感应电压对开关采样保持电路(31)的开关采样保持电容(127)通过泄放电阻(129)快速放电；开关逻辑判断电路(32)对采样电压进行逻辑判断，开关采样保持电容(127)电压降低到0.9V以下时，施密特反相器(126)输出一脉冲上升沿，使D型触发翻转电路(33)的D型触发器(125)翻转；D型触发器(125)的Q正Q负分别给双色发光二极管(34)提供逻辑电压，强迫开关比较器(130)的强迫开关感应电极(18)每被触发一次，D型触发器(125)就翻转一次，使双色发光指示灯(34)轮流发光，显示D型触发翻转电路(33)的翻转状态，D型触发器(125)的输出Q正为零时施密特反相器(137)输出为1，可控硅(104)被触发；Q正为1时施密特反相器(137)为零状态，可控硅(104)截止。相位延迟比较电路(46)对数字亮度采样保持电路(39)的亮度保持电容(172)电压进行比较；单向导通二极管(109)的输出端为相位比较器(108)提供峰值2.6V的全波整流波，相位比较器(108)用全波整流波为基本波形，数字亮度采样保持电路(39)的输出电平为比较电平，使相位比较器(108)输出不同的移相波形控制可控硅(104)的导通角，以决定床头灯(103)的亮度。施密特振荡电路(35)的时间常数为4赫兹，为液晶遮光器(36)(电路中未画出)提供矩形交变电压；液晶遮光器(36)装在红外传感器(168)的硅窗前面，为红外传感器(168)提供4赫兹的斩光脉冲，液晶遮光器(36)透明时，红外线能透过，使红外传感器(168)能获得一脉冲信号输出；液晶遮光器(36)不透明时，红外线不能透过，红外传感器(168)不能获得信号输出，但热释电型红外传感器(168)能恢复释放的电荷；当红外源不移动时，红外传感器(168)仍然能获得4赫兹的脉冲信号输出，使信号采样保持电路(44)的施密特反相器(140)输出电压保持低电平，使床头灯(103)维持不熄。
交流稳压直流电源(29)是由桥式整流(102)、单向导通二极管(109)、稳压二极管(114)、滤波电容(115)、噪声滤波电容(116)、整流滤波电容(118)、噪声滤波电容(119)和5伏三端稳压器(117)所组成，为整个电路提供稳定的+5V直流电源。
红外传感电路(40)是由电源滤波电阻(169)、滤波电容(170)、限流电阻(167)、信号滤波电阻(151)、噪声滤波电容(166)和红外传感器(168)所组成。电源滤波电阻(169)、滤波电容(170)为红外传感器(168)提供更稳定的稳压电源，限流电阻(167)为同相运算放大器(162)提供一定的信号电压，噪声滤波电容(166)和信号滤波电阻(151)进一步滤除信号电压中的高频杂波。
浮式运算放大电路(41)是由同相运算放大器(162)、反馈电容(160)、反馈电阻(161)、限流电阻(163)、反馈保持电容(165)组成。由于同相运算放大器(162)本身具有输出漂移电压，其漂移电压一般为2毫伏，使同相运算放大器(162)的负输入端总是比正输入端高2毫伏，无论正输入端电压保持何种状态，大容量的反馈保持电容(165)的电压总是高于正输入端。同相运算放大器(162)输出端保持恒定电压，耦合电容(159)无脉动电压通过；当红外传感器(168)接收到红外线时，同相运算放大器(162)的正输入端获得脉动电压，当脉动电压的上弦高于负输入端时，同相运算放大器(162)产生同相放大作用后通过耦合电容(159)耦合到第二级的反相运算放大器(155)的负输入端。
反相运算放大电路(42)是由反相运算放大器(155)、分压电阻(158)、限流电阻(156)、稳压电容(157)、反馈电阻(153)、反馈电容(154)和耦合电容(159)所组成。分压电阻(158)、限流电阻(156)、稳压电容(157)为反相运算放大器(155)的正输入端提供稳定的基准电压源；反馈电阻(156)、反馈电容(154)将反相运算放大器(155)的输出电压反馈到反相运算放大器(155)的负输入端，使其总是保持高于正输入端2毫伏。当浮式运算放大电路(41)的同相放大的上弦波通过耦合电容(159)时，反相运算放大器(155)负输入端电压高于正输入端，反相运算放大器(155)输出一个反相放大的下弦波。
电压比较电路(43)是由比较器(146)、限流电阻(147)、分压电阻(149)、稳压电容(148)组成。在无红外信号时，比较器(146)的反相输入端电压总是高于同相输入端10毫伏，比较器(146)的输出端处于0状态。
信号采样保持电路(44)是由施密特反相器(140)、限流电阻(143)、泄放电阻(144)、二极管(142)和信号采样保持电容(145)所组成。比较器(146)的输出端处于0状态时，信号采样保持电容(145)处于放电状态，施密特反相器(140)输出为1。反相运算放大器(155)输出一个下弦波时，比较器(146)的反相输入端电压低于同相输入端，比较器(146)输出1状态，+5V直流电源(VCC)通过限流电阻(143)、二极管(142)对信号采样保持电容(145)快速充电，当信号采样保持电容(145)的电压高于施密特反相器(140)的翻转电压3.6V时，施密特反相器(140)的输出端为低电平；当无后续脉动电压时，比较器(146)输出低电平，信号采样保持电容(145)上的高电压不能通过二极管(142)泄放，但能通过泄放电阻(144)缓慢泄放，保持5秒的时间常数，当信号采样保持电容(145)上的电压低于施密特反相器(140)的翻转电压时，施密特反相器(140)的输出为高电平。
光敏判断电路(45)是由光敏二极管(138)、限流电阻(141)和分压电阻(139)、二极管(131)、(132)和施密特反相器(137)所组成。施密特反相器(140)无红外信号时输出端为高电平，有红外信号时输出端为低电平；施密特反相器(137)输出为0时单向可控硅(104)不能被触发，施密特反相器(137)输出为1时单向可控硅(104)才能被触发。当有红外信号时，施密特反相器(140)输出为0，此时若环境亮度大，光敏二极管(138)阻值为3K欧，光敏二极管(138)、限流电阻(141)与分压电阻(139)的输出电压，使施密特反相器(137)的输入端电压为+5V直流电源(VCC)的半电压，不能降到其翻转电压0.9伏以下，施密特反相器(137)输出仍然为0，单向可控硅(104)不能被触发；若环境黑暗，光敏二极管(138)阻值为10M欧，光敏二极管(138)、限流电阻(141)与分压电阻(139)的输出电压降到施密特反相器(137)输入翻转电压0.9伏以下，施密特反相器(137)输出为1，单向可控硅(104)被触发，床头灯(103)点亮，此时环境亮度突然变大，光敏二极管(138)阻值变为3K，光敏二极管(138)和限流电阻(141)与分压电阻(139)的输出电压上升为+5V直流电源(VCC)的半电压，但不能升到施密特反相器(137)输入端下翻转电压3.6伏以上，施密特反相器(137)仍然输出为1，床头灯不会因为环境亮度突然增大而熄灭。
强迫开关感应电路(30)是由强迫开关感应电极(18)、自举电阻(135)、分压电阻(134)、限流电阻(136)、稳压电容(133)，及强迫开关比较器(130)组成。感应开关比较器(130)正输入端的基准电压为80毫伏，负输入端的自举电压为60毫伏，强迫开关感应电极(18)未感应交流电压时，强迫开关比较器(130)的输出端为高电位。
开关采样保持电路(31)是由限流电阻(128)、泄放电阻(129)和开关保持电容(127)所组成；开关逻辑判断电路(32)是由施密特反相器(126)担任；D型触发翻转电路(33)是由D型触发器(125)担任；双色发光指示灯(34)是由红色、绿色发光二极管(122)、(123)和限流电阻(124)所组成。当强迫开关比较器(130)的输出端为高电位时，+5V直流电源(VCC)通过限流电阻(128)对开关保持电容(127)缓慢充电，使施密特反相器(126)的输出端保持低电位，D型触发器(125)的脉冲输入CK端不能获得脉冲上升沿触发。当强迫开关感应电极(18)感应到人体手指交流感应电压时，强迫开关比较器(130)的负输入端的260毫伏交流峰值电压超过正输入端的80毫伏基准电压时，感应开关比较器(130)输出交流脉冲，其波谷底使开关保持电容(127)通过泄放电阻(129)快速放电，当放电电压低于施密特反相器(126)的翻转电压0.9V时，施密特反相器(126)的输出突然翻转为高电平，D型触发器(125)的脉冲输入CK端获得一个脉冲上升沿，D型触发器(125)被触发翻转。虽然波峰时期开关保持电容(127)会被充电，但限流电阻(128)的阻值较大，使充电速度小于放电速度，施密特反相器(126)不能获得3.6V以上的翻转电压，其输出仍然保持为高电平。当强迫开关感应电极(18)失去交流感应时，强迫开关比较器(130)输出端恢复高电平，开关保持电容(127)通过限流电阻(128)开始缓慢充电，当充电电压超过施密特反相器(126)的翻转电压3.6V时，施密特反相器(126)输出端翻转为低电平，D型触发器(125)处于等待触发的稳定状态。
D型触发器(125)的Q正、Q负输出端分别接在双色发光指示灯(34)的绿色发光二极管(123)和红色发光二极管(122)的输入端，其公共输出端接在限流电阻(124)上，当D型触发器(125)翻转到Q正输出端为高电平时，双色发光指示灯(34)的绿色发光二极管(123)发光，当D型触发器(125)被再次触发翻转时，Q正为低电平，同时绿色发光二极管(123)熄灭，Q负输出高电平，双色发光指示灯(34)的红色发光二极管(122)发光。每触发一次，D型触发器(125)翻转一次，由双色发光指示灯(34)表示其翻转状态，红色亮为开状态，绿色亮为关状态。如果D型触发器(125)的Q负输出为1，红色发光二极管(122)发光，Q正输出为0时，不论施密特反相器(140)输出何态，环境亮度何态，施密特反相器(137)的输入端通过二极管(132)可靠的为0，其输出总会为1，可控硅(104)被强迫触发，床头灯(103)被强迫点亮。
施密特震荡电路(35)是由施密特反相器(197)、反馈电阻(196)、震荡电容(198)组成。从震荡输出(199)输出4赫兹的矩形脉冲波，为紧贴红外传感器(168)硅窗前的液晶遮光器(36)提供斩光交变电压，当液晶遮光器(36)交变透光时，热释电型的红外传感器(168)能交变地接受不移动的人体红外源，为红外传感电路(40)提供连续的触发信号。施密特震荡电路(35)也为限流电阻(192)、分压电阻(195)、保持电容(194)组成的基准电压源提供4赫兹的矩形交变基准，其矩形峰值电压为5伏，矩形波谷底电压为80毫伏。
数字亮度保持电路(39)是由亮度保持电容(172)、分压电阻(171)、(173)、3位加权电阻(174)、2位加权电阻(175)、1位加权电阻(176)、0位加权电阻(177)和可逆计数器(178)所组成。3位加权电阻(174)、2位加权电阻(175)、1位加权电阻(176)、0位加权电阻(177)和可逆计数器(178)组成一个16位数字/模拟转换器，为亮度保持电容(172)提供16级可选择的阶梯电压。
减光感应电路(37)是由减光感应电极(17)、自举电阻(186)、限流电阻(192)、分压电阻(195)、保持电容(194)、减光感应比较器(185)、限流电阻(182)、二极管(181)、泄放电阻(183)、保持电容(184)和施密特反相器(180)所组成。减光感应比较器(185)负输入端接每秒4赫兹的矩形交变基准电压源，减光感应比较器(185)的正输入端接减光感应电极(17)，当人体手指未靠近减光感应电极(17)时，减光感应比较器(185)的正输入端自举电压为60毫伏，减光感应比较器(185)的负输入端矩形交变基准电压的波谷底始终高于正输入端电压，减光感应比较器(185)的输出端为低电平，保持电容(184)通过泄放电阻(183)放电，使施密特反相器(180)输出为1。当手指靠近减光感应电极(17)时，手指与减光感应电极(201)之间的电容为5皮法，在80伏左右的人体交流感应电压下，通过5皮法的电容在减光感应电极(17)上感应出200毫伏的交流电压，加在自举电压上，使减光感应比较器(185)的正输入端具有260毫伏的交流峰值电压，其峰值电压超过负输入端为80毫伏基准电压时，减光感应比较器(185)的输出端将产生50赫兹的脉冲电压，该脉冲电压通过二极管(181)对保持电容(184)快速充电，当保持电容(184)充电到施密特反相器(180)的翻转电压3.6V时，施密特反相器(180)输出为0；矩形交变基准电压变为5V时，其减光感应比较器(185)的正输入端所具的260毫伏交流峰值电压低于5V的基准电压，减光感应比较器(185)的输出端为0，保持电容(184)通过泄放电阻(183)低速放电，施密特反相器(180)翻转为1，其上升沿触发可逆计数器(178)加1，对亮度保持电容(172)充一级阶梯电压，使亮度降低一级。如果手指不离开减光感应电极(17)，亮度按每秒4赫兹的速度递减。
增亮感应电路(38)是由增亮感应电极(19)、限流电阻(192)、分压电阻(195)、保持电容(194)、自举电阻(193)、限流电阻(187)、二极管(188)、保持电容(190)、泄放电阻(189)、增亮感应比较器(191)和施密特反相器(179)所组成。其原理与减光感应电路(37)基本相同，仅上升沿触发可逆计数器(178)减1，对亮度保持电容(172)降一级阶梯电压，亮度递增一级。
相位延迟比较电路(46)是由电压射随器(200)、旁路电容(120)、限流电阻(121)、相位限流电阻(111)、移相电容(113)、相位分压电阻(112)、相位比较器(108)、移相电阻(107)、移相电容(106)所组成。可控硅电路(47)是由开关二极管(105)和单向可控硅(104)所组成。交流稳压直流电源(29)的桥式整流(102)输出端通过单向导通二极管(109)、相位限流电阻(111)、移相电容(113)和相位分压电阻(112)为相位比较器(108)的正输入端提供峰值为2.6V的全波整流波。当电压射随器(200)的输出端为亮度保持电容电平时，其阶梯电压可选择变化范围为0.8～2.5伏，当施密特反相器(137)输出为0时，全波整流波的峰值电压被斩为0.7V，相位比较器(108)的负输入端的阶梯电平高于正输入端的斩波电压，相位比较器(108)输出低电平，单向可控硅(104)不能被触发；施密特反相器(137)输出为1时，电压射随器(200)输出的阶梯电平低于未斩波的全波整流波峰值电压，相位比较器(108)的输出为移相的全波整流波，通过移相电阻(107)、移相电容(106)进一步移相，再通过开关二极管(105)触发单向可控硅(104)的导通角，由数字亮度保持电路(39)所选阶梯电压决定的导通角控制床头灯(103)的亮度。当控制器再度处于被红外触发或者被强迫开灯时，床头灯(103)仍保持原来选定的亮度。
床头灯红外控制器将实现如下功能白天或者环境较亮时，床头灯红外控制器不会因为人体红外线产生作用，但可以触摸强迫开关点亮床头灯；当环境较暗时，床头灯红外控制器才能对人体红外线发挥作用，当有人进入红外传感器(168)的遥感范围时，床头灯(103)自动点亮，当人走出红外传感器(168)的遥感范围时，床头灯(103)在5秒后自动熄灭。当人躺在床上时，处于红外传感器(168)垂直8度感应范围之外，床头灯(103)并不亮，夜起时人体进入红外传感器(168)垂直8度感应范围之内，床头灯(103)立即自动点亮，躺下后，床头灯(103)延时5秒后自动熄灭。当人们躺在床上夜读时，人体处在红外传感器(168)垂直8度接收范围之外，床头灯(103)不能自动点亮，必须触摸一下机器人头形绝缘外壳鼻头处的强迫开关(4)使其处于开位置，床头灯(103)立即点亮，可通过触摸增亮开关(6)、减光开关(5)，调节床头灯(103)的适当亮度。想关灯时，只要触摸一下机器人头形绝缘外壳鼻头处的强迫开关(4)使其处于关位置，床头灯(103)立即熄灭。强迫开关及感应调光功能不受环境亮度约束。
权利要求1.一种床头灯红外控制器，外观是一仿机器人头形的绝缘外壳盒体(1)，面板(2)的上半部眼镜处突出一孤形，孤形表面装有菲涅尔透镜(3)，由菲涅尔透镜固定栓(15)固定在菲涅尔透镜安装窗口(16)，菲涅尔透镜(3)聚焦后的电路板上装有红外传感器(168)，电路板由螺钉通过后盖紧固螺钉座孔(27)固定在主电路板定位座(12)处，使后盖(23)与盒体(1)结合成一整体安装在床头0.6米处；红外传感器(168)通过菲涅尔透镜(3)确定其遥感范围遥感距离8米，遥感角水平120度，垂直为水平夹角±4度；面板(2)中部的中间鼻头为强迫开关(4)，强迫开关感应电极(18)紧贴在绝缘外壳鼻头背面，强迫开关(4)的右边脸颊为减光开关(5)，减光感应电极(17)紧贴在绝缘外壳右脸颊背面，左边脸颊为增亮开关(6)，增亮感应电极(19)紧贴在绝缘外壳左验颊背面。绝缘外壳为塑料品，用手触摸开关位置时，与背面电极形成电容式感应，人体是个导体，相当于地电平，具有8伏的交流感应电压，相对于本电路有80伏的交流感应电压。当外壳厚度为1毫米时，背面电极与手指之间的电容约为5皮法左右，电极能感应到200毫伏的交流电压，足以触发开关动作。红/绿指示灯(7)在菲涅尔透镜(3)之上，显示强迫开关(4)的开关状态，红色为强迫打开状态，绿色为关闭等待红外触发状态。其头顶后方是电源出入口(10)，市电(101)从此输入、壁式床头灯(103)电源从此输出。盒体(1)的下方设有输出插座(11)，插座电路板用螺钉固定在输出插座电路板定位座(20)处，供台式床头灯(103)使用。盒体(1)的后盖(23)上设有电源出入安装窗口(28)，电源电路板固定在电源出入电路板定位座(13)处，使安装不必打开后盖(23)，当电源安装完毕，把螺钉插入嘴部螺钉孔(9)，通过嘴部螺钉筒座过孔(21)和嘴部螺钉后盖孔(25)，加上左右耳部螺钉孔(8)的螺钉，将控制器紧固在床头墙壁上。
2.根据权利要求1所述的床头灯红外控制器，其特征是仿机器人头形的绝缘外壳盒体(1)内装有交流稳压直流电源(29)、强迫开关感应电路(30)、开关采样保持电路(31)、开关逻辑判断电路(32)、D型触发翻转电路(33)、双色发光指示灯(34)、施密特震荡电路(35)、液晶遮光器(36)、减光感应电路(37)、增亮感应电路(38)、数字亮度保持电路(39)、红外传感电路(40)、浮式运算放大电路(41)、反相运算放大电路(42)、电压比较电路(43)、信号采样保持电路(44)、光敏判断电路(45)、相位延迟比较电路(46)、可控硅电路(47)所组成的控制电路板。
3.根据权利要求1所述的床头灯红外控制器，其特征是交流稳压直流电源(29)是由桥式整流(102)、单向导通二极管(109)、稳压二极管(114)、滤波电容(115)、噪声滤波电容(116)、整流滤波电容(118)、噪声滤波电容(119)和5伏三端稳压器(117)所组成，为整个电路提供稳定的+5V直流电源(VCC)；红外传感电路(40)是由电源滤波电阻(169)、滤波电容(170)、限流电阻(167)、噪声滤波电容(166)、信号滤波电阻(151)和红外传感器(168)所组成。电源滤波电阻(169)、滤波电容(170)为红外传感器(168)提供更稳定的稳压电源，限流电阻(167)为同相运算放大器(162)提供一定的信号电压，信号滤波电阻(151)、噪声滤波电容(166)进一步滤除信号电压中的高频杂波；浮式运算放大电路(41)是由同相运算放大器(162)、反馈电容(160)、反馈电阻(161)、限流电阻(163)、反馈保持电容(165)组成，同相运算放大器(162)本身具有2毫伏输出漂移电压，使同相运算放大器(162)的负输入端总是比正输入端高2毫伏，无论正输入端电压保持何种状态，大容量的反馈保持电容(165)的电压总是高于正输入端，同相运算放大器(162)输出端保持恒定电压，耦合电容(159)无脉动电压通过；当红外传感器(168)接收到红外线时，同相运算放大器(162)的正输入端获得脉动电压，当脉动电压的上弦高于负输入端时，同相运算放大器(162)输出放大的上弦波通过耦合电容(159)耦合到第二级反相运算放大器(155)的负输入端；反相运算放大电路(42)是由反相运算放大器(155)、分压电阻(158)、限流电阻(156)、稳压电容(157)、反馈电阻(153)、反馈电容(154)和耦合电容(159)所组成。分压电阻(158)、限流电阻(156)、稳压电容(157)为反相运算放大器(155)的正输入端提供稳定的基准电压源；反馈电阻(156)、反馈电容(154)将反相运算放大器(155)的输出电压反馈到反相运算放大器(155)的负输入端，其值高于正输入端2毫伏，当浮式运算放大电路(41)放大的上弦波通过耦合电容(159)时，反相运算放大器(155)负输入端电压高于正输入端，反相运算放大器(155)输出一个进一步放大的下弦波；电压比较电路(43)是由比较器(146)、限流电阻(147)、分压电阻(149)、稳压电容(148)组成。在无红外信号时，比较器(146)的反相输入端电压总是高于同相输入端10毫伏，比较器(146)的输出端处于0状态；信号采样保持电路(44)是由限流电阻(143)、泄放电阻(144)、二极管(142)、施密特反相器(140)和信号采样保持电容(145)所组成。比较器(146)的输出端处于0状态时，信号采样保持电容(145)处于放电状态，施密特反相器(140)输出为1，反相运算放大器(155)输出一个下弦波时，比较器(146)的反相输入端电压低于同相输入端，比较器(146)输出1状态，+5V直流电源(VCC)通过限流电阻(143)、二极管(142)对信号采样保持电容(145)快速充电，当信号采样保持电容(145)的电压高于施密特反相器(140)的翻转电压时，施密特反相器(140)的输出端为低电平，施密特反相器(137)可能输出高电平。当无后续脉动电压时，比较器(146)输出低电平，信号采样保持电容(145)上的高电压不能通过二极管(142)泄放，但能通过泄放电阻(144)缓慢泄放，保持5秒的时间常数，当信号采样保持电容(145)上的电压低于施密特反相器(140)的翻转电压时，施密特反相器(140)的输出为高电平，施密特反相器(137)的输出为低电平；光敏判断电路(45)是由光敏二极管(138)、限流电阻(141)和分压电阻(139)、二极管(131)、(132)和施密特反相器(137)所组成，无红外信号时施密特反相器(140)输出端为高电平，有红外信号时施密特反相器(140)输出端为低电平，施密特反相器(137)输出为0时，单向可控硅(104)不能被触发，施密特反相器(137)输出为1时，单向可控硅(104)才能被触发，当有红外信号时，施密特反相器(140)输出为0，此时若环境亮度大，光敏二极管(138)阻值为3K欧，光敏二极管(138)、限流电阻(141)与分压电阻(139)的输出电压为+5V直流电源(VCC)的半电压，施密特反相器(137)的输入端电压不能降到其翻转电压0.9伏以下，施密特反相器(137)输出仍然为0，单向可控硅(104)不能被触发；若环境黑暗，光敏二极管(138)阻值为10M欧，光敏二极管(138)、限流电阻(141)与分压电阻(139)的输出电压降到施密特反相器(137)输入翻转电压0.9伏以下，施密特反相器(137)输出为1，单向可控硅(104)被触发，床头灯(103)点亮，此时环境亮度突然变大，光敏二极管(138)阻值变为3K欧，光敏二极管(138)和限流电阻(141)与分压电阻(139)的输出电压上升为+5V直流电源(VCC)的半电压，但不能升到施密特反相器(137)输入端下翻转电压3.6伏以上，施密特反相器(137)仍然输出为1，床头灯不会因为环境亮度突然增大而熄灭。
4.根据权利要求1所述的床头灯红外控制器，其特征是强迫开关感应电路(30)是由强迫开关感应电极(18)、自举电阻(135)、分压电阻(134)、限流电阻(136)、稳压电容(133)，及强迫开关比较器(130)组成，强迫开关比较器(130)正输入端的基准电压为80毫伏，负输入端的自举电压为60毫伏，其强迫开关感应电极(18)未感应交流电压时，强迫开关比较器(130)的输出端为高电位，开关采样保持电路(31)是由限流电阻(128)、泄放电阻(129)和开关保持电容(127)所组成，开关逻辑判断电路(32)是由施密特反相器(126)担任，D型触发翻转电路(33)是由D型触发器(125)担任，双色发光指示灯(34)是由红色、绿色发光二极管(122)、(123)和限流电阻(124)所组成，当感强迫开关比较器(130)的输出端为高电位时，+5V直流电源(VCC)通过限流电阻(128)对开关保持电容(127)充电，使施密特反相器(126)的输出端保持低电位，D型触发器(125)的脉冲输入CK端不能获得脉冲上升沿触发；当强迫开关感应电极(18)感应到人体手指交流感应电压时，强迫开关比较器(130)的负输入端260毫伏的交流峰值电压超过正输入端的80毫伏基准电压，强迫开关比较器(130)输出交流脉冲，其波谷底使开关保持电容(127)通过泄放电阻(129)快速放电，当放电电压低于施密特反相器(126)的翻转电压0.9V时，施密特反相器(126)的输出突然翻转为高电平，D型触发器(125)的脉冲输入CK端获得一个脉冲上升沿，D型触发器(125)被触发翻转，虽然波峰时期开关保持电容(127)会被充电，但限流电阻(128)的阻值较大，使充电速度小于放电速度，施密特反相器(126)不能获得3.6V的翻转电压，其输出仍然保持为高电平；当强迫开关感应电极(18)失去交流感应时，强迫开关比较器(130)输出端恢复高电平，开关保持电容(127)通过限流电阻(128)开始缓慢充电，当充电电压超过施密特反相器(126)的翻转电压3.6V时，施密特反相器(126)输出端翻转为低电平，D型触发器(125)处于等待触发的稳定状态；D型触发器(125)的Q正、Q负输出端分别接在双色发光指示灯(34)的绿色发光二极管(123)和红色发光二极管(122)的输入端，其公共输出端接在限流电阻(124)上，当D型触发器(125)翻转到Q正输出端为高电平时，双色发光指示灯(34)的绿色发光二极管(123)发光，当D型触发器(125)被再次触发翻转时，Q正为低电平，同时绿色发光二极管(123)熄灭，Q负输出高电平，双色发光指示灯(34)的红色发光二极管(122)发光。每触发一次，D型触发器(125)翻转一次，由双色发光指示灯(34)表示其翻转状态，红色亮为开状态，绿色亮为关状态。如果D型触发器(125)的Q正输出为0，Q负输出为1，红色发光二极管(122)发光，此时不论施密特反相器(140)输出何态，环境亮度何态，施密特反相器(137)的输入端通过二极管(132)可靠为0，其输出为1，可控硅(104)被强迫触发，床头灯(103)被强迫点亮。
5.根据权利要求1所述的床头灯红外控制器，其特征是施密特震荡电路(35)是由施密特反相器(197)、反馈电阻(196)、震荡电容(198)组成，从震荡输出(199)输出4赫兹的矩形脉冲波，为紧贴红外传感器(168)硅窗前的液晶遮光器(36)提供斩光交变电压，当液晶遮光器(36)交变透光时，热释电型的红外传感器(168)能交变地接受不移动的人体红外源，为红外传感电路(40)提供触发信号。施密特震荡电路(35)也为限流电阻(192)、分压电阻(195)、保持电容(194)组成的基准电压源提供4赫兹的矩形交变基准，其矩形峰值电压为5伏，矩形波谷底电压为80毫伏；数字亮度保持电路(39)是由亮度保持电容(172)、分压电阻(171)、(173)、3位加权电阻(174)、2位加权电阻(175)、1位加权电阻(176)、0位加权电阻(177)和可逆计数器(178)所组成，3位加权电阻(174)、2位加权电阻(175)、1位加权电阻(176)、0位加权电阻(177)和可逆计数器(178)组成一个16位数字/模拟转换器，为亮度保持电容(172)提供可选择的16级阶梯电压；减光感应电路(37)是由减光感应电极(17)、自举电阻(186)、限流电阻(192)、分压电阻(195)、保持电容(194)、减光感应比较器(185)、限流电阻(182)、二极管(181)、泄放电阻(183)、保持电容(184)和施密特反相器(180)所组成，减光感应比较器(185)负输入端接每秒4赫兹的矩形交变基准电压源，减光感应比较器(185)的正输入端接减光感应电极(17)，当人体手指未靠近减光感应电极(17)时，减光感应比较器(185)的负输入端矩形交变基准电压的波谷底80毫伏始终高于正输入端60毫伏自举电压，减光感应比较器(185)的输出端为低电平，保持电容(184)通过泄放电阻(183)放电，使施密特反相器(180)输出为1；当手指靠近减光感应电极(17)时，手指与减光感应电极(17)之间的电容为5皮法，在80伏的人体交流感应电压下，通过5皮法的电容在减光感应电极(17)上感应出200毫伏的交流电压，加在自举电压上，使减光感应比较器(185)的正输入端具有260毫伏的交流峰值电压，其峰值电压超过负输入端为80毫伏基准电压时，减光感应比较器(185)的输出端将产生50赫兹的脉冲电压，该脉冲电压通过二极管(181)对保持电容(184)快速充电，当保持电容(184)充电到施密特反相器(180)的翻转电压3.6V时，施密特反相器(180)输出为0；矩形交变基准电压变为5V时，其减光感应比较器(185)的正输入端所具的260毫伏交流峰值电压低于5V的基准电压，减光感应比较器(185)的输出端为0，保持电容(184)通过泄放电阻(183)放电，施密特反相器(180)翻转为1，其上升沿触发可逆计数器(178)加1，对亮度保持电容(172)充一阶梯电压，使亮度降低一级。如果手指不离开减光感应电极(17)，亮度按每秒4赫兹的速度递减；增亮感应电路(38)是由增亮感应电极(19)、限流电阻(192)、分压电阻(195)、保持电容(194)、自举电阻(193)、限流电阻(187)、二极管(188)、保持电容(190)、泄放电阻(189)、增亮感应比较器(191)和施密特反相器(179)所组成，其工作原理与减光感应电路(37)基本相同，仅亮度递增。
6.根据权利要求1所述的床头灯红外控制器，其特征是相位延迟比较电路(46)是由电压射随器(200)、旁路电容(120)、限流电阻(121)、相位限流电阻(111)、移相电容(113)、相位分压电阻(112)、相位比较器(108)、移相电阻(107)、移相电容(106)所组成；可控硅电路(47)是由开关二极管(105)和单向可控硅(104)所组成；交流稳压直流电源(29)的桥式整流(102)输出端通过单向导通二极管(109)、相位限流电阻(111)、移相电容(113)和相位分压电阻(112)为相位比较器(108)的正输入端提供峰值为2.6V的全波整流波；当电压射随器(200)的输出端为亮度保持电容电平时，其阶梯电压变化范围为0.8～2.5伏，当施密特反相器(137)输出为0时，全波整流波的峰值电压被斩为0.7V，相位比较器(108)的负输入端的阶梯电平高于正输入端的斩波电压，相位比较器(108)输出低电平，单向可控硅(104)不能被触发；施密特反相器(137)输出为1时，电压射随器(200)输出的阶梯电平低于未斩波的全波整流波峰值电压，相位比较器(108)的输出为移相的全波整流波，通过移相电阻(107)、移相电容(106)进一步移相，再通过开关二极管(105)触发单向可控硅(104)的导通角，由数字亮度保持电路(39)所选阶梯电压决定的导通角控制床头灯(103)的亮度，当控制器再度处于被红外触发或者被强迫开灯时，床头灯(103)仍保持原来选定的亮度。
专利摘要一种利用人体红外线遥控床头灯开关并附触摸感应调光功能的床头灯红外控制器，它是在仿机器人头形的绝缘外壳中装有人体红外传感器、模拟/数字集成电路组成的控制电路板，控制器安装在床头0.6米处，红外遥感距离8米，遥感角水平120度，垂直为水平夹角±4度，强迫开关感应电极紧贴鼻头绝缘壳内，增亮、减光感应电极紧贴左右脸颊绝缘壳内；夜入卧室床头灯即亮；躺下则延时5秒熄灭，卧床夜读可触摸鼻头强迫点亮床头灯，通过触摸左右脸颊调节床头灯的16级亮度；睡时再触鼻头强迫床头灯熄灭；夜起床头灯即亮；离开卧室床头灯延时熄灭；环境较亮时无红外遥控功能，仅有触摸控制功能，交流电源适应范围100～300伏。
文档编号H05B37/02GK2612202SQ0223231
公开日2004年4月14日 申请日期2002年4月16日 优先权日2002年4月16日
发明者肖启明 申请人:肖启明