一种以感知桌面敲击振动为控制方式的开关装置的制作方法

本实用新型涉及微型计算机控制技术领域，具体涉及一种以感知桌面敲击振动为控制方式的开关装置。

背景技术：

随着技术的发展和时代的进步，人们对方便快捷的生活方式也在不断追求。目前，一些家用小电器比如小夜灯的传统机械的开关方式在一些低照明条件情景中会给人们带来不便。一些智能开关控制方式比如使用手机作为遥控器控制或语音识别控制，它们虽然打破物理空间局限，带来一定的便利，但是它们大多结构比较复杂，人机交互不友好，存在用户体验差，成本高，能耗高等问题。

主要的振动传感器包括电容式传感器、电感式传感器、电涡流式传感器等类型。它们普遍将机械振动转换为电信号，具有灵敏度高、接收范围广、价格便宜等优点。但是振动传感器受介质影响大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种以感知桌面敲击振动为控制方式的开关装置。此装置旨在解决传统智能开关控制方式的结构复杂，操作繁琐，成本高等问题，基于微型计算机控制的，通过振动传感器感知的固体传导振动的控制装置，实现一些小电器如小夜灯的开关控制，简化智能开关的结构，降低智能开关的成本，提高硬件的可靠性，增大可应用的实际情景。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种以感知桌面敲击振动为控制方式的开关装置，包括：

振动传感器，用于感知外界的机械振动信号，并转换为电信号；

信号处理模块，输入端与振动传感器的输出端连接，对电信号进行处理，生成处理后的电信号；

电压比较器，输入端与信号处理模块的第一输出端连接，将处理后的电信号与其内设的阈值电压进行电平比较，输出不同状态的电平信号；

主控制器，第一输入端与电压比较器的输出端连接，第二输入端与信号处理模块的第二输出端连接，根据电平信号的不同状态对处理后的电信号执行控制算法，输出控制信号；

控制电路，输入端与主控制器的输出端连接，输出端与小电器连接，根据控制信号对小电器的工作状态进行通断控制。

最优选的，该装置还包括电源模块，第一输出端与主控制器的第三输入端连接，第二输出端通过控制电路与小电器连接，分别为主控制器和小电器提供电源。

最优选的，电平信号的不同状态包括高电平和低电平两种状态；电平信号为低电平时，主控制器不工作；电平信号为高电平时，主控制器工作。

最优选的，控制信号包括第一控制信号和第二控制信号；控制电路接收到第一控制信号后，不改变电源模块对小电器的供电电路状态；控制电路接收到第二控制信号后，改变电源模块对小电器的供电电路状态。

最优选的，工作时，振动传感器将外界感知的机械振动信号转换为电信号，并进行处理，生成处理后的电信号；将处理后的电信号分为两路，第一路处理后的电信号直接传输至主控制器；第二路处理后的电信号与电压比较器内设的阈值电压进行电平比较；

若第二路处理后的电信号小于或等于阈值电压，电压比较器输出低电平的电平信号，主控制器不工作，则控制电路不改变电源模块对小电器的供电电路状态，小电器的工作状态保持不变；

若第二路处理后的电信号大于阈值电压时，电压比较器输出高电平状态的电平信号，主控制器开始工作，将第一路处理后的电信号与其储存的经验信号进行吻合程度算法比较；

若第一路处理后的电信号与经验信号的吻合程度超出主控制器预设的误差范围，则主控制器生成第一控制信号，控制电路接收到第一控制信号后，不改变电源模块对小电器的供电电路状态，小电器工作状态保持不变；

若第一路处理后的电信号与经验信号的吻合程度未超出预设误差范围，则主控制器生成第二控制信号，控制电路接收到第二控制信号后，改变电源模块对小电器的供电电路状态，小电器工作状态发生改变。

最优选的，信号处理模块包括依序连接的滤波调理电路和信号放大器；

滤波调理电路，输入端与振动传感器的输出端连接，用于对电信号进行滤波处理，获得滤波后的电信号；

信号放大器，第一输出端与电压比较器的输入端连接，第二输出端与所述主控制器的第二输入端连接，用于对滤波后的电信号进行放大处理，获得处理后的电信号。

最优选的，滤波调理电路为rc滤波电路；信号放大器为放大倍数可调的线性放大器。

最优选的，振动传感器为加速度传感器、振动开关、电容式振动传感器和压电陶瓷片振动传感器中任意一种。

最优选的，电压比较器为迟滞比较器；主控制器为arduinouno单片机；控制电路为继电器；电源模块为高频电源适配器。

最优选的，小电器为小夜灯、小风扇、加湿器和空气净化器中任意一种。

运用此实用新型，解决了传统智能开关控制方式的结构复杂，操作繁琐，成本高等问题，基于微型计算机控制的，通过振动传感器感知的固体传导振动的控制装置，实现了一些小电器的开关控制，简化了智能开关的结构，降低了智能开关的成本，提高了硬件的可靠性，增大了可应用的实际情景。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的该开关装置基于微型计算机控制的，通过振动传感器感知的固体传导振动的控制装置，实现了一些小电器的开关控制，简化了智能开关的结构，提高了硬件的可靠性。

2、本实用新型提供的该开关装置解决了传统智能开关控制方式成本高的问题，降低了智能开关的成本。

3、本实用新型提供的该开关装置可应用在多种实际情景中，增大了应用范围。

附图说明

图1为本实用新型提供的该开关装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的振动传感器和滤波调理电路的结构示意图；

图3为本实用新型提供的信号放大器的结构示意图；

图4为本实用新型提供的电压比较器的结构示意图；

图5为本实用新型提供的继电器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本实用新型作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本实用新型，并不是对本实用新型保护范围的限制。

本实用新型是一种以感知桌面敲击振动为控制方式的开关装置，该装置固定于桌面上，如图1所示，该装置包括振动传感器1、信号处理模块、电压比较器2、主控制器3、控制电路4和小电器5。

振动传感器1用于感知外界的机械振动信号，并转换为电信号p1；信号处理模块，输入端与振动传感器1的输出端连接，对电信号p1进行处理，生成处理后的电信号a1；电压比较器2，输入端与信号处理模块的第一输出端连接，将处理后的电信号a1与其内设的阈值电压进行电平比较，输出不同状态的电平信号d11；主控制器3，第一输入端与电压比较器2的输出端连接，第二输入端与信号处理模块的第二输出端连接，根据电平信号d11的不同状态对处理后的电信号a1执行控制算法，输出控制信号d7；控制电路4，输入端与主控制器3的输出端连接，输出端与小电器5连接，根据控制信号d7对小电器5的工作状态进行通断控制。

该装置还包括电源模块6，第一输出端与主控制器3的第三输入端连接，第二输出端通过控制电路4与小电器5连接，分别为主控制器3和小电器5提供电源。

其中，电平信号d11的不同状态包括高电平和低电平两种状态；电平信号d11为低电平时，主控制器3不工作；电平信号d11为高电平时，主控制器3工作。

控制信号d7包括第一控制信号和第二控制信号；控制电路4接收到第一控制信号后，不改变电源模块6对小电器5的供电电路状态；控制电路4接收到第二控制信号后，改变电源模块6对小电器5的供电电路状态。

工作时，振动传感器1将感知的外界机械振动信号转换为电信号p1，并对电信号p1进行处理，生成处理后的电信号a1；继而，将处理后的电信号a1分为两路，第一路处理后的电信号直接传输至主控制器，做进一步储存与分析，以降低误判率；第二路处理后的电信号与电压比较器2内设的阈值电压进行电平比较；

若第二路处理后的电信号小于或等于阈值电压，电压比较器2输出低电平的电平信号d11，主控制器3不工作，则控制电路4不改变电源模块6对小电器5的供电电路状态，小电器5的工作状态保持不变；

若第二路处理后的电信号大于阈值电压时，电压比较器2输出高电平状态的电平信号d11，主控制器3开始工作，将第一路处理后的电信号与其储存的经验信号进行吻合程度算法比较；

若第一路处理后的电信号与经验信号的吻合程度超出主控制器预设的误差范围，则主控制器3生成第一控制信号，控制电路4接收到第一控制信号后，不改变电源模块6对小电器5的供电电路状态，小电器5工作状态保持不变；

若第一路处理后的电信号与经验信号的吻合程度未超出预设误差范围，则主控制器3生成第二控制信号，控制电路4接收到第二控制信号后，改变电源模块6对小电器5的供电电路状态，小电器5工作状态发生改变。

信号处理模块包括依序连接的滤波调理电路7和信号放大器8；滤波调理电路7，输入端与振动传感器1的输出端连接，用于对电信号p1进行滤波处理，获得滤波后的电信号a0；信号放大器8，第一输出端与电压比较器2的输入端连接，第二输出端与主控制器3的第二输入端连接，用于对滤波后的电信号a0进行放大处理，获得处理后的电信号a1。

其中，滤波调理电路7为电阻-电容(resistor-capacitance,rc)滤波电路；如图2所示为rc滤波电路7的连接关系，包括：

第一电阻r1，与振动传感器1并联，且第一端接地；

第二电阻r2，输入端与振动传感器1和第一电阻的第二端连接；

第一电容c1，第一端接地，第二端分别与第二电阻的输出端和信号放大器8的输入端连接。

其中，第一电阻r1阻值为10kω，第二电阻阻值为1kω，第一电容c1容抗为220μf。

信号放大器8为放大倍数可调的线性放大器；如图3所示为线性放大器8的连接关系，包括：

第三电阻r3，输入端与滤波调理电路7的输出端连接；

第四电阻r4，第一端接地；

第一放大器u1a，第一输入端与第三电阻的输出端连接，第二输入端与第四电阻的第二端连接，输出端与电压比较器2的输入端连接；

第五电阻r5，与第一放大器并联，即输入端与第四电阻的第二端连接，输出端与第一放大器的输出端连接。

其中，第三电阻r3阻值为1kω，第四电阻r4阻值为1kω，第五电阻r5为用于调节灵敏度的可调电阻，且最大阻值为100kω，第一放大器u1a型号为lm358p。

振动传感器1可以为加速度传感器、振动开关、电容式振动传感器和压电陶瓷片振动传感器等多种传感器中任意一种。本实施例中，最优选的为压电陶瓷片振动传感器，压电陶瓷片振动传感器采用圆片形径向扩散振动，其介质损耗小，机械品质因数高。

电压比较器2为迟滞比较器；如图4所示为迟滞比较器2的连接关系，包括：

第九电阻r9，输入端与信号放大器8的输出端连接；

第二放大器u1b，第一输入端与第九电阻r9的输出端连接，第二输入端与第一外接电源vcc1连接，第一输出端接地，第二输出端与主控制器3的输入端连接；

第六电阻r6，第一端与第二外接电源vcc2相连，第二端与第二放大器u1b的第三输入端连接，第三端通过第七电阻r7接地；

第八电阻r8和第十电阻r10分别与第二放大器u1b并联。

其中，第六电阻r6阻值为30kω，第七电阻r7阻值为5kω，第八电阻r8阻值为1kω，第九电阻r9阻值为1kω，第十电阻r10阻值为50kω，第二放大器u1b型号为lm358p，第一外接电源vcc1和第二外接电源vcc2的电压均为5v。

主控制器3为型号是arduinouno的单片机，其中，arduinouno单片机3选用微控制单元(microcontrollerunit,mcu)芯片执行控制算法；mcu芯片的型号为atmega328；mcu芯片内置的采样与保持电路适合振动传感器1进行连续采样工作。

控制电路4为继电器驱动电路；如图5所示为继电器驱动电路4的连接关系，包括：

第十一电阻r11，输入端与主控制器3的输出端连接；

三极管q1，第一端接地，第二端与第十一电阻r11的输出端连接；

二极管d2，输入端与三极管q1的第三端连接，输出端与第三外接电源vcc3连接；

继电器线圈k1，与二极管d2并联，第一端与三极管q1的第三端连接，第二端与第三外接电源vcc3连接。

其中，第十一电阻r11阻值为4.7kω，三极管q1的型号为mje15028，二极管d2的型号为1n1200c，第三外接电源vcc3的电压为5v，继电器线圈k1的型号为edr201a05。

电源模块6为高频电源适配器。

小电器5可以为小夜灯、小风扇、加湿器和空气净化器等中任意一种。本实施例中，最优选的为小夜灯，通过该装置点亮小夜灯内置的led照明灯珠；led照明灯珠包括依序连接的第十二电阻r12和发光二极管。

本实用新型的工作原理：

工作时，振动传感器将外界感知的机械振动信号转换为电信号，并进行处理，生成处理后的电信号；将处理后的电信号分为两路，第一路处理后的电信号直接传输至主控制器；第二路处理后的电信号与电压比较器内设的阈值电压进行电平比较；

若第二路处理后的电信号小于或等于阈值电压，电压比较器输出低电平的电平信号，主控制器不工作，则控制电路不改变电源模块对小电器的供电电路状态，小电器的工作状态保持不变；若第二路处理后的电信号大于阈值电压时，电压比较器输出高电平状态的电平信号，主控制器开始工作，将第一路处理后的电信号与其储存的经验信号进行吻合程度算法比较；

若第一路处理后的电信号与经验信号的吻合程度超出主控制器预设的误差范围，则主控制器生成第一控制信号，控制电路接收到第一控制信号后，不改变电源模块对小电器的供电电路状态，小电器工作状态保持不变；若第一路处理后的电信号与经验信号的吻合程度未超出预设误差范围，则主控制器生成第二控制信号，控制电路接收到第二控制信号后，改变电源模块对小电器的供电电路状态，小电器工作状态发生改变。

综上所述，本实用新型一种以感知桌面敲击振动为控制方式的开关装置，解决了传统智能开关控制方式的结构复杂，操作繁琐，成本高等问题，基于微型计算机控制的，通过振动传感器感知的固体传导振动的控制装置，实现了一些小电器的开关控制，简化了智能开关的结构，降低了智能开关的成本，提高了硬件的可靠性，增大了可应用的实际情景。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。