专利名称：交流用电器多功能感应程控开关的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种交流用电器的多功能感应程控开关。
目前，交流用电器采用的开关一般是采用机械开关，如拉线开关、拨动开关、推拉开关等，这类开关存在着下列缺点有机械噪音、开关速度慢、触点易损、开关动作时有火花产生，不适应于易爆易燃场合，随着被控交流用电器的高档化，这类开关越来越不能适应；另外，还有采用电子开关，此种开关由于人体要直接触摸金属片，导电橡胶或导电玻璃等，人在心理上自然会产生一种紧张的感觉，这种开关不易密封，易受外界条件(如水、水蒸汽、积炭等)的影响，使绝缘强度降低，而发生危险；最近，有人采用了感应开关，这种开关主要分为两种情况一是利用人体分布电容对交流市电所造成的分压去触发氖管，使氖管导通，控制可控硅，再由可控硅控制用电器的感应开关，灵敏度低，功能少；另外是人体分布电容对高频振荡的影响，即当振荡回路电容加上人体分布电容后，振荡频率将偏移其固有频率，这一频率通过谐振、检波后，产生一直流电压，去控制可控硅，从而控制了用电器，由于人体分布电容很小，要使人体分布电容对振荡器产生影响，其谐振回路的固有频率必须很高，因此感应开关中振荡器的振荡频率必须达几兆赫以上才行，这种振荡器调试起来比较困难，体积大，元件多，又因是高频元件，所以成本较高。
本实用新型设计的目的就是提供一种能够延时，且延时可调，能够调压，人体离开关一定距离就能操作的感应程控开关，因为具有延时自闭，所以本实用新型具有良好的节电效果，制造方便，使用方便。
为了达到上述目的，本实用新型是这样实现的本实用新型是由人体感应检测电路，触发器，延时关机电路，调压电路，电源输入电路，限流－整流－稳压－滤波电路，脉冲发生器，计数器，译码器，电压升、降、开、关状态锁存电路组成，或由其中部分电路组合而成。
图1、图2、图3、图4分别为本实用新型四种方式的组成框图。图中1表示人体感应检测电路，2表示触发器，3表示延时关机电路，4表示调压电路，5表示电源输入电路，6表示限流－整流－稳压－滤波电路，7表示脉冲发生器，8表示计数器，9表示译码器，10表示电压升、降、开、关状态锁存电路，fZ1、fZ2、fZ3、fZ4、fZ3′表示交流用电器，如电灯、电扇、电视等。
图1表示本实用新型是由人体感应检测电路1、触发器2、延时关机电路3、调压电路4、电源输入5、限流－整流－稳压－滤波电路6、交流用电器fZ1组成。人体感应检测电路1将人体信号变为电信号，使触发器2翻转，当触发器2的输出状态为关时，延时关机电路3实现延时关；当触发器2的输出状态为开时，调压电路4对电源输入电路5输入的电压自由调节，人体感应检测1、触发器2、调压电路4、延时关机3都需要一小于18伏的直流低电压，这一低电压由限流－整流－稳压－滤波电路6提供，fZ1为被控交流用电器。
图2表示本实用新型是由人体感应检测电路1、延时关机电路3、调压电路4、电源输入5、限流－整流－稳压－滤波电路6、脉冲发生器7、计数器8、译码器9组合而成。人体感应检测1产生的电信号，控制脉冲发生器7发出连续脉冲，计数器8进行计数，计数结果经译码器9译码后，控制调压电路4分别完成开机、降压、再降压延时关机、关机四种程序。fZ2为被控交流用电器。
图3说明本实用新型是由人体感应检测电路1、脉冲发生器7、计数器8、译码器9、双延时电路3、双调压电路4、电源输入5、限流－整流－稳压－滤波电路6及用电器fZ3和fZ3′组合成，由译码器9输出的四个程序控制双延时电路3和双调压电路4分别控制双交流用电器fZ3、fZ3′，完成fZ3、fZ3′接通→fZ3接通fZ3′关断→fZ3关断fZ3′接通→fZ3、fZ3′关断四种工作状态。
图4表示本实用新型是由人体感应检测电路、调压电路4、电源输入电路5、限流－整流－稳压－滤波电路6、脉冲发生器7、计数器8、译码器9、电压升、降、开、关状态锁存电路10组合而成。本实用新型中的人体感应检测电路1里有正感应片a和负感应片a′，当人体靠近正感应片a时，人体感应检测电路1控制电压升、降、开、关状态锁存电路10发出加计数允许信号，计数器8进行加计数，交流用电器fZ4两端电压渐升。当人体靠近负感应片a′时，电压升、降、开、关状态锁存电路10发出允许减计数信号，计数器8进行减计数，用电器fZ4电压渐降；当人体同时靠近正、负感应片时，电压升、降、开、关状态锁存电路10输出控制信号，使计数器8停止计数，调压电路4处于关断状态(关机)。译码器输出状态锁存不变。
当人体离开感应片时，状态不变，当人体再次靠近感应片a时，电压升、降、开、关状态锁存电路10输出开机信号，同时在原锁存状态的基础上，允许加计数或减计数。加减计数器结果由译码器9译码后，控制调压电路4实现电压升或电压降功能。当加减计数器计数结果为1111时，ON3输出低电平，加计数终止；当加减计数器计数结果为0000时，二极管D14、D15、D16、D17组成的或门输出低电平，减计数终止。
为了更清楚地说明本实用新型，
以下结合附图做进一步的说明。
一、图5是组成框图1所示的感应程控多功能开关的最佳实施例。虚线框1表示人体感应检测电路1，它是由感应片a，非门ON1，二极管D1，电阻R1、R2，电容C1、C2组成，感应片a和非门ON1串联于二极管D1的负极，R1与C1并联后，一端接地，另一端连在ON1的输入端，C2与R2并联后连接D1的正极。当人体分布电容加到感应片a上时，将在R1端对交流市电形成一电压降，经ON1倒相输出一低电平，使D1导通；当人体离开感应片a时，ON1输入端在R1的作用下恢复低电平，ON1输出高电平，D1截止，R2对C2充电，直到R2端为高电平。
虚线框2表示触发器2，可采取D触发器或T触发器或JK触发器。D1的正极接于触发器2的输入端C1K，触发器2的输出端为Q或Q。当人体感应检测电路1输出一低电平，触发器2翻转，当电路1恢复高电平，触发器2保持原状态不变，当电路1再次输出一低电平使触发器2翻转完成开关功能。
虚线框3表示延时关机电路3，它是由放大器BG2、BG3，电阻R3、R14，电位器W2，电容C11，二极管D2连接而成。R3一端连于触发器2的Q端，另一端接干BG3的基极，BG3的集电极和BG2的集电极连在一起，BG2的基极和BG3的发射极连在一起，与C11的一端接在一起，C11的另一端接地，BG2的发射极与R14的一端连接，R14与W2串联后接于C11的接地端。U2的负极接于BG2的发射极与R14之间。BG3为低电平时截止，C11通过BG2基极、发射极，R14、W2对地放电，BG2组成射极电路，调节W2可调节BG2的输入电阻，就可调节C11的放电速度，这时D2截止，直到C11放电完毕，BG2截止，R14端为低电平，D2重新导通，调压电路4停止工作。
虚线框4表示调压电路4，是由电阻R9、R17、R15、R18，单结晶体管BG1，可控硅SCR1，稳压管DW1，电容C10，电位器W1连接而成。BG1的e极与D2的正极相连，R15与W1串联后W1的一端与BG1的e相连，C10一端与e极相连，另一端接地。R17的一端接于BG1的b2极，R17的另一端与R15端连接后，与DW1共同连在R9的一端，DW1的另一端接地，R9的另一端与可控硅SCR1的阳极相连，SCR1的控制极与BG1的b1极连接后与R18的一端相连，R18的另一端与C10的接地端相连。W1可调节经R15、W1对C10的充电速度，从而调节了BG1振荡脉冲的频率，用这一脉冲触发可控硅SCR，通过改变振荡频率，可以控制SCR1的导通角，从而达到调压的目的。
虚线框5是表示电源输入电路5，它是由电感L1，电容C7、C8组成的π型滤波器，桥式整流电路QL1组成，C7的两端与220V50HZ的交流市电连接，L1一端与电源和C7相连，另一端与用电器fZ1和C8的一端相连，用电器的另一端和C8的另一端与桥式整流电路QL1的两输入端分别相连，QL1的两输出端分别连在SCR1的阳极与阴极，QL1向SCR1提供直接电源。
虚线框6表示限流－整流－稳压－滤波电路6，它是由二极管D13与电容C9组成，D13的负极接于C9的一端，为供电电源的正端，C9的另一端接地，D13的正极与R9的一端相连。R9为限流电阻，D13、QL1为整流电路，DW1为稳压二极管，C9为滤波电容。电源经R9后，再经D13，将交流电变为脉动直流电，稳压管DW1将这一脉动直流电稳压后，在其两端建立一稳定电压，经C9滤波得到一直流电压，给控制部分供电。
另外，若将图5所示的电路，由人体感应检测电路1输出的低电平信号，增加一级非门后，直接触发可控硅SCR1组成的感应开关，fZ1为电磁阀，本实用新型就可实现淋浴自动喷水；若fZ1为电扇，那么当小孩靠近电扇时，电扇会自动停下，当小孩离开时，电扇又自动打开。
二、图6是组成图2所示的多功能感应程控开关的实施例。虚线框1表示人体感应检测电路1，它是由感应片a，两输入端与非门NAND1、NAND2，电阻R1、R2、R3，电容C1、C2，二极管D1组成。两级NAND作为高输入阻抗放大器，当人体靠近感应片a时，人体分布电容将对交流市电在R1上形成一个电压降，经过两级NAND放大，输出一高电平，使D1导通，对C2充电，使C2端电压为高电平。当人体离开感应片a时，由于R1接地，使NAND1输入端为低电平，NAND2输出低电平，D1截止，C2通过R3放电，恢复到低电平。
虚线框3表示延时控制电路3，是由电阻R12，电容C6，二极管D14、D15、D16，电位器W1组成，当Q1、Q2为低电平时，D15、D16截止，C6通过R12、W1放电，直到R12端为低电平时，D14导通；NAND2输出高电平，D1导通，脉冲发生器7发出计数脉冲，使计数器由延时关机状态转换到关机状态，Q1翻转为高电平，D16导通，对C6迅速充电，D14截止，NAND2输出低电平，D1截止，脉冲发生器停止振荡，停止计数，电路进入关断状态，完成延时关机。
虚线框5与图5的电源输入电路5的结构和原理完全相同。
虚线框4与图5的虚线框4比较，从结构上说图6的虚线框没有电阻R15与W1接于BG1的e极，从原理上说完全相同。
虚线框8表示由双D触发器组成的计数器8，Q1、Q1和Q2Q2为输出端，CP1、CP2为计数脉冲输入端，D为数据输入端。
虚线框9表示二极管与门译码器，也可使用集成译码器，它是由电阻R6、R7、R8，二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12组成的译码器9。当计数器8的输出为Q1、Q2时，由D4、D5、R6组成的与门输出一高电平，当计数器8的输出为Q1、Q2时，由D6、D7、R7组成的与门输出一高电平；当计数器8输出Q1、Q2时，由D8、D9、R8组成的与门输出一高电平；当计数器8输出为Q1、Q2时，由D4、D5、R6，D6、D7、R7和D8、D9、R8组成的三个与非门，输出均为低电平，译码器9的译码结果使电阻R6、R7、R8分别对应于计数器8的Q1Q2、Q1Q2、Q2Q1输出一高电平，分别通过二极管D10、D11、D12加到BG1的发射极，当R6、R7、R8选用不同的阻值时，通过调压电路4就可得到三个不同的电压。
虚线框6与图5所示的虚线框6结构和原理完全相同。
虚线框7表示本实用新型的脉冲发生器7，它是由两端输入与非门NAND3、NAND4，电阻R4、R5，二极管D2、D3，电容C3组成，NAND3和NAND4及R4、R5、C3组成了多谐振荡器，电路通过C3、R4、R5的反复充放电形成振荡，NAND3的输出端与NAND4的输入端连接，NAND4的输出端与CP1连接，C3的另一端与D2的正极D3的负极R4和R5的一端相连，NAND4输入端与R5的另一端相连，R4的另一端与NAND3的输入端相连，人体感应检测电路1的D1与NAND3的输入端相连，D2、D3为钳位二极管，保证电容C3两端的电压只能在VDD＋0.7V到VSS－0.7V范围内变化，使振荡周期一致，R4的作用是消除NAND转移电压差异的影响。
图6所示的本实用新型的实施，可使用电器fZ2具有全压、降压、再降压延时关机、关机四种状态，如果感应片A始终有人体信号，四种状态自动循环，例如，fZ2为电灯时，可三级调光及延时自闭。
三、图7为组成框图3所示的多功能感应程控开关的实施例。
如图7所示1、虚线框1与图6所示的虚线框1的结构和原理完全相同。
2、虚线框5与图6所示的虚线框5比较又增加了一个桥式整流电路QL3′，用以控制两个用电路fZ3和fZ3′，QL3′的两输入端，分别连在C8的两端。
3、虚线框4是由两个结构完全相同的调压电路组成的双调压电路4，每个调压电路的结构和图5所示的调压电路相同。
4、虚线框3表示结构与图5的虚线框3所述结构完全相同的电路组成的双延时电路3。
5、如图7所示，虚线框6中，R9为限流电阻，QL1为整流电路，C9为滤波电容，DW1为稳压二极管，C9与DW1并联，限流电阻R9一端与QL1的＋端相连，一端与C9、DW1的＋端相连，QL1的输入端分别接在C8的两端。
6、虚线框7所示的结构和原理与图6所示的虚线框7完全相同。
7、虚线框8所示的结构和原理与图6所示的计数器8完全相同。
8、虚线框9所示的译码器9，其结构和原理与图6的完全相同。D10与D11、D12与D13为两输入端或门。
交流用电器fZ3和fZ3′可同时工作；或者fZ3断电，fZ3′工作；或fZ3工作，fZ3′断电；或fZ3和fZ3′都断电，且fZ3及fZ3′两端电压及延时时分别可调，可用于控制组合灯、双灯、电扇灯、花灯等。
四、图8表示组成框图4所示的多功能程控感应开关的实施例。
1、虚线框1所示的电路，是由两个结构和原理与图5所示的人体感应检测电路1，完全相同的电路组合而成的本实施例的人体感应检测电路1。
2、虚线框10表示电压升、降、开、关状态锁存电路10，它是由二极管D4、D5、D6、D7、D9、D10、D11、D12、D14、D15、D16、D17、D18、D19，电阻R6、R7、R8，R28两输入端与非门NAND1、NAND2、NAND3、NAND4，非门ON3、ON4组成。D7的正极接于ON1的输入端，负极接于ON3的输出端，R7的一端接于ON3的输入端，D9、D10、D11、D12的正极连在一起，R7的另一端接正电源，D18、D19的正极接于NAND1的一输入端，D14、D15、D16、D17的负极于R8的一端相连，R8的另端接地；NAND1和NAND2组成R－S触发器，输出经ON4倒相做开关锁存用。本多功能感应程控开关，具有下列几种工作状态(1)当人体靠近正或负感应片a、a′时，NAND1翻转为高电平，NAND2输出低电平，经反相器ON4输出高电平，D6截止，开关SCR1导通，计数器8进行加或减计数，电压渐升或渐降。
(2)当人体同时靠近正负感应片a和a′时，由二极管D4、D5，电阻R6组成的或门输出低电平，NAND2输出转为高电平，经反相器ON6输出低电平，D6导通，开关SCR1截止，译码器9输出状态锁存不变。
(3)当人体靠近负感应片a′时，有两种情况一是NAND1输出低电平，即关机状态，D19导通，这时当人体靠近感应片a′时，电路不起作用；二是NAND1输出高电平，即开机状态，D19截止，这时当人体靠近感应片a′时，电路进行减计数，电压降。
3、虚线框4与图6的虚线框4的结构及原理完全相同表示调压电路4。
4、虚线框5与图5及图6的虚线框5结构及原理完全相同，表示电源输入电路5。
5、虚线框6与图6所示的虚线框6结构及原理完全相同，表示限流、整流、稳压、滤波电路6。
6、虚线框7表示本实用新型的脉冲发生器7，它是由反相器ON5、ON6，电阻R4、R5，电容C3，二极管D2、D3所组成的。
7、虚线框8表示计数器8，本实施例采用加减计数器，PU／DI端控制计数器的加减，CLK端为计数器的脉冲输入端，Q1、Q2、Q3、Q4为计数结果输出，计数器8可采用十进制，也可采用二进制。
8、虚线框9表示译码器9，本实施例可以采用BCD－10进制译码器，也可采用四→十六线译码器，A、B、C、D端为译码器9的输入端，Y0至Y15为译码器的输出。
几种关键元件的取值原则1、单结晶体管输出脉冲宽度，主要决定于电容的放电时间常数τf≈R·C，式中的电阻R为附图(5)(6)(8)中的R18，附图(7)中的R12、R16；式中的电容C为附图(5)中的C10，附图(6)(8)中的C3，附图(7)中的C4、C3。如控制大电感性负载，则τf要大些。
2、单结晶体管输出脉冲频率主要决定于电容的充电时间常数τc＝R·C，在式中调节电阻R的阻值，就可调节脉冲频率，从而调节了可控硅的导通角，达到调节负载两端电压的目的。式中的R为附图(5)，R＝R15＋W1；附图(6)R6、R7、R8，在附图(7)因为是双调压电路，所以有R＝R13＋W2，R＝R17＋W3，在附图(8)中电阻R12－R27的阻值依次减少，这样就可得到16个不同阻值的电阻。
3、延时关机电路3的延时时间长短，可通过调整附图(5)中的W2，附图(6)中的W1，附图(7)中的W1、W4来实现。即控制附图(5)中的C11附图(6)中的C6，附图(7)中的C6、C10放电时间常数。由τf＝R·C求得R、C的值。式中的R为附图(5)中R＝R14＋W2，在附图(6)中，R＝R12＋W1在附图(7)中因为是双延时关机电路所以有R＝R18＋W1，R＝R20＋W4。
权利要求1.一种控制交流用电器的多功能感应程控开关，其特征在于它是由人体感应检测电路1，触发器2，延时关机电路3，调压电路4，电源输入电路5，限流-整流-稳压-滤波电路6，脉冲发生器7，计数器8，译码器9，电压升、降、开、关状态锁存电路10这些电路中部分电路连接而成的开关电路，每种开关都可以与220V50HZ的交流市电直连接。
2.一种按照权利要求1所说的多功能感应程控开关，其特征在于它是感应片a，非门ON1，二极管D1，电阻R1、R2，电容C1、C2组成的人体感应检测电路1；触发器2为Rs触发器、D触发器或JK触发器；由放大电路BG2、BG3，电阻R3、R14，电位器W2，电容C11，二极管D2连接成的延时关机电路3；由电阻R9、R17、R15、R18，单结晶体管BG1，可控硅SCR1，稳压管DW1，电容C10，电位器W1连接而成的调压电路4；由电感器L1、电容C7、C8组成的π型滤波器，桥式整流电路QL1组成的电源输入电路5；由二极管D13与电容C9组成的整流－限流－稳压－滤波器6组合而成的多功能感应程控开关。
3.按照权利要求1所述的多功能感应程控开关，其特征在于它是由感应片a，两输入端与非门NAND1、NAND2，电阻R1、R2、R3，电容C1、C2，二极管D1组成的人体感应检测电路1；由电阻R12，电容C6，二极管D14、D15、D16，电位器W1组成的延时关机电路3；由电感L1，电容C7、C8组成的π型滤波器，桥式整流电路QL1组成的电源输入电路5；由电阻R9、R17、R18，稳压器DW1，电容C5，可控硅SCR组成的调压电路4；由电阻R6、R7、R8，二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12组成的译码器9；由二极管D13电容C9组成的限流－整流－稳压－滤波电路6；由双D触发器组成的计数器8；由两输入端与非门NAND3、NAND4，电阻R4、R5，二极管D2、D3，电容C3组成的脉冲发生器7，组成的多功能感应程控开关。
4.按照权利要求3所说的多功能感应程控开关，其特征在于延时关机电路3是由放大器BG4、BG6、BG3、BG5，二极管D14、D15，电阻R18、R19、R20，电容C6、C10，电位器W1、W4连接而成；调压电路4又增加了一个相同结构的调压电路而组成了一个双调压电路；脉冲发生器9是由电阻R6、R7、R8，二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13组成；电源输入电路5又增加了一个桥式整流电路QL3′；限流－整流－稳压－滤波电路6是由桥式整流电路QL1电阻R9、稳压管DW1连接而成。
5.按照权利要求2所述的多功能感应程控开关，其特征在于又增加了电压升、降、开、关状态锁存电路10，该电路是由两输入端与非门NAND1、NAND3、NAND4、NAND3，反向器ON3、ON4，电阻R6、R7，二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D14、D15、D16、D17组成；人体感应检测电路，是由非门ON1、ON2，感应片a和a′，电阻R1、R1′、R2、R2′，电容C1、C1′、C2、C2′，二极管D1、D1′组成；脉冲发生器7是由非门ON5、ON6，电阻R4、R5，电容C3，二极管D2、D3连接而成；计数器8为加减计数器；译码器为BCD－10进制译码器，或为四→十六线译码器。
专利摘要本实用新型是由人体感应检测电路1，触发器2，延时关机电路3，调压电路4，电源输入电路5，限流-整流-稳压-滤波电路6，脉冲发生器7，计数器8，译码器9，电压升、降、开、关状态锁存电路10这些电路中部分电路组合而成。本实用新型可用于电灯、电扇、电视等交流用电器，可使用电器具有迅速关和延时关、且延时可调的性能，人体离用电器有一定距离就能操作的多功能感应程控开关，具有良好的节电效果，制造方便，使用方便。
文档编号H03K17/28GK2082487SQ90210860
公开日1991年8月7日 申请日期1990年4月13日 优先权日1990年4月13日
发明者王剑, 肖博 申请人:王剑, 肖博