主动式红外线感应电开关及灯具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明关于一种主动式红外线感应电开关及灯具，且特别是一种利用主动式红外线感应以提供使用者友善的控制解决方案，用于履行发光二极管灯具的开/关切换控制、调光控制与计时管理的技术。
【背景技术】
[0002]机械式电开关是基于两片导电金属的接合或分离，分别产生短路或开路。此种机械式电开关通常是以手动接触来进行操作，且于开关接合时，由于瞬间的大电流会产生火花或电弧，故不适用在有气爆疑虑的空间。
[0003]然而，可控半导体开关元件，例如，双向可控三极管(Triac)，在导通时，其两个输出电极的电压差接近零电压，而在截止时，流过该两个电极的电流接近零电流。因此，固态电子电开关利用上述双向可控三极管的电特性，并藉由触发电路据以控制双向可控三极管的导通或断电。由于固态电子电开关的效能类似于机械式电开关，但是固态电子电开关的主要电流的通道由于没有机械式的接合，故可以避免火花或电弧的产生。
[0004]习知的固态电子电开关有多种的实施技术，例如专利US4,322,637中所揭不的一种以光耦合元件触发双向可控三极管导通的技术，或者是例如专利US 6,285,140 BI中所揭示的一种微控制器(microcontrolIer unit，MCU)结合过零点检测器的技术，并由微控制器产生与交流电源同步的触发信号，以控制双向可控三极管的导通，传输电功率到发光二极管。然而，上述的固态电子电开关基本上只作为负载及交流电源之间的短路或开路连结。
[0005]除此之外，无论是机械式电开关或固态电子电开关，通常设置有弹簧按键，并藉由手按下上述按键来变换导通或断电状态。然而，在很多的工作场合，例如，厨房或医院的工作台，因为手沾污而不适宜直接碰触电开关。
[0006]固态电子电开关常运用在发光负载的开关控制。上述厨房或医院的工作场合，不适宜直接碰触电开关以控制照明。习知的解决方案为经由感应式或无接触的装置控制发光负载的开关。例如，中国专利CN 102691909A的一型LED人体红外线感应灯泡，或者台湾专利TW201042197A具有微光及红外线检测感应的LED灯泡。上述装设于LED电灯泡的感应式装置一般为被动式红外感应，例如是PIR(Passive Infrared Ray)元件。基本上这种被动的感应方式受限于单调的感应信号，除了基本的切换开关及固定的调光，难以进一步实施多功能的照明管理。
【发明内容】
[0007]本发明实施例提供一种主动式红外线感应电开关及灯具，期能回应外部动作信号以控制灯泡或灯具的照明启亮、熄灭、调整亮度和基于时间控制的延时管理，藉此提供多种功能的发光管理方式。
[0008]本发明实施例提供一种主动式红外线感应电开关，用于检测外部动作信号。所述主动式红外线感应电开关包括至少一可控开关元件、至少一主动式红外线感应器以及具有程序码的微控制器。所述至少一可控开关元件电性连接于至少一发光二极管单元与电源之间。所述至少一主动式红外线感应器用于检测被使用者施行的外部动作信号，且转换外部动作信号为信息携带感测信号。具有程序码的微控制器被设计以读取且解译由主动式红外线感应器所产生的信息携带感测信号，微控制器电性连接于可控开关元件与主动式红外线感应器之间，微控制器依据主动式红外线感应器所产生的信息携带感测信号控制可控开关单元的导通或截止状态。主动式红外线感应器具有发出红外线以定义一感测范围的手段，且具有感测一物体进入与离开所述感测范围所产生的反射红外线的手段。并且一对应所述主动式红外线感应器动作的电路产生具有时间长度的第一电压感测信号，所述时间长度对应于物体进入并且保持在感测范围的时间段。当物体离开感测范围，主动式红外线感应器传送第二电压信号。
[0009]本发明实施例提供一种灯具，包括至少一发光二极管单元、罩体单元以及主动式红外线感应电开关。罩体单元覆盖发光二极管单元。主动式红外线感应电开关用于检测外部动作信号，其包括至少一可控开关元件、至少一主动式红外线感应器以及具有程序码的微控制器。所述至少一可控开关元件电性连接于发光二极管单元与电源之间。所述至少一主动式红外线感应器用于检测被使用者施行的该外动作信号，且转换外部动作信号为信息携带感测信号。具有程序码的微控制器被设计以读取且解译由主动式红外线感应器所产生的信息携带感测信号，微控制器电性连接于可控开关元件与主动式红外线感应器之间，微控制器依据主动式红外线感应器所产生的信息携带感测信号控制可控开关单元的导通或截止状态。其中，主动式红外线感应器具有发出红外线以定义一感测范围的手段，且具有感测物体进入与离开所述感测范围所产生的反射红外线的手段。并且一对应主动式红外线感应器动作的电路产生具有时间长度的第一电压感测信号，所述时间长度对应于物体进入并且保持在感测范围的时间段。当物体离开感测范围，主动式红外线感应器传送第二电压信号。
[0010]综上所述，本发明实施例提供一种基于微控制器的电开关及灯具，可利用主动式红外线感应使用者的动作，以实现一种以上或至少两种以上的操作模式，其利用写入微控制器的存储器(如一次可编程只读存储器，0TPR0M)的软件以分析信息携带感测信号。
[0011]为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例的主动式红外线感应电开关使用主动式红外线感应器用为检测手段以应用于交流电源且具有两个不同色温的交流发光二极管单元的方块图。
[0013]图2为本发明实施例的主动式红外线感应电开关使用主动式红外线感应器用为检测手段以应用于两个具有不同色温的交流发光二极管单元的电路图。
[0014]图3A为本发明实施例的关联于主动式红外线感应电开关的主动式红外线感应器于实际操作时的示意图。
[0015]图3B为本发明实施例的低电压感测信号的波形示意图。
[0016]图4为本发明实施例的主动式红外线感应电开关的程序步骤流程图。
[0017]图5为本发明实施例的主动式红外线感应电开关于切换开/关模式中的主动式红外线感应电开关于截止时的电压波形图。
[0018]图6为本发明实施例的主动式红外线感应电开关于切换开/关模式中的主动式红外线感应电开关于导通时的电压波形图。
[0019]图7为本发明实施例的主动式红外线感应电开关在调变电功率模式中的主动式红外线感应电开关的电压波形图。
[0020]图8A为本发明实施例的主动式红外线感应电开关使用主动式红外线感应器用为检测手段以应用于直流电源且具有两个不同色温的交流发光二极管单元的方块图。
[0021]图SB为本发明实施例的脉冲宽度调变电压信号的电压波形图。
[0022]图9A为本发明实施例的一个具有多功能电子开关的灯具的示意图。
[0023]图9B为本发明实施例的一个具有多功能电子开关的灯具的示意图。
[0024]图1OA为本发明实施例的厨柜灯的示意图。
[0025]图1OB为本发明实施例的厨柜灯的示意图。
[0026]图1OC为本发明实施例的主动式红外线感应电开关应用在壁式电源座的开关以控制远端灯具的示意图。
[0027]图1OD与图1OE为本发明实施例的一个具有中空结构的罩体单元并容置发光二极管单元与主动式红外线感应电开关的示意图。
[0028]图1OF为本发明另一实施例的一个具有中空结构的罩体单元并容置发光二极管单元与主动式红外线感应电开关的示意图。
[0029]图1OG为本发明另一实施例的一个具有中空结构的罩体单元并容置发光二极管单元与主动式红外线感应电开关的示意图。
[0030]图1lA为本发明实施例的利用双检测手段技术以产生信息携带感测信号藉以控制灯具的示意图。
[0031]图1lB为本发明实施例的利用双检测手段技术以产生信息携带感测信号藉以控制灯具的示意图。
[0032]图1lC为本发明实施例的利用双检测手段技术以产生信息携带感测信号藉以控制灯具的示意图。
[0033]图1lD为本发明实施例的利用双检测手段技术以产生信息携带感测信号藉以控制灯具的示意图。
[0034]其中，附图标记说明如下:
[0035]1、I’:主动式红外线感应电开关
[0036]Ic:壁座开关
[0037]2c:天花板灯
[0038]11、11’、310、1a:主动式红外线感应器
[0039]110:计时器
[0040]112、114:放大器[0041 ] PD:光敏二极管
[0042]IR_LED:红外发光二极管
[0043]12、12’、10b:微控制器
[0044]13:过零点检测器
[0045]14a、14b:双向可控半导体开关元件
[0046]15、15’:时间设定单元
[0047]Tla、Tlb:双向可控三极管
[0048]14’a、14’b:单向可控半导体开关元件
[0049]2a、2b、2’a、2’b:发光二极管单元
[0050]3:交流电源
[0051]3’:直流电源
[0052]VR:电位计
[0053]Cl?C4:电容
[0054]Dl ?D3、DZ: 二极管
[0055]M1、M2、Q1:晶体管
[0056]R、R1 ?R15:电阻
[0057]pin_l、pin_2、pin_3、pin_10:接脚
[0058]VDD:电压源
[0059]H、L:电位信号
[0060]Ts、T2a、T2b:时间长度_] T1:周期
[0062]To:预设时间
[0063]tD、tD_a、tD_b:时间延迟
[0064]ton:导通时间
[0065]SI?SI O:步骤流程
[0066]91a、91b:基座
[0067]92a、92b:第一发光二极管单元
[0068]93a、93b:第二发光二极管单元
[0069]94a、94b:漫射器
[0070]10c:旋钮
[0071]PWM_a、PffM_b:脉冲宽度调变电压信号
【具体实施方式】
[0072]〔主动式红外线感应电开关及灯具的实施例〕
[0073]本实施例的主动式红外线感应电开关用以取代习知的壁座开关(WallSwitch)来调控灯泡或是灯具的开、关、调光和延时熄灭的功能;其技术基本上使用一由主动式红外线信号发射器和接收器构成一短距离感测范围的微控制器电子开关，一由发光二极管(LED)组成的发光二极管单元以及一用以容置微控制器电子开关和该发光二极管单元的罩体单元共同组合而成。该罩体单元由可透光的材质形成，且同时具备混光的功能使经过的光线经其混光作用变成均匀柔和适合一般照明的需求。使用者以手动方式进出红外线感测范围即可依序开启或关闭灯泡或者是灯具的照明。使用者以手掌或物件进入感测范围并持续停留一设定的时间后系统即启动微控制器自动调光的子程序，此时照明的亮度由高逐渐变暗再由暗逐渐转亮，以完成一周期变化，此期间使用者任何时刻将手掌移出红外线感测范围，灯泡或灯具的亮度即锁定在该时点的亮度，使用者在一设定的短暂时间内进出红外线感测范围二次或多次的动作则可以作为例如延时熄灭或改变成其它照明模式的控制信息。主动式红外线感应电开关根据使用者进出红外线感测区的频率和停留在感测区内的时间长度判定使用者选择的照明状态并据以调变灯泡或灯具的表现状态。
[0074]相较于传统的壁座开关(wallswitch)本实施例的主动式红外线感应电开关及灯具至少有以下四项优点:(a)首先传统的壁座开关多采用机械式的结构将正负极电源短路或断路以运作开灯或是关灯的功能;在开灯时开关的接触点会产生瞬间的火花，此时若空气中含有大量的可燃性气体会瞬间引爆发生火灾造成严重伤害。本实施例的开关元件为电子式，使用半导体开关元件开启时不会产生火花因此不会造成火灾和伤害，是一种较为安全的电源开关。其次，(b)本实施例的技术是一种无接触式的主动式红外线感应电子开关，不会因漏电而造成触电的危险。同时，因为是无接触的运作没有卫生污染的问题，事实上一般的传统开关因多人接触且未定时清洁常是细菌汇集的接触点。其次，(C)本实施例的技术将红外线电子开关直接内建于灯泡或灯具内，使用者可以就地操控照明状态无需起身步行至壁座开关，故有其使用的方便性。再者，(d)本实施例的延时熄灯的技术可避免使用者熄灯时环境一片漆黑无法顺利安全的离开的困扰，熄灯时照明维持一短暂的延时例如30秒可让使用者轻松安全的离开。
[0075]本实施例的技术领域属于主动式红外线感应器(Active Infrared Ray sensor,AIR sensor)，故与习知的被动式红外线感应器(Passive Infrared Ray sensor，PIR)的技术领域不同，且功能相异。习知的被动式红外线感应器其运作原理是利用人或温体动物身体所发出的红外线光经收集并放大来感测该人或温体动物的移动信息，并据以启亮灯具一段短暂的延时照明，当移动的信号持续发生时该被动式红外线感应器不断的更新短暂的延时时间直到移动信号终止光源自动熄灭。基于此运作原理，被动式红外线感应器较适用于走道(path way)的自动照明而不适用于一般室内照明的控制，因为人停止不动时灯具会自动熄灭，不符室内长时间持续照明的需要。而本发明的主动式红外线感应器则可任由使用者控制启亮、熄灭、调光和延时关灯等多项功能。
[0076]由于本实施例所使用的技术采用由一主动式红外线感应器的短程信号形成一个小感测区域(通常红外线的感测区域在4公分?10公分的范围内)当人手或物件进入该感测区域时，红外线产生反射折返信号经红外线接收器与相应感测电路产生一具有时间长度的第一电压信号，该电压信号的时间长度代表该人手或物件停留在感测区域的时间，当该人手或物件脱离该感测范围时该相应感测电路产生一第二电压信号，如此微控制器的操作软件得以根据该第一电压信号时间的长短和进出的频率定义各种不同的照明控制模式包括启亮、熄灭、调光和延时关灯等多项功能并据以启动相关的子程序表现相应的照明状态。
[0077]据此，本实施例有关于一种内建一主动式红外线感应器的灯泡或灯具，其至少与下列公开的专利技术应分属不同的技术和应用领域，(I)中华人民共和国专利号ZL2005200009B2，具感测功能的灯泡(使用被动式红外线感应器)；(2)美国专利US 7,327,254,Bulb with Sensing Funct1n(PIR技术)；(3)中华人民共和国公告号201944569U，一种微波感应LED灯泡。以下将详细说明本实施例的细节内容。
[0078]图1为本发明实施例的主动式红外线感应电开关使用主动式红外线感应器用为检测手段以应用于交流电源且具有两个不同色温的交流发光二极管单元的方块图。主动式红外线感应电开关I可用于控制具有发光二极管单元(2a、2b)的灯具。如图1所示，主动式红外线感应电开关I与交流电源3串联，且连接到第一发光二极管单元2a与第二发光二极管单元2b(在图1中分别以发光二极管单元2a、2b表示)，以控制交流电传输电功率到第一发光二极管单元2a与第二发光二极管单元2b。此主动式红外线感应电开关I包括一组主动式红外线感应器11、一组微控制器(MCU)12、过零点检测器13、两个双向可