雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路的制作方法
【專利摘要】一種雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路，通過兩種紅外感應(yīng)方式驅(qū)動閥門內(nèi)的陶瓷密封閥芯做90°扇形往返轉(zhuǎn)動，使電動閥開啟或關(guān)閉，分別由脈沖振蕩單元、直反與觸發(fā)雙紅外發(fā)射與接收前置單元、脈沖控制單元、互鎖電路、閥門延時自動關(guān)閉電路、減速電機正、反向堵轉(zhuǎn)電流延遲采樣、斷電識別閥門自動關(guān)閉及正、反向電流放大電路所組成。當(dāng)電路接收到直反式紅外反射信號時閥門開啟，另一路觸發(fā)式紅外發(fā)射電路將被關(guān)閉，直反的紅外反射信號中斷后閥門隨即關(guān)閉。當(dāng)電路首次接收到紅外觸發(fā)式反射信號時，在關(guān)閉直反式紅外發(fā)射電路的同時閥門開啟，當(dāng)二次接收到紅外觸發(fā)式反射信號時閥門關(guān)閉，若40秒后沒有接收到二次紅外觸發(fā)式反射信號，閥門將自動關(guān)閉。
【專利說明】雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型旨在為水嘴的無接觸操作使用，提供一種“直反”與“觸發(fā)”的雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的紅外感應(yīng)水嘴中的控水裝置，均是采用直流脈沖式先導(dǎo)閥，其原理是控制電路向閥門的電磁線圈提供正、反向電流，電磁線圈將產(chǎn)生不同方向的磁場，通過磁力線圈中的活動堵塞控制著閥門橡膠密封墊上的先導(dǎo)孔，利用水的壓力完成閥門的開啟與關(guān)閉，由于邏輯關(guān)系是“小孔”帶“大孔”，因此物理結(jié)構(gòu)上將存在兩道動態(tài)的密封環(huán)節(jié)，況且橡膠墊作為閥門的動態(tài)密封介質(zhì)，且以平面封堵方式實現(xiàn)封水，在實際應(yīng)用中的可靠性已深受質(zhì)疑，在先導(dǎo)式電磁閥的進水端口增設(shè)過濾網(wǎng)也僅僅是一個補救的措施。如今水龍頭的開關(guān)密封結(jié)構(gòu)早已告別了橡膠密封的年代，實現(xiàn)了“陶瓷化”的普及，然而感應(yīng)水嘴的開關(guān)密封結(jié)構(gòu)卻沿襲了橡膠密封的陳舊模式，使用中對水質(zhì)、水溫乃至水壓都有苛刻的要求，例如在公共場所的開水器需要無接觸操作的感應(yīng)水嘴，在“中水”系統(tǒng)中需要不懼水質(zhì)條件的電控閥門，然而先導(dǎo)式電磁閥均不能勝任，為此拓寬紅外感應(yīng)水嘴的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹潜緦嵱眯滦偷募夹g(shù)要點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型由“直反”(當(dāng)手或其它物體進入到紅外光的發(fā)射與反射距離內(nèi)，控制電路將發(fā)出閥門“開啟”指令，若手或其它物體離開了紅外光的覆蓋范圍，控制電路將給出閥門“關(guān)閉”指令，形式上可定義為“即開即關(guān)”簡稱“直反”)與“觸發(fā)”(在紅外光發(fā)射與接收的有效距離內(nèi)，每遮擋一次，即控制電路接收一次紅外反射信號，電路將在閥門“開啟”或“關(guān)閉”兩種狀態(tài)之間翻轉(zhuǎn)一次，形式上稱為輪回或雙穩(wěn)態(tài)，簡稱“觸發(fā)”)紅外反射式感應(yīng)控制電路通過驅(qū)動直流減速電機進而帶動陶瓷密封閥門實現(xiàn)對用水的自動控制。閥門中的密封裝置采用動、定陶瓷片作為控水的動態(tài)密封介質(zhì)，因此可忽略對水質(zhì)、水壓及水溫的要求。電動閥總成內(nèi)的直流減速電機通過主、從齒輪的扭力放大與傳遞,帶動陶瓷閥芯內(nèi)的陶瓷動片作90°角的往返扇形轉(zhuǎn)動，形成陶瓷動片與定片上通水孔位的重疊或錯位，從而實現(xiàn)了閥門的開啟或關(guān)閉。閥門的控制電路分別由脈沖振蕩單元、直反與觸發(fā)雙紅外發(fā)射與接收前置單元、脈沖控制單元、互鎖電路、閥門延時自動關(guān)閉電路、閥門減速電機正、反向堵轉(zhuǎn)電流延遲采樣電路、斷電識別閥門自動關(guān)閉電路以及為減速電機提供正、反向電流的放大電路等控制單元所組成。
[0004]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的方案是:采用90°角開啟的陶瓷密封閥芯作為電動閥的控水部件，選用3V直流微型減速電機作為陶瓷密封閥芯的驅(qū)動組件，當(dāng)控制電路接收到自身發(fā)射的紅外反射信號時，隨即向減速電機提供正向電流驅(qū)動閥門開啟，當(dāng)陶瓷密封閥芯轉(zhuǎn)至“開啟”限位點時(不同角度開啟的陶瓷密封閥芯均有限位點)，減速電機因無法繼續(xù)旋轉(zhuǎn)進而產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)電流(減速電機的動態(tài)等效電阻突變?yōu)殡姍C的靜態(tài)直流電阻)，經(jīng)電流采樣后控制電路自動清零，正向電流終止輸出；當(dāng)紅外反射信號中斷后，控制電路即向減速電機輸出反向電流驅(qū)動閥門關(guān)閉，當(dāng)陶瓷密封閥芯轉(zhuǎn)至“關(guān)閉”限位點時，同樣因反向堵轉(zhuǎn)電流的產(chǎn)生控制電路自動清零，反向電流也將終止輸出。由于正、反向堵轉(zhuǎn)電流的采樣電阻是串聯(lián)在減速電機的線圈回路中，所以對電機的正、反向啟動電流照章實施取樣，將導(dǎo)致電機無法啟動運轉(zhuǎn)。為了解決減速電機在正、反轉(zhuǎn)時啟動電流對堵轉(zhuǎn)電流采樣產(chǎn)生的影響，控制電路設(shè)置了由D觸發(fā)器⑶4013組成的正、反向堵轉(zhuǎn)電流延遲采樣電路，當(dāng)控制電路發(fā)出閥門開啟或關(guān)閉指令并向減速電機輸出正向或反向電流時，經(jīng)主、從齒輪的扭力驅(qū)動陶瓷密封閥芯逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)0.5秒鐘后(閥門完全開啟的時間約為1.5秒)，控制電路才開始對正向或反向堵轉(zhuǎn)電流進行采樣，該自動延遲裝置不僅確保了減速電機的啟、停自如，而且對陶瓷密封閥芯的開啟角度沒有要求，同時也大幅度降低了陶瓷密封閥芯安裝位置的精度。本控制電路采用的供電電壓為3V(外接電源適配器為交流85-260V轉(zhuǎn)直流5V)，控制電路另設(shè)有斷電識別閥門自動關(guān)閉電路，分別由法拉電容與識別電路組成，以確保在停電狀態(tài)下閥門可實現(xiàn)自動關(guān)閉。“直反”與“觸發(fā)”兩對紅外發(fā)射及接收管，連同各自的前置紅外接收放大單元將與主控制電路分離，自成一個發(fā)射與接收為一體的獨立前置單元，以便于將兩對紅外發(fā)射與接收前置單元安裝在水嘴中，水嘴正面安裝“直反”式紅外收、發(fā)前置單元，水嘴側(cè)面安裝“觸發(fā)”式紅外收、發(fā)前置單元，每對紅外收、發(fā)前置單元的正、負電源供給、紅外發(fā)射脈沖輸入信號以及經(jīng)初次放大后的紅外反射輸出信號，將通過四路傳輸線與主控制電路實現(xiàn)“板外分離”的獨立連接。由于四根交織在一起的傳輸線較長，后級CMOS電路的輸入阻抗又非常高，為克服信號在傳輸中產(chǎn)生的線間耦合與寄生干擾，“直反”與“觸發(fā)”式前置紅外發(fā)射與接收單元均采用SGM8521 “軌至軌”運算放大器作為輸出級，由此大幅度降低了前置放大單元的輸出阻抗，也保證了信號輸出的擺幅。為能適應(yīng)3V電壓的供電條件，控制電路中的各功能單元均采用CMOS集成電路芯片，“直反”與“觸發(fā)”紅外發(fā)射振蕩脈沖電路分別由兩片CD4046鎖相環(huán)集成芯片組成，其中ICl為“直反”式紅外主控芯片；IC2為“觸發(fā)”式紅外主控芯片。為盡量減少兩套紅外收、發(fā)控制電路相互之間產(chǎn)生的干擾，“直反”式控制電路的脈沖振蕩頻率定為20KHZ左右，“觸發(fā)”式控制電路的脈沖振蕩頻率定為40KHZ左右，并通過兩片⑶4046各自的第5腳(脈沖輸出禁止端)實現(xiàn)互鎖控制，即“直反”式放大單元接收到紅外反射信號后，“觸發(fā)”式振蕩脈沖輸出將被中斷，反之“直反”式的振蕩脈沖輸出將被禁止。兩個獨立的紅外信號接收前置放大單元的輸出端，分別連接到主控制電路中的兩片CD4046信號輸入端，當(dāng)有反射信號時將與各自的發(fā)射脈沖進行相位比較，當(dāng)相位一致后CD4046將向狀態(tài)轉(zhuǎn)換觸發(fā)器輸出閥門開啟指令的高電平。電路中在兩片CD4046的輸入端，各配有下拉的接地電阻，其目的是為了減小CD4046的輸入阻抗，當(dāng)用戶不需要雙功能紅外探頭時，“直反”或“觸發(fā)”其中一路的紅外收、發(fā)前置單元可以不連接到主控制電路之中，下拉電阻的接入可使CD4046的信號輸入端，不會出現(xiàn)懸空。脈沖控制電路由⑶40106施密特反相器組成，它可控制兩片⑶4046發(fā)射紅外振蕩脈沖的頻率間隔，即控制電路中兩片CD4046發(fā)送紅外脈沖的間隔是0.6s，發(fā)送持續(xù)寬度為IOOus,電路總體的待機平均電流小于220uA。由于控制電路的無功功耗絕大部分消耗在雙紅外發(fā)射電流上，尤其是在以蓄電池供電時，該問題顯得尤為重要，因此在不影響正常使用的前提下，盡可能地提高控制脈沖的占空比是最有效的途徑，本電路的設(shè)計為60: I。延時觸發(fā)器由CD4013雙D觸發(fā)器組成，它不僅控制著閥門在“觸發(fā)”開啟后所預(yù)留的時間(當(dāng)紅外感應(yīng)觸發(fā)后，閥門開啟，40秒后控制電路若沒有接收到二次紅外反射觸發(fā)信號，待預(yù)留時間過后電路將自動關(guān)閉閥門)同時將根據(jù)CD4046的邏輯電平為下一級的兩個“開啟”與“關(guān)閉”狀態(tài)觸發(fā)器⑶4013提供閥門“開啟”或“關(guān)閉”的邏輯指令。
[0005]表中為⑶4046鎖相環(huán)集成電路芯片各管腳功能說明
[0006]
【權(quán)利要求】
1.一種通過直反與觸發(fā)兩種紅外感應(yīng)方式可驅(qū)動閥門內(nèi)的陶瓷密封閥芯做90°扇形往返轉(zhuǎn)動，使電動閥開啟或關(guān)閉的雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路，其特征是:該電路分別由脈沖振蕩單元、直反與觸發(fā)雙紅外發(fā)射與接收前置單元、脈沖控制單元、互鎖電路、閥門延時自動關(guān)閉電路、減速電機正、反向堵轉(zhuǎn)電流延遲采樣、斷電識別閥門自動關(guān)閉及正反向電流放大電路所組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路，其特征是:脈沖振蕩單元中使用了兩片⑶4046鎖相環(huán)集成電路，其中ICl為直反式紅外感應(yīng)主控芯片、IC2為觸發(fā)式紅外感應(yīng)主控芯片，每片⑶4046的5腳與地線之間除接有電阻Rl、R5外，還分別通過二極管D2、D3與脈沖控制單元中IC3施密特反相器⑶40106的3門6腳進行反向相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路，其特征是:直反與觸發(fā)雙紅外發(fā)射與接收前置單元中觸發(fā)式主控芯片IC2的I腳輸出端，通過二極管D4經(jīng)電阻Rll與電容C7并聯(lián)后接至IC3的5門11腳，且11腳對地接有電阻R12。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路，其特征是:互鎖電路中IC3施密特反相器⑶40106的6門12腳輸出端，一路通過二極管D7與觸發(fā)式主控芯片IC2鎖相環(huán)集成電路⑶4046的5腳相連接，另一路經(jīng)二極管D9與IC4觸發(fā)器⑶4013的10腳相接，IC4的13腳經(jīng)二極管D12與直反式主控芯片ICl的5腳相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路，其特征是:閥門延時自動關(guān)閉電路中D觸發(fā)器IC4的13腳先通過電阻R15與二極管D13的反向并聯(lián)后再與電容C12串聯(lián)接地，其三個元件的接點處又通過電阻R16與IC4的10腳相接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路，其特征是:減速電機正、反向堵轉(zhuǎn)電流延遲采樣電路中的正向延遲采樣單元D觸發(fā)器IC5的13腳，通過電阻R17與二極管D14反向并聯(lián)后再與電容C13串聯(lián)接地，三個元件的接點處與IC5的10腳相接，反向延遲采樣單元D觸發(fā)器IC6的13腳，通過電阻R22與二極管D15反向并聯(lián)后再與電容C14串聯(lián)接地，三個元件的接點處與IC6的10腳相接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路，其特征是:斷電識別閥門自動關(guān)閉電路中法拉電容C18的正極，通過兩個二極管的反向隔離連接至交流適配器的+5V端，兩個隔離二極管的串聯(lián)節(jié)點處接有斷電識別取樣電阻R38。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙紅外感應(yīng)式水嘴電動閥控制電路，其特征是:正反向電流放大電路輸出端通過P3與減速電機相連接，在正反向放大電流的回路中分別串有減速電機正反向堵轉(zhuǎn)電流的取樣電阻R33、R34。
【文檔編號】F16K31/04GK203757133SQ201420012024
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】黃鎮(zhèn)懷, 黃四添, 楊志光 申請人:黃鎮(zhèn)懷