專利名稱：一種智能人體感應(yīng)開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能人體感應(yīng)開關(guān)，即是指一種無需與人體直接接觸即可控制開關(guān)開啟或閉合的非接觸式開關(guān)。
背景技術(shù)：
照明開關(guān)電子化進(jìn)程是開始于公共照明的節(jié)電控制。近年來涌現(xiàn)出適宜于門廳、樓梯和樓道中使用的人體紅外線感應(yīng)延時(shí)自熄開關(guān)，通過感應(yīng)人體紅外輻射來觸發(fā)開關(guān)，并通過延時(shí)裝置來控制燈的熄滅或逐步熄滅，使公共照明基本實(shí)現(xiàn)了“人來燈亮、人離燈熄”的自動(dòng)控制，明顯改善了樓房的公共照明效果，還能大幅度節(jié)省公共照明用電，照明燈的實(shí)際使用壽命也明顯延長。
現(xiàn)有人體感應(yīng)開關(guān)是采用人體熱釋電傳感器技術(shù)。其人體熱釋紅外線檢測部分，主要由菲涅耳透鏡和紅外接收傳感器構(gòu)成。菲涅耳透鏡實(shí)際上就是一片可以透過紅外線的表面有一些特殊波紋的薄塑料片，當(dāng)有人在它前面走過時(shí)，它會(huì)把人體釋放的、連續(xù)的且位置移動(dòng)的紅外線“聚焦”成一種能量強(qiáng)度變化的紅外線落在它后面的紅外接收傳感器上，利用的主要是“干涉”的原理。人體熱釋電紅外傳感器是依據(jù)接收人體紅外光譜而工作，它感應(yīng)人體在37攝氏度體溫下輻射的紅外線(選取7.5至14微米波長的紅外線)觸發(fā)開關(guān)。能有效地選取人體輻射紅外線，排除其它干擾。
當(dāng)人體在其接收范圍內(nèi)活動(dòng)，紅外接收傳感器就可以把這種強(qiáng)度變化的紅外線信號(hào)變成低頻交流電信號(hào)，完成了由紅外線信號(hào)到交流電信號(hào)的轉(zhuǎn)變。這個(gè)低頻交流電信號(hào)的頻率取決于人體感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)范圍內(nèi)紅外源的移動(dòng)速度，一般在幾到幾十赫芝，但當(dāng)紅外源靜止時(shí)，也就是當(dāng)人站在人體感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)范圍內(nèi)不動(dòng)時(shí)，它是偵測不到的。因此，室內(nèi)照明開關(guān)控制信號(hào)采樣不能采取公共照明開關(guān)所用的人體紅外線感應(yīng)延時(shí)自熄方式，否則人們必須在其感應(yīng)范圍內(nèi)不停活動(dòng)才能產(chǎn)生控制信號(hào)，而且開關(guān)在延時(shí)一段時(shí)間后會(huì)使照明燈自動(dòng)熄滅，這樣照明燈頻繁地亮、滅，從而失去控制意義。近來一些新的人體紅外感應(yīng)開關(guān)具有了人在其感應(yīng)范圍內(nèi)且在活動(dòng)時(shí)，照明燈會(huì)持續(xù)工作，直動(dòng)人離開后延時(shí)關(guān)閉照明燈的功能，但此種人體感應(yīng)式照明開關(guān)也都要求人在其感應(yīng)范圍內(nèi)不停活動(dòng)才能產(chǎn)生控制信號(hào)，也就是說此種人體感應(yīng)開關(guān)檢測不到不動(dòng)的人體的存在，這就使人體感應(yīng)開關(guān)在室內(nèi)開關(guān)燈控制使用上受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有人體紅外感應(yīng)技術(shù)中的不足，提供一種能實(shí)時(shí)檢測到移動(dòng)或是靜止人體存在的紅外感應(yīng)開關(guān)。
根據(jù)上述目的設(shè)計(jì)了一種智能人體感應(yīng)開關(guān)，由外向里依次包括框形面罩，在面罩內(nèi)固定有面板，在面板中部開有安裝菲涅耳透鏡的通孔，在菲涅耳透鏡后的電路板上設(shè)置有屬于傳感電路的人體熱釋電傳感器U3和光敏電阻PR1，在電路板上還設(shè)置有電源電路、控制電路，在其電路板、人體熱釋電傳感器和光敏電阻之前，還設(shè)置有轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有一位置與人體熱釋電傳感器和光敏電阻相對應(yīng)的通孔，該轉(zhuǎn)盤由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
控制本實(shí)用新型運(yùn)作的是設(shè)置在電路板上的控制電路，該控制電路包括分別與中央控制芯片U5聯(lián)接的人體紅外信號(hào)放大電路、光控電路，及執(zhí)行人體紅外信號(hào)放大電路通過芯片U5傳遞的執(zhí)行信號(hào)的開關(guān)電路。
其中，信號(hào)放大電路為雙運(yùn)放集成電路，包括同相低通放大器U4B、反相交流放大器U4A及其周邊電路，同相低通放大器U4B的腳5直接與人體熱釋電傳感器U3聯(lián)接、腳7與反相交流放大器U4A的腳2聯(lián)接，反相交流放大器U4A的腳1將放大后的信號(hào)向中央控制芯片U5輸出，并通過中央控制芯片U5控制開關(guān)電路中馬達(dá)的工作狀態(tài)。同相低通放大器U4B的周邊電路包括與其聯(lián)接構(gòu)成高頻旁路的電容C8、C9、C11及低頻交流通路電路C10，與其聯(lián)接并決定增益的電阻R6、R5。反相交流放大器U4A通過電阻R7、R8將其的同相端偏置在1/2電源電壓，還與高頻旁路的電容C13及決定增益的電阻R10、R9聯(lián)接。另外，光控電路由光敏電阻PR1和可調(diào)電阻VR1組成。
本實(shí)用新型的基本原理與現(xiàn)有的人體感應(yīng)開關(guān)相同，但本實(shí)用新型可以檢測到靜止不動(dòng)的人體的存在，于是會(huì)持續(xù)工作使負(fù)載自動(dòng)接通，當(dāng)人離開感應(yīng)范圍一段時(shí)間后，開關(guān)才會(huì)自動(dòng)斷開。這一過程的實(shí)現(xiàn)，僅僅增加了配套的一個(gè)廉價(jià)轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)。


附圖1是本實(shí)用新型的原理框圖；附圖2是本實(shí)用新型裝配后的零部件分解示意圖；附圖3是本實(shí)用新型裝配后的側(cè)視全剖示意圖；附圖4是本實(shí)用新型的電路原理示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的基本原理與現(xiàn)有的人體感應(yīng)開關(guān)相同，即人體在開關(guān)的接收范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，紅外接收傳感器就可以把這種強(qiáng)度變化的紅外線信號(hào)變成低頻交流電信號(hào)，完成了由紅外線信號(hào)到交流電信號(hào)的轉(zhuǎn)變；當(dāng)人體在其接收范圍內(nèi)但又靜止不動(dòng)時(shí)，因人體熱釋電傳感器的特性，傳感器就會(huì)把人體紅外光譜當(dāng)作環(huán)境背景輻射，因此無法偵測到人體的存在；于是反其道而行，既然人體熱釋電傳感器能偵測到移動(dòng)的人體紅外光譜，如果人體在傳感器的接收范圍內(nèi)但又靜止不動(dòng)時(shí)，倒過來我們讓人體感應(yīng)開關(guān)相對移動(dòng)，則傳感器照樣能偵測到人體的存在，如此一來，人體感應(yīng)開關(guān)會(huì)持續(xù)工作使負(fù)載自動(dòng)接通。當(dāng)人離開產(chǎn)品感應(yīng)范圍一段時(shí)間如40秒左右，開關(guān)才會(huì)自動(dòng)斷開。
本實(shí)用新型與普通人體感應(yīng)開關(guān)一樣包括框形面罩1、在面罩內(nèi)固定有面板2、后蓋10，在面板與后蓋之間設(shè)置有電路板4，在面板中部開有安裝菲涅耳透鏡3的通孔，在電路板上菲涅耳透鏡后的位置安裝人體熱釋電傳感器U3和光敏電阻PR1，但還有帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤8轉(zhuǎn)動(dòng)的馬達(dá)7，隨馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈轉(zhuǎn)盤上的窗口或通孔1對準(zhǔn)人體熱釋電傳感器U3和光敏電阻PR1，見圖1。在電路板上還設(shè)置有電源電路、控制電路即紅外線信號(hào)的處理電路和接線端子9，電路板安裝在面板上并由后蓋通過螺絲固定。設(shè)計(jì)時(shí)，面板鑲嵌在框形面罩內(nèi)以便遮檔安裝螺絲及螺孔；同時(shí)，為了散熱，在后蓋的周邊開設(shè)散熱孔。工作時(shí)，馬達(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)；每當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，轉(zhuǎn)盤上的孔就會(huì)對準(zhǔn)一次人體熱釋電傳感器及光敏電阻，這樣不管是人體在移動(dòng)或是靜止，人體熱釋電傳感器都能偵測到變化人體的熱輻射信號(hào)。當(dāng)人體熱釋電傳感電路感應(yīng)人體在37攝氏度體溫下輻射的紅外線(選取7.5至14微米波長的紅外線)時(shí)，電路將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給與其相連接的控制電路，控制電路發(fā)出控制信號(hào)給與其連接的開關(guān)電路便可實(shí)現(xiàn)對燈具及其它電器的開關(guān)控制。
圖3中，控制電路中的人體紅外信號(hào)的放大電路采用雙運(yùn)放集成電路，兩個(gè)運(yùn)放分別設(shè)計(jì)成同相低通放大器U4B和反相放大器電路U4A。紅外接收傳感器輸出的低頻交流信號(hào)通過腳5送入圖中的第一個(gè)運(yùn)放進(jìn)行同相放大，C8、C9、C11是高頻旁路電容，可以防止放大器對高頻雜信號(hào)進(jìn)行放大，C10為低頻交流通路，該級放大器的增益取決于R6與R5的比值。輸出的交流信號(hào)通過腳7經(jīng)耦合電容C12輸入到第二級反相放大器電路的腳2。第二個(gè)運(yùn)放為一個(gè)反相交流放大器，通過R7、R8分壓將運(yùn)放的同相端偏置在1/2電源電壓，以放大交流信號(hào)，C12為高頻旁路電容。該級放大器的增益取決于R10與R9的比值。經(jīng)兩級放大后，信號(hào)增益約50000多倍，人體微弱的熱電信號(hào)變成了較強(qiáng)的脈沖信號(hào)，此信號(hào)通過反相放大器的腳1輸入中央控制芯片U5即單片機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)然也可采用單運(yùn)放或多運(yùn)放的電路形式，但會(huì)出現(xiàn)成本上升或電路過于復(fù)雜的問題。
與中央控制芯片U5聯(lián)接的還有光控電路。光控電路由一個(gè)光敏電阻PR1與一個(gè)可調(diào)電阻VR1組成。在外界光照度較高時(shí)，由于光敏電阻的阻值較小，光敏電阻與可調(diào)電阻的分壓很低，無法達(dá)到單片機(jī)的觸發(fā)閾值電平，單片機(jī)將始終處于檢測外界光照度的狀態(tài)。而當(dāng)外界光照度較低時(shí)，光敏電阻的阻值較大，光敏電阻與可調(diào)電阻的分壓達(dá)到單片機(jī)的觸發(fā)閾值電平，此時(shí)單片機(jī)將處于等待人體熱信號(hào)輸入的狀態(tài)。
當(dāng)外界光照度較低且正好有人處于本實(shí)用新型的檢測范圍內(nèi)時(shí)，中央控制芯片將輸出控制信號(hào)，使馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)、繼電器吸合。此后中央控制芯片將不停偵測人體的存在，同時(shí)光控電路失去控制作用。只要本實(shí)用新型能檢測到人體熱輻射信號(hào)的存在，本實(shí)用新型就會(huì)持續(xù)工作使開關(guān)自動(dòng)接通。當(dāng)本實(shí)用新型連續(xù)在一段時(shí)間內(nèi)檢測不到人體的存在時(shí)，中央控制芯片停止偵測人體的存在，同時(shí)光控電路恢復(fù)控制作用；當(dāng)光控電路檢測外界光照度較高時(shí)，單片機(jī)控制馬達(dá)，使馬達(dá)停轉(zhuǎn)。因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上人體熱釋電傳感器與光敏電阻并排安裝，當(dāng)馬達(dá)停轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)盤上的窗口或通孔既對準(zhǔn)光敏電阻，也對準(zhǔn)了人體熱釋電傳感器，這就為光控電路和人體感應(yīng)電路下次檢測外界信號(hào)提供了條件。在單片機(jī)控制馬達(dá)停轉(zhuǎn)后，也會(huì)控制繼電器使斷開，此后感應(yīng)開關(guān)就會(huì)恢復(fù)到最初狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種智能人體感應(yīng)開關(guān)，由外向里依次包括框形面罩(1)，在面罩內(nèi)固定有面板(2)，在面板中部開有安裝菲涅耳透鏡(3)的通孔，在菲涅耳透鏡后的電路板(4)上設(shè)置有屬于傳感電路的人體熱釋電傳感器U3和光敏電阻PR1，在電路板上還設(shè)置有電源電路、控制電路，其特征是在電路板上的人體熱釋電傳感器和光敏電阻之前，設(shè)置有轉(zhuǎn)盤(8)，轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有一位置與人體熱釋電傳感器和光敏電阻相對應(yīng)的通孔，該轉(zhuǎn)盤由電機(jī)(7)驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能人體感應(yīng)開關(guān)，其特征是設(shè)置在電路板上的控制電路包括分別與中央控制芯片U5聯(lián)接的人體紅外信號(hào)放大電路、光控電路，及執(zhí)行人體紅外信號(hào)放大電路通過芯片U5傳遞的執(zhí)行信號(hào)的開關(guān)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能人體感應(yīng)開關(guān)，其特征是所述的信號(hào)放大電路為雙運(yùn)放集成電路，包括同相低通放大器U4B、反相交流放大器U4A及其周邊電路，同相低通放大器U4B的腳5直接與人體熱釋電傳感器U3聯(lián)接、腳7與反相交流放大器U4A的腳2聯(lián)接，反相交流放大器U4A的腳1將放大后的信號(hào)向中央控制芯片U5輸出，并通過中央控制芯片U5控制開關(guān)電路中馬達(dá)的工作狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能人體感應(yīng)開關(guān)，其特征是同相低通放大器U4B的周邊電路包括與其聯(lián)接構(gòu)成高頻旁路的電容C8、C9、C11及低頻交流通路電路C10，與其聯(lián)接并決定增益的電阻R6、R5。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能人體感應(yīng)開關(guān)，其特征是反相交流放大器U4A通過電阻R7、R8將其的同相端偏置在1/2電源電壓，還與高頻旁路的電容C13及決定增益的電阻R10、R9聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能人體感應(yīng)開關(guān)，其特征是所述的光控電路由光敏電阻PR1和可調(diào)電阻VR1組成。
專利摘要一種智能人體感應(yīng)開關(guān)，其結(jié)構(gòu)包括框形面罩及固定其內(nèi)的面板，在面板中部開有安裝菲涅耳透鏡的通孔，在透鏡及控制電路板、人體熱釋電傳感器和光敏電阻之間設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有一位置與人體熱釋電傳感器和光敏電阻相對應(yīng)的通孔?？刂齐娐钒ǚ謩e與中央控制芯片聯(lián)接的人體紅外信號(hào)放大電路、光控電路，及執(zhí)行人體紅外信號(hào)放大電路通過芯片傳遞的執(zhí)行信號(hào)的執(zhí)行電路。本實(shí)用新型的基本原理與現(xiàn)有的人體感應(yīng)開關(guān)相同，但本實(shí)用新型可以檢測到靜止不動(dòng)的人體的存在，于是會(huì)持續(xù)工作使負(fù)載自動(dòng)接通，當(dāng)人離開感應(yīng)范圍一段時(shí)間后，開關(guān)才會(huì)自動(dòng)斷開。
文檔編號(hào)H03K17/94GK2718902SQ200420082868
公開日2005年8月17日 申請日期2004年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月10日
發(fā)明者陳剛 申請人:惠州雷士工業(yè)發(fā)展有限公司