專利名稱：二線制指觸感應(yīng)式多功能調(diào)光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種二線制調(diào)光開關(guān)。
目前，觸摸調(diào)光已在各類調(diào)光開關(guān)中廣泛應(yīng)用。以各種觸摸調(diào)光開關(guān)專用集成電路為核心組成的控制器最具代表性。如SM7232為觸摸無(wú)級(jí)調(diào)光開關(guān)(見(jiàn)圖3)，M668為二線制分檔調(diào)光開關(guān)(見(jiàn)圖4)。在二線制觸摸調(diào)光開關(guān)中，大部分觸摸端都是通過(guò)限流安全電阻與調(diào)光開關(guān)集成電路相連，現(xiàn)有的二線制觸摸調(diào)光開存在關(guān)以下缺點(diǎn)一，調(diào)光開關(guān)的一端必須與相線相連，甚至固定某一端與相線相連，這一限制可稱為接法有極性。經(jīng)筆者分析，接法受限的主要原因是上述觸摸集成電路的觸摸電壓源場(chǎng)采用交流電源的電壓波峰(幅值)所致。如果白熾燈接在相線一端，當(dāng)可控硅導(dǎo)通時(shí)，上述觸摸電壓源場(chǎng)將不復(fù)存在。
二，觸摸信號(hào)的形成決定于人體與環(huán)境構(gòu)成的電阻，客觀上跨度太大，靈敏度設(shè)高了易受干擾，靈敏度設(shè)低了有些條件下觸摸可能無(wú)效。
三，電阻連接不能使人體同帶高壓電的調(diào)光開關(guān)完全隔離，金屬觸摸極板也讓一些人望而生畏。
本發(fā)明的目的，是提供一種采用稱作橋連容傳初相檢測(cè)觸摸技術(shù)的二線制多功能調(diào)光開關(guān)。實(shí)現(xiàn)二線制觸摸調(diào)光開關(guān)無(wú)極性接法和指觸感應(yīng)觸摸控制。
本發(fā)明的觸摸信號(hào)電路由二極管橋整流器、主控器的觸摸輸入端和觸摸輸入電路組成。觸摸輸入電路由觸摸極板、輸入隔離電容和接地下拉電阻組成。指觸感應(yīng)觸摸的觸摸極板是在金屬極板外隔有一絕緣板。
本發(fā)明的要點(diǎn)，是觸摸信號(hào)檢測(cè)技術(shù)為橋連容傳初相檢測(cè)觸摸技術(shù)。
橋連容傳初相觸摸檢測(cè)技術(shù)實(shí)施在交流半波的初相階段，占用極小的初相角，由主控器控制單向可控硅在關(guān)斷狀態(tài)。由于單向可控硅關(guān)斷無(wú)主控電流，白熾燈絲相當(dāng)于一根導(dǎo)線。主控回路等效為橋式整流電路。在橋臂二極管的引導(dǎo)下，不論相線還是零線，二極管橋總是把交流電的低電位端連通至整流輸出的負(fù)極，即主控器的公共地。在交流電的上半周期，零線處于低電位，與主控器的公共地通連，即主控器與大地同等電位，不能產(chǎn)生觸摸電壓源場(chǎng)。在交流電的下半周期相線處于低電位，必然通過(guò)二極管橋與主控器的公共地形成通連，因而調(diào)光開關(guān)的公共地相對(duì)于交流電零線與大地將形成交流電下半周電場(chǎng)，即觸摸電壓源場(chǎng)。人體觸摸將形成正極性觸摸電壓電流輸入。供主控器檢測(cè)。由于交流電初相電壓變化率最大，以小電容作為輸入隔離元件最為適合，它即能很好的傳輸交流電初相瞬變信號(hào)，又對(duì)人身安全起到極好的靜電隔離作用。橋連容傳初相檢測(cè)觸摸技術(shù)的主要特點(diǎn)；1.觸摸信號(hào)半周有，半周無(wú)，間隔傳送。有效的區(qū)分了觸摸信號(hào)和各種干擾信號(hào)，有利于檢測(cè)和分離觸摸信號(hào)。
2.橋連容傳初相檢測(cè)觸摸技術(shù)是以交流電初相電壓變化量為觸摸信號(hào)源，以電容為基本觸摸傳感介質(zhì)。較之電阻媒介傳感具有傳輸阻抗小，適用面寬，信號(hào)特異性強(qiáng)，抗靜電干擾的特點(diǎn)。
3.初相檢測(cè)占用交流電半波相角少，電壓瞬時(shí)值低，與單向可控硅調(diào)相分段實(shí)施，互不影響，是較為理想的組合。
4.橋連容傳初相檢測(cè)觸摸技術(shù)充分利用了橋路特點(diǎn)，科學(xué)安排觸摸信號(hào)的檢測(cè)相角，不管調(diào)光開關(guān)引入線與相線、零線、白熾燈如何串接，都能在交流電的下半周初相段產(chǎn)生觸摸信號(hào)，觸摸信號(hào)的大小與引入線的接法關(guān)系極小，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)極性接法的觸摸技術(shù)?？梢韵髾C(jī)械開關(guān)一樣接線。
5.利用接地下拉電阻可進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié)，當(dāng)下拉接地電阻在1.5M，電容傳感可做到10微微法以下的輸入靈敏度，實(shí)現(xiàn)手指感應(yīng)觸摸(手指端不接觸金屬觸摸端)。
6.橋連容傳初相檢測(cè)觸摸技術(shù)適用于非二線制的橋式主控回路接法。
7.可以配置多個(gè)觸摸端。
綜上所述，橋連容傳初相檢測(cè)觸摸技術(shù)是初相檢測(cè)和二極管橋引導(dǎo)共同作用的結(jié)果，形成了獨(dú)特的高靈敏度的觸摸信號(hào)技術(shù)。按照對(duì)稱的原理，可以組成以二極管整流橋的正極為公共地的觸摸信號(hào)電路，初相檢測(cè)的是負(fù)極性觸摸信號(hào)。
下面通過(guò)一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。


圖1是實(shí)施例的電路原理圖，圖2是實(shí)施例的外觀結(jié)構(gòu)示意圖，圖3、圖4分別是SM7232觸摸無(wú)級(jí)調(diào)光開關(guān)、M668觸摸分檔調(diào)光開關(guān)電路原理圖。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明包括主控器、主控電路、明態(tài)自身供電電路、暗態(tài)自身供電電路、貯能濾波電路、紅外遙控接收解調(diào)單元電路、觸摸信號(hào)電路、回零脈沖取樣電路和時(shí)鐘電路。
主控器P1采用微單片機(jī)PIC16C54，經(jīng)在其內(nèi)固化本技術(shù)方案的控制程序制造。
PIC16C54是八位全靜態(tài)EPROM微單片機(jī)，CMOS工藝制造。內(nèi)部EPROM512×8位，通用寄存器26個(gè)，特殊功能寄存器6個(gè)。外部18只引腳，12個(gè)是輸入輸出端，分為A口4位，B口8位，每個(gè)輸入輸出端都具有二個(gè)反接的保護(hù)二極管。本方案使用了B口的7位，A口P1的1、2、17、18腳閑置可作它用。附圖1將其接地。下面將P1各引腳的功能及定義介紹如下P1設(shè)置了三個(gè)觸摸輸入端，P1的7腳觸摸調(diào)暗輸入端，P1的8腳觸摸調(diào)亮輸入端，P1的9腳觸摸開關(guān)輸入端。其中，三個(gè)觸摸輸入端兩兩組合還有以下三種輸入控制功能；觸摸調(diào)暗與觸摸調(diào)亮組合定時(shí)關(guān)燈，觸摸調(diào)暗和觸摸開關(guān)組合定時(shí)交替亮滅，觸摸調(diào)亮與觸摸開關(guān)組合交替漸明漸暗控制。雙端組合輸入中的定時(shí)是以白熾燈閃爍指示的，定時(shí)關(guān)燈白熾燈每閃一次定時(shí)一分鐘，最長(zhǎng)4小時(shí)15分。定時(shí)交替亮滅白熾燈每閃一次延時(shí)一秒，從2秒開始至4分15秒。
P1其它引腳的功能和設(shè)置情況如下P1的6腳遙控信號(hào)輸入端，P1的10腳回零脈沖取樣輸入端，P1的11腳可控硅控制輸出端，P1的12腳自身明態(tài)供電控制電壓輸出端，P1的13腳未用接地。P1的15腳接VSS公共地電源負(fù)端，P1的14腳為正電源VDD，P1的15、16腳晶振時(shí)鐘輸出輸入端。P1的14腳是啟動(dòng)復(fù)位接正電源。P1的3腳為外計(jì)數(shù)輸入無(wú)用接正電源。P1適用電源電壓2.5～6.25伏，輸出驅(qū)動(dòng)電流高電平最大20MA，低電平最大25MA。
控制器P1具有如下主要功能；
1.調(diào)光信號(hào)記憶和輸出。124個(gè)亮度等級(jí)。
2.初相觸摸檢測(cè)。全部觸摸輸入均延時(shí)0.6S動(dòng)作，以克服各種干擾。觸摸也可改為按鍵開關(guān)控制，高電平有效。
3.控制明態(tài)自身供電電路。
4.漸變式調(diào)光。分為快速漸變式調(diào)光和慢速漸變式調(diào)光。
5.回零脈沖檢測(cè)。
6.紅外遙控信號(hào)的解碼和控制輸出。
主控回路由橋式整流器DD、電感L、可控硅SCR、三極管G1及電阻R8組成。主控回路是白熾燈電流的主要通道，本電路屬常見(jiàn)單硅全橋方案的變形。G1是自身供電電路的一部分，對(duì)觸摸信號(hào)沒(méi)有影響。電感L是為防止主控電流干擾交流電源和輻射電磁波而設(shè)置的。橋式整流器DD的輸入端與電網(wǎng)、白熾燈泡接通。橋式整流器DD的輸出負(fù)端接地，輸出正端接可控硅SCR陽(yáng)極，可控硅SCR陰極接三極管G1的集電極，G1的發(fā)射極接地，可控硅SCR的觸發(fā)極經(jīng)R8接主控器P1的11腳。
觸摸信號(hào)電路，由橋式整流器DD、主控器的觸摸輸入端和觸摸輸入電路組成。實(shí)施例的觸摸輸入電路為三個(gè)觸摸輸入端組，分別由觸摸極板CM1、CM2、CM3，電容C10、C11、C12，電阻R11、R12、R13組成。觸摸極板CM1與傳輸電容C10的一端連接，C10的另一端與接地下拉電阻R11的一端連接，R11的另一端接地。C10與R11的分壓節(jié)點(diǎn)A3接P1的7腳。CM2、C11、R12觸摸輸入端組，CM3、C12、R13觸摸輸入端組的接法類同于CM1觸摸輸入端組，只是C11，R12的串聯(lián)分壓點(diǎn)A4接P1的8腳，C12，R13的串聯(lián)分壓點(diǎn)A5接P1的9腳。電容C10、C11、C12起信號(hào)傳輸和人身、主控器安全的隔離作用，由于本發(fā)明的特點(diǎn)，隔離電容在100微微法至200微微法就完全勝任。接地下拉電阻取值在400K歐至1.5M歐之間。電阻大靈敏度高。當(dāng)靈敏度極高時(shí)應(yīng)十分重視觸摸極板面積的大小，過(guò)大本身就相當(dāng)于被觸摸了一樣。另一個(gè)需要注意的問(wèn)題是主控器輸入端等效電容將留有不同的殘余電壓，在極靈敏時(shí)會(huì)造成靈敏度的不一致，一個(gè)解決辦法是主控器的觸摸輸入端在交流電半周期的末相I/O轉(zhuǎn)置迅速放電一次。指觸感應(yīng)觸摸是指手指觸摸在觸摸金屬極板外的絕緣板上的一種觸摸輸入功能。指觸感應(yīng)的觸摸極板一般應(yīng)在一面積與指端面積相仿的金屬極板外貼一介電系數(shù)在5以上、厚度在1毫米以下的絕緣板。圖2所示實(shí)施例的開關(guān)面板部分是絕緣板，觸摸感應(yīng)安排在具有指端大小圓形凹坑的表面上，其背后是金屬極板。
回零脈沖取樣電路，由三極管G3，電阻R4、R5組成。G3的基極經(jīng)R3接正電源，G3的集電極接P1的10腳。R4的一端接G3的集電極，另一端接可控硅SCR的輸出正端?；亓忝}沖取樣用于同步50赫茲交流電源。三極管G3接成了恒流源以替代常見(jiàn)的電阻分壓回零脈沖取樣電路?？蓪?duì)呈小尖峰的回零脈沖起到很好的展寬和整形作用。
主控器P1的時(shí)鐘電路由晶振C9、電阻R7、電容C7、C8組成。電容C7一端接P1的16腳，另一端接地。C8一端通過(guò)電阻R7接P1的15腳，另一端接地。晶振C9一端接P1的16腳，其另一端與C8、R7之間的節(jié)點(diǎn)A2連接。晶振的諧振頻率為3.5795兆赫。由于晶振頻率十分穩(wěn)定，可控硅的觸發(fā)相角穩(wěn)定，所以帶來(lái)了白熾燈亮度的高度穩(wěn)定。
紅外遙控信號(hào)接收單元電路由紅外接收專用集成電路CX20106A、接收光敏二極管D1和電阻R1、R2、R3、電容C1、C2、C3組成。解調(diào)輸出的紅外遙控信號(hào)經(jīng)R9送入P1的6腳。紅外遙控接收單元采用的是通用接收單元，只不過(guò)屏蔽要求嚴(yán)格。不使用紅外遙控可將P1的6腳接高電平。
R15為暗態(tài)供電電路。
貯能濾波電路由穩(wěn)壓管JW2、電解電容C5、C6、電容C4、電阻R10、R15及電阻R16組成。貯能濾波電路是調(diào)光開關(guān)的自身直流供電單元，JW2為直流穩(wěn)壓，R16為交流電掉電泄放電阻，其余阻容元件為貯能濾波。
明態(tài)自身供電電路，由三極管G1和G2(接成復(fù)合管，也可采用達(dá)林頓管或放大系數(shù)特大的一只三極管)及穩(wěn)壓管JW1、二極管D1和電阻R14組成。明態(tài)自身供電是在交流電半周期的末期為貯能濾波電路浪涌充電。
本調(diào)光開關(guān)以交流電半周期為基本工作周期，在時(shí)序上將每個(gè)工作周期分解為回零脈沖檢測(cè)段(上交流半波的175～180度和本次半波的1～2度)，初相觸摸檢測(cè)段(2～4度)，調(diào)相調(diào)光段(4～161度)，明態(tài)直流供電段(152～178度)，四個(gè)階段。個(gè)別段界是交叉銜接的。同時(shí)，為了不同的需要，段界可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。
調(diào)光開關(guān)可制作成附圖2的結(jié)構(gòu)，各電路單元設(shè)置在電路板1上，電路板1固定在殼體2內(nèi)，殼體2的表面設(shè)置有指觸感應(yīng)凹坑3和紅外線透過(guò)窗口4。
調(diào)光開關(guān)在接入電網(wǎng)時(shí)自身帶電，調(diào)試時(shí)要防止觸電。
固化在主控制器P1內(nèi)專用控制程序的說(shuō)明；P1編程采用PIC微單片機(jī)專用匯編語(yǔ)言編程。P1專用控制程序以交流電半周期為基本處理周期或工作周期，起點(diǎn)是回零脈沖上升沿，終點(diǎn)是回零脈沖低電平，周而復(fù)始工作。計(jì)時(shí)采用P1的F1定時(shí)時(shí)鐘，分頻系數(shù)為64，F(xiàn)1的一個(gè)計(jì)數(shù)為一個(gè)定時(shí)單元。當(dāng)采用3.5795兆赫晶體時(shí)，每個(gè)交流電半周期可分成近140個(gè)定時(shí)單元。標(biāo)號(hào)為0至139，每個(gè)定時(shí)單元約占1.28度相角。定時(shí)單元與技術(shù)方案的實(shí)時(shí)處理對(duì)應(yīng)關(guān)系如下；0至1單元初相觸摸延時(shí)。(保持可控硅在關(guān)斷狀態(tài))2單元觸摸信號(hào)采集。
2至125單元調(diào)相調(diào)光，對(duì)應(yīng)1至124個(gè)亮度等級(jí)。1為最亮，124為最暗。
120單元為明態(tài)供電開始，亮度等級(jí)值在110以下則明態(tài)供電電路穩(wěn)壓導(dǎo)通進(jìn)行明態(tài)供電至137單元關(guān)閉。
134至139單元進(jìn)行回零脈沖檢測(cè)，同步交流電源。
下面分述各種功能的實(shí)現(xiàn)。
1，亮度信號(hào)輸出。
當(dāng)前的亮度等級(jí)是寄存在亮度寄存器內(nèi)。從2定時(shí)單元起(1亮度等級(jí))，定時(shí)單元號(hào)寄存器伴隨定時(shí)器F1增加的同時(shí)，逐次與亮度寄存器的內(nèi)容比較，當(dāng)二值相等時(shí)，置P1的11、12腳為高電平，觸發(fā)SCR導(dǎo)通，G1飽和導(dǎo)通，接通主控電流。在其后的單元將復(fù)位P1的11腳，從而觸發(fā)SCR的信號(hào)為窄脈沖信號(hào)。主控器在亮度等級(jí)最低時(shí)將自動(dòng)關(guān)閉亮度輸出。
2，初相觸摸檢測(cè)。
初相觸摸檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)分為信號(hào)延時(shí)和采樣兩個(gè)階段。在延時(shí)階段，首先保持P1的11腳為低電平，在0、1單元進(jìn)行初相延時(shí)，延時(shí)至初相3.5至4.5度，相瞬時(shí)電壓大約為19伏至24伏，延時(shí)結(jié)束。進(jìn)入采樣階段，微單片機(jī)P1讀取7、8、9腳的狀態(tài)并保存到觸摸寄存器，以備分析和利用。為了克服各種干擾，程序設(shè)計(jì)累計(jì)觸摸0.60秒有效，在手動(dòng)寄存器進(jìn)行計(jì)數(shù)寄存，處理方法是無(wú)信號(hào)周期手動(dòng)寄存器減一至內(nèi)容為一，有觸摸信號(hào)時(shí)手動(dòng)寄存器加二，實(shí)現(xiàn)了有觸摸信號(hào)時(shí)半周有半周無(wú)手動(dòng)寄存器凈增一。當(dāng)手動(dòng)寄存器的內(nèi)容大于30時(shí)(0.60秒)，觸摸信號(hào)被確認(rèn)，按相應(yīng)觸摸極板被觸摸的情況進(jìn)行處理。
3，回零脈沖檢測(cè)。
按照技術(shù)方案的設(shè)計(jì)，在134定時(shí)單元以后進(jìn)行回零脈沖檢測(cè)，主控器讀回零脈沖輸入端的電平，順序如下；先判斷低電平的出現(xiàn)，如果沒(méi)有就反復(fù)。低電平出現(xiàn)了就開始讀高電平，如果沒(méi)有就反復(fù)，讀到了程序就開始下一個(gè)周期?；亓忝}沖的提前讀取是為防止交流電源頻率偏高而設(shè)。
4，亮度漸變輸出。
漸變式調(diào)光可以提高人眼感光的舒適度，并且有利于提高白熾燈的使用壽命。主控器的漸變式調(diào)光分為快速漸變和慢速漸變?？焖贊u變式調(diào)光以設(shè)定值為目標(biāo)，從當(dāng)前亮度等級(jí)開始，以每個(gè)周期變化一個(gè)亮度等級(jí)的速度向設(shè)定值變化。慢速漸變式調(diào)光在向目標(biāo)變化的同時(shí)，要在每個(gè)亮度等級(jí)停留一段時(shí)間，其停留的周期數(shù)存放在慢速寄存器中。為了使得漸變?nèi)岷停痉桨傅耐Ａ糁芷跀?shù)公式為當(dāng)前的亮度等級(jí)除以16取整加1。
5，紅外遙控信號(hào)的接收和解碼。
由于PIC16C54沒(méi)有外部中斷，因此，主控器在每個(gè)定時(shí)單元都從其6腳采樣一次，然后根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。
權(quán)利要求
二線制指觸感應(yīng)式多功能調(diào)光開關(guān)，包括主控器、主控電路、明態(tài)供電電路、暗態(tài)供電電路、貯能濾波電路、觸摸信號(hào)電路、紅外遙控接收單元電路、回零脈沖取樣電路和時(shí)鐘電路。其特征為1、由二極管橋整流器、主控器的觸摸輸入端和觸摸輸入電路組成的；由主控器在交流電半周期的初相對(duì)觸摸輸入端進(jìn)行觸摸信號(hào)檢測(cè)的觸摸信號(hào)電路，其觸摸極板接輸入隔離電容、輸入隔離電容的另一端接接地下拉電阻和主控器的觸摸輸入端，接地下拉電阻的另一端接二極管整流橋的輸出負(fù)極和主控器的負(fù)電源端。
2.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的觸摸輸入端和觸摸輸入電路可以配置多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的觸摸信號(hào)電路可以對(duì)稱接成正極公共地方式；初相檢測(cè)的是負(fù)極性信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二線制指觸感應(yīng)式多功能調(diào)光開關(guān)。這種開關(guān)包括主控器微單片機(jī)PIC16C54、主控回路、自身供電電路、觸摸信號(hào)電路和紅外遙控接收等電路。其特點(diǎn)是調(diào)光開關(guān)的主控器為微電腦，采用橋連容傳初相檢測(cè)觸摸信號(hào)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了二線制無(wú)極性接法和多端組合指觸感應(yīng)觸摸控制。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)白熾燈強(qiáng)、中、弱分擋調(diào)光、124個(gè)亮度等級(jí)的無(wú)級(jí)調(diào)光、漸明、漸暗、節(jié)日燈閃爍、定時(shí)關(guān)燈等多種調(diào)光功能和紅外遙控。
文檔編號(hào)H05B39/04GK1126419SQ95113958
公開日1996年7月10日 申請(qǐng)日期1995年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月30日
發(fā)明者劉霖春 申請(qǐng)人:劉霖春