一种自发电无线脚踏开关的制作方法

本发明涉及一种脚踏开关，具体涉及一种无线脚踏开关，属于开关控制技术领域。

背景技术：

脚踏开关在医疗器械、冲压设备、焊接设备、纺织设备、印刷机械、电子行业设备等诸多设备领域中应用广泛。

现有技术的脚踏开关内部内置一个行程开关，通过脚踩或脚踏使之内置行程开关接通、断开，从而控制电机的倒、顺、停的操作。目前市场上所售卖、现有技术的脚踏开关都是从内置的行程开关上的三个接点引出三根线，通过三芯的护套软线直接连接到所需控制设备上，如图1所示。

该种脚踏开关存在如下缺点：

(1)脚踏开关到设备的距离不相同，但脚踏开关制造厂连接线的长度是标准的，在实际使用时会根据使用距离延长连接线的长度，或连接线长度过长，在使用时需要把连接线折叠捆绑，造成客户使用不便。

(2)脚踏开关到设备的连接线一般都拖坠在地上，长期使用会造成连接线的磨损、老化(工厂地面、医院地面会有一些溶液剂腐蚀连接线)、拖拽踩踏连接线等。极易造成脚踏开关因连接线损毁的使用故障率高。

(3)脚踏开关一般是由内置的行程开关通过较长的连接线直接控制设备的高电压(如交流380v、220v)或大电流(如10a)，因此内置的行程开关寿命缩短，且由于脚踏开关一般放置在地面上，如地面上的液体、溶剂渗透到脚踏开关中会存在短路、连电的设备安全隐患。

(4)目前市售的脚踏开关由于是通过内置的行程开关直接控制设备，故存在无法直接与云端建立状态联系，在智能化设备控制中无法反应脚踏开关的指令状态问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种自发电无线脚踏开关，将脚踏开关的人工操控部分与电气控制部分分离，消除了开关使用过程中的线缆，使其使用更为灵活，且人工操控部分采用自发电，大大提高了操作人员的人身安全性。

所述的自发电无线脚踏开关包括：发射器和接收器；

所述发射器包括：发射器外壳以及设置在发射器外壳内部的弹性储能元件、自发电模块、上盖状态采集模块和无线电信号处理及发射模块；

所述发射器外壳包括：固定基座和上盖；所述上盖罩装在固定基座上，上盖的一端通过销轴与底座销接，上盖能够绕销轴转动；另一端与固定基座之间设置有弹性储能元件；

所述自发电模块自发电后为所述上盖状态采集模块和无线电信号发射模块供电；

所述上盖状态采集模块用于采集上盖的状态，所述上盖的状态包括：抬起和踩下；

所述无线电信号处理及发射模块根据所述上盖状态采集模块采集的上盖的状态编码信号数据，并将该信号数据通过无线传输的方式发送给所述接收器；

所述接收器安装在被控设备上，包括：无线电信号接收及处理模块、电源模块和电气继电器，所述电源模块为所述无线电信号接收及处理模块和电气继电器供电；所述电气继电器用于接通或断开被控设备的控制电路；

所述无线电信号接收及处理模块接收所述来自所述发射器的无线电信号数据，并将接收到的信号数据解码后得到上盖的状态，依据解码后得到上盖的状态通过所述电气继电器控制被控设备对应控制电路的通断电。

进一步的：所述自发电模块包括：发电机、发电机变速箱和联动杆；所述发电机变速箱的输出端与所述发电机转子相连，输入端与所述联动杆相连；所述联动杆用于实现所述上盖和发电机变速箱的联动，当所述上盖抬起或踩下时，所述联动杆带动所述发电机变速箱的输入端转动，进而通过所述发电机变速箱带动所述发电机转子转动，使发电机发电。

进一步的：所述发电机变速箱包括：齿轮a、双联齿轮和齿轮b，所述齿轮b的齿轮轴与发电机转子同轴固接，所述双联齿轮的一端与所述齿轮b啮合，另一端与所述齿轮a啮合；所述联动杆的一端与所述齿轮a固接，另一端作为伸出端，所述上盖上与所述联动杆伸出端对应的位置设置有推杆，所述推杆与所述联动杆伸出端相连；当所述上盖向下运动时，推杆推动联动杆的伸出端下移，通过联动杆带动齿轮a转动；当所述上盖向上运动时，推杆带动联动杆的伸出端上移，通过联动杆带动齿轮a转动。

进一步的：所述自发电模块中还设置有储能电容，所述发电机产生的交流电整流滤波后，在所述储能电容储能，然后为所述上盖状态采集模块和无线电信号处理及发射模块供电。

有益效果：

(1)该脚踏开关将人工指令采集部分与被控设备电气控制部分分离，并按照通信功能分为发射器和接收器，人工指令采集部分只和发射器相关联，大大提高了操作人员的人身安全性；且发射器和接收器之间采用无线电通信，去除了被控设备的长距离连接线，在一定范围内距离灵活可变，去除了原有脚踏开关的布线工作，避免了因线路问题导致的系统安全性和可靠性问题，提高了电气安全性和可靠性。

(2)发射器中采用自发电技术，将踩踏开关的动作通过发电机转换为电能为通信的发射端提供能量，发射器内部发电机发出的电压完全符合安全电压范围(小于36v)，对人无伤害，提高了操作人员的人身安全性。

(3)通过该无线脚踏开关能够实现对被控设备控制电路的智能化控制，人工指令除传统的踩下和抬起，还可进一步分为快速踩下、慢速踩下，快速抬起以及慢速抬起等，进而能够依据实际使用需求对被控设备控制电路的通断进行控制。

附图说明

图1为现有技术中脚踏开关的连线示意图；

图2为本发明的无线脚踏开关的原理图；

图3为本发明无线脚踏开关发射器的组成示意图；

图4和图5为本发明无线脚踏开关发射器内部结构示意图；

图6为本发明无线脚踏开关发射器功能示意图；

图7为本发明无线脚踏开关接收器的组成示意图。

其中：1-固定基座、2-交流发电机、3-齿轮a、4-双联齿轮、5-联动杆

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例提供一种自发电无线脚踏开关，将传统一体式脚踏开关分离成发射器和接收器两部分，并按照通信功能分为发射器和接收器。人工指令采集部分(即人工踩踏工作)只和发射器相关联，且发射器无需外部的供电系统，仅凭借内部发电机自发电工作，其内部发电机发出的电压完全符合安全电压范围(小于36v)，对人无伤害。

该无线脚踏开关的原理如图2所示，包括发射器和接收器两部分，其中发射器为人工指令采集部分，依据内部发电机自发电工作，无需外部的供电系统；接收器为电气控制部分，安装在被控设备上，接收器与供电系统和被控设备之间直接通过电气或电路连接。发射器和接收器之间通过无线电信号建立通信联系，由此发射器的位置可以灵活布置，只要保证在无线电信号的传输范围内即可。

如图3至图5所示，发射器包括：发射器外壳以及设置在发射器外壳内部的储能弹簧、交流发电机2、发电机变速箱、联动杆5、电路板和发射天线。

其中发射器外壳包括：固定基座1和上盖，上述储能弹簧、交流发电机2、发电机变速箱、发射器电路板和发射天线均安装在固定基座1的内底面上；上盖罩装在固定基座1上，上盖的一端通过销轴与底座销接，上盖能够绕销轴转动，使上盖能够相对固定基座1上下往复运动；且上盖的另一端与固定基座1之间设置有储能弹簧(即储能弹簧的两端分别与上盖的下表面和固定基座1的内底面相连)；由此当踩踏上盖时，上盖下降，储能弹簧压缩储能；当松开上盖时，上盖在储能弹簧回复力的作用下弹起恢复原位。

为实现自发电，在固定基座1内底面上通过发电机支座固定安装有交流发电机2，交流发电机2由定子线圈(即发电机定子)和转子磁芯(即发电机转子)构成；为使发射器内部结构简单，直接利用踩踏上盖的动作驱动交流发电机2发电，由此设置联动杆5实现上盖与发电机变速箱齿轮的联动，从而使交流发电机2发电，为设置在电路板上的电路供电。具体的：发电机变速箱包括齿轮a3、双联齿轮4和齿轮b，用于调整发电机转子的转速。其齿轮b的齿轮轴与发电机转子同轴固接，双联齿轮的一端齿轮b与啮合，另一端与齿轮a3啮合，联动杆5固定在齿轮a3的端面。

联动杆5包括：固定在齿轮a3端面的固定端和与固定端相连的伸出端，为保证联动杆5能够可靠的带动齿轮a3转动，将联动杆5的固定端设计为u形结构，固定端固定在齿轮a3端面上，使齿轮a3端面中心位于u形结构的中间位置。u形结构中与开口端相对的封闭端中间位置向外延伸形成伸出端，上盖下端面与联动杆5伸出端对应的位置安装有推杆；未踩踏上盖，上盖处于初始位置时，联动杆5伸出端斜向上倾斜，联动杆5的端部嵌套在上盖下端面的推杆中(具体为：在推杆上设置有用于和联动杆5端部配合的卡槽，上盖运动时通过卡槽推动联动杆运动，联动杆运动时，其端部在卡槽内具有相对运动，以保证联动杆5能够绕齿轮a3的齿轮轴转动)，当踩踏上盖，使上盖下降(或上升)时，推杆推动联动杆5的伸出端下移(或上移)，从而通过联动杆5带动齿轮a3转动，进而将上盖的运动传递到发电机变速箱，通过发电机变速箱带动交流发电机的转子转动，交流发电机2发电。

踩踏上盖，上盖会产生机械运动；松开上盖，通过储能弹簧使上盖产生机械运动；不同方向的机械运动均可通过联动杆5带动发电机变速箱齿轮转动，进而带动交流发电机转子转动，使交流发电机6工作。交流发电机6产生的交流电通过整流滤波，为电路板上的电子器件供电。

发射器电路板安装在固定基座1的内底面上，发射器电路板上设置有储能电容、基带数据编码电路、整流滤波电路和无线电发射模块，交流发电机2的输出端与整流滤波电路电连接，交流发电机2产生的交流电通过整流滤波电路整流滤波后，在储能电容储能，然后为基带数据编码电路和无线电发射模块供电，完成数据通信发射功能；其中储能电容通过存储保证供电时间达到设定时间(一般为150ms～300ms)。

固定基座1内还设置有上盖状态采集模块(如霍尔传感器)，用于采集上盖的状态，该状态包括：抬起和踩下。基带数据编码电路根据上盖的状态和其内部预存的发射器物理地址，编码唯一的信号数据，并将该信号数据传输给无线电发射模块；无线电发射模块通过固定安装在固定基座1的内底面上发射天线将信号数据发送给接收器。

综上，发射器的功能如图6所示，从信息采集的角度看，发射器用于接收人工操作指令，即踩踏和松开上盖的动作；从能量转换的角度看，发射器产生足够无线电传输所需要的能量。当踩下上盖时，人工推动开关上盖向下运动，所产生的机械能部分直接通过内置的发电机转换为电能，部分储存在储能弹簧中，转换为储能弹簧的弹性势能；松开上盖时，储能弹簧带动上盖向上运动，并进而带动发电机转动发电。从通信的角度看，发射器基于发电机产生的电能及内部电容储存的电能，编码自身的地址和上盖的机械运动状态，完成人工操作指令的短时通信过程。

接收器在外部供电系统的支持下，接收发射器发出的无线电信号(即基带数据编码电路编码的信号数据)，解析出上盖的状态，上盖的状态为人工操作的指令信息的直接反映，由此并按照人工操作的指令信息，对被控设备控制电路的通断进行控制。接收器的组成如图7所示，包括：接收器外壳以及固定安装在接收器外壳内部的接收器电路板和接收天线，接收器电路板上设置有电源模块、无线电接收模块、基带数据解码电路、控制逻辑电路和电气继电器，其中电源模块与外部供电系统电连接，分别为无线电接收模块、基带数据解码电路、控制逻辑电路和电气继电器供电，根据不同的输入电压特性，配置对应的电源模块，保证供电电压稳定。无线电接收模块通过接收天线接收来自发射器的无线电信号，并将接收到的信号数据传输给基带数据解码电路进行解码，得到发射器的地址和上盖的机械运动状态，其中发射器的地址用于实现发射器与接收器的配对识别，解码后的机械运动状态传输给控制逻辑电路，通过控制逻辑电路产生对被控设备的控制逻辑，电气继电器用于接通或断开被控设备的控制电路，控制逻辑电路产生的控制逻辑通过控制电气继电器的接通或断开实现对被控设备控制电路通断电的控制，从而实现开关功能。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，为进一步将控制逻辑电路产生的控制逻辑传输到计算机网络中，还在接收器中设置有网络通信模块，网络通信模块与外部的计算机网络电连接，由此可通过外部计算机网络实时监控被控设备的开关状态，实现对被控设备的智能化控制。

实施例3：

在上述实施例1或实施例2的基础上，固定基座1内设置的上盖状态采集模块能够进一步识别快速踩下、慢速踩下，快速抬起以及慢速抬起等人工操作指令信息，即上盖的状态包括：快速踩下、慢速踩下，快速抬起以及慢速抬起；具体为：在上盖状态采集模块中设定时间阈值，当上盖状态采集模块(如霍尔传感器)通电开始工作后，若在设定的时间阈值范围内监测到上盖状态发生改变，则识别为快速踩下或快速抬起；否则，识别为慢速踩下或慢速抬起。如当踩下上盖时，交流发电机开始发电，为上盖状态采集模块(如霍尔传感器)供电，使其启动，上盖状态采集模块(如霍尔传感器)实时监测上盖的状态，若在设定时间阈值范围内监测到上盖完全踩下(完全踩下指上盖下移到设定位置处)，则识别为快速踩下，若在设定时间阈值范围内监测到上盖没有完全踩下，则识别为慢速踩下。

当识别为快速踩下时，接收器接收到该状态后，产生逻辑控制信号a，逻辑控制信号a控制电气继电器直接接通；

当识别为快速抬起时，接收器接收到该状态后，产生逻辑控制信号b，逻辑控制信号b控制电气继电器直接断开；

当识别为慢速踩下时，接收器接收到该状态后，产生逻辑控制信号c，逻辑控制信号c控制电气继电器保持断开状态设定时间后再接通；

当识别为慢速抬起时，接收器接收到该状态后，产生逻辑控制信号d，逻辑控制信号d控制电气继电器保持接通状态设定时间后再断开。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。