专利名称：二线制指触感应式多功能调光开关的制作方法
技术领域：
本发明属于一种二线制调光开关。
目前，触摸调光已在各类调光开关中广泛应用。以各种触摸调光开关专用集成电路为核心组成的控制器最具代表性。如SM7232为触摸无级调光开关(见图3)，M668为二线制分档调光开关(见图4)。在二线制触摸调光开关中，大部分触摸端都是通过限流安全电阻与调光开关集成电路相连，现有的二线制触摸调光开存在关以下缺点一，调光开关的一端必须与相线相连，甚至固定某一端与相线相连，这一限制可称为接法有极性。经笔者分析，接法受限的主要原因是上述触摸集成电路的触摸电压源场采用交流电源的电压波峰(幅值)所致。如果白炽灯接在相线一端，当可控硅导通时，上述触摸电压源场将不复存在。
二，触摸信号的形成决定于人体与环境构成的电阻，客观上跨度太大，灵敏度设高了易受干扰，灵敏度设低了有些条件下触摸可能无效。
三，电阻连接不能使人体同带高压电的调光开关完全隔离，金属触摸极板也让一些人望而生畏。
本发明的目的，是提供一种采用称作桥连容传初相检测触摸技术的二线制多功能调光开关。实现二线制触摸调光开关无极性接法和指触感应触摸控制。
本发明的触摸信号电路由二极管桥整流器、主控器的触摸输入端和触摸输入电路组成。触摸输入电路由触摸极板、输入隔离电容和接地下拉电阻组成。指触感应触摸的触摸极板是在金属极板外隔有一绝缘板。
本发明的要点，是触摸信号检测技术为桥连容传初相检测触摸技术。
桥连容传初相触摸检测技术实施在交流半波的初相阶段，占用极小的初相角，由主控器控制单向可控硅在关断状态。由于单向可控硅关断无主控电流，白炽灯丝相当于一根导线。主控回路等效为桥式整流电路。在桥臂二极管的引导下，不论相线还是零线，二极管桥总是把交流电的低电位端连通至整流输出的负极，即主控器的公共地。在交流电的上半周期，零线处于低电位，与主控器的公共地通连，即主控器与大地同等电位，不能产生触摸电压源场。在交流电的下半周期相线处于低电位，必然通过二极管桥与主控器的公共地形成通连，因而调光开关的公共地相对于交流电零线与大地将形成交流电下半周电场，即触摸电压源场。人体触摸将形成正极性触摸电压电流输入。供主控器检测。由于交流电初相电压变化率最大，以小电容作为输入隔离元件最为适合，它即能很好的传输交流电初相瞬变信号，又对人身安全起到极好的静电隔离作用。桥连容传初相检测触摸技术的主要特点；1.触摸信号半周有，半周无，间隔传送。有效的区分了触摸信号和各种干扰信号，有利于检测和分离触摸信号。
2.桥连容传初相检测触摸技术是以交流电初相电压变化量为触摸信号源，以电容为基本触摸传感介质。较之电阻媒介传感具有传输阻抗小，适用面宽，信号特异性强，抗静电干扰的特点。
3.初相检测占用交流电半波相角少，电压瞬时值低，与单向可控硅调相分段实施，互不影响，是较为理想的组合。
4.桥连容传初相检测触摸技术充分利用了桥路特点，科学安排触摸信号的检测相角，不管调光开关引入线与相线、零线、白炽灯如何串接，都能在交流电的下半周初相段产生触摸信号，触摸信号的大小与引入线的接法关系极小，从而实现了无极性接法的触摸技术。可以象机械开关一样接线。
5.利用接地下拉电阻可进行灵敏度调节，当下拉接地电阻在1.5M，电容传感可做到10微微法以下的输入灵敏度，实现手指感应触摸(手指端不接触金属触摸端)。
6.桥连容传初相检测触摸技术适用于非二线制的桥式主控回路接法。
7.可以配置多个触摸端。
综上所述，桥连容传初相检测触摸技术是初相检测和二极管桥引导共同作用的结果，形成了独特的高灵敏度的触摸信号技术。按照对称的原理，可以组成以二极管整流桥的正极为公共地的触摸信号电路，初相检测的是负极性触摸信号。
下面通过一个实施例对本发明作进一步的阐述。
图1是实施例的电路原理图，图2是实施例的外观结构示意图，图3、图4分别是SM7232触摸无级调光开关、M668触摸分档调光开关电路原理图。下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明包括主控器、主控电路、明态自身供电电路、暗态自身供电电路、贮能滤波电路、红外遥控接收解调单元电路、触摸信号电路、回零脉冲取样电路和时钟电路。
主控器P1采用微单片机PIC16C54，经在其内固化本技术方案的控制程序制造。
PIC16C54是八位全静态EPROM微单片机，CMOS工艺制造。内部EPROM512×8位，通用寄存器26个，特殊功能寄存器6个。外部18只引脚，12个是输入输出端，分为A口4位，B口8位，每个输入输出端都具有二个反接的保护二极管。本方案使用了B口的7位，A口P1的1、2、17、18脚闲置可作它用。附图1将其接地。下面将P1各引脚的功能及定义介绍如下P1设置了三个触摸输入端，P1的7脚触摸调暗输入端，P1的8脚触摸调亮输入端，P1的9脚触摸开关输入端。其中，三个触摸输入端两两组合还有以下三种输入控制功能；触摸调暗与触摸调亮组合定时关灯，触摸调暗和触摸开关组合定时交替亮灭，触摸调亮与触摸开关组合交替渐明渐暗控制。双端组合输入中的定时是以白炽灯闪烁指示的，定时关灯白炽灯每闪一次定时一分钟，最长4小时15分。定时交替亮灭白炽灯每闪一次延时一秒，从2秒开始至4分15秒。
P1其它引脚的功能和设置情况如下P1的6脚遥控信号输入端，P1的10脚回零脉冲取样输入端，P1的11脚可控硅控制输出端，P1的12脚自身明态供电控制电压输出端，P1的13脚未用接地。P1的15脚接VSS公共地电源负端，P1的14脚为正电源VDD，P1的15、16脚晶振时钟输出输入端。P1的14脚是启动复位接正电源。P1的3脚为外计数输入无用接正电源。P1适用电源电压2.5～6.25伏，输出驱动电流高电平最大20MA，低电平最大25MA。
控制器P1具有如下主要功能；
1.调光信号记忆和输出。124个亮度等级。
2.初相触摸检测。全部触摸输入均延时0.6S动作，以克服各种干扰。触摸也可改为按键开关控制，高电平有效。
3.控制明态自身供电电路。
4.渐变式调光。分为快速渐变式调光和慢速渐变式调光。
5.回零脉冲检测。
6.红外遥控信号的解码和控制输出。
主控回路由桥式整流器DD、电感L、可控硅SCR、三极管G1及电阻R8组成。主控回路是白炽灯电流的主要通道，本电路属常见单硅全桥方案的变形。G1是自身供电电路的一部分，对触摸信号没有影响。电感L是为防止主控电流干扰交流电源和辐射电磁波而设置的。桥式整流器DD的输入端与电网、白炽灯泡接通。桥式整流器DD的输出负端接地，输出正端接可控硅SCR阳极，可控硅SCR阴极接三极管G1的集电极，G1的发射极接地，可控硅SCR的触发极经R8接主控器P1的11脚。
触摸信号电路，由桥式整流器DD、主控器的触摸输入端和触摸输入电路组成。实施例的触摸输入电路为三个触摸输入端组，分别由触摸极板CM1、CM2、CM3，电容C10、C11、C12，电阻R11、R12、R13组成。触摸极板CM1与传输电容C10的一端连接，C10的另一端与接地下拉电阻R11的一端连接，R11的另一端接地。C10与R11的分压节点A3接P1的7脚。CM2、C11、R12触摸输入端组，CM3、C12、R13触摸输入端组的接法类同于CM1触摸输入端组，只是C11，R12的串联分压点A4接P1的8脚，C12，R13的串联分压点A5接P1的9脚。电容C10、C11、C12起信号传输和人身、主控器安全的隔离作用，由于本发明的特点，隔离电容在100微微法至200微微法就完全胜任。接地下拉电阻取值在400K欧至1.5M欧之间。电阻大灵敏度高。当灵敏度极高时应十分重视触摸极板面积的大小，过大本身就相当于被触摸了一样。另一个需要注意的问题是主控器输入端等效电容将留有不同的残余电压，在极灵敏时会造成灵敏度的不一致，一个解决办法是主控器的触摸输入端在交流电半周期的末相I/O转置迅速放电一次。指触感应触摸是指手指触摸在触摸金属极板外的绝缘板上的一种触摸输入功能。指触感应的触摸极板一般应在一面积与指端面积相仿的金属极板外贴一介电系数在5以上、厚度在1毫米以下的绝缘板。图2所示实施例的开关面板部分是绝缘板，触摸感应安排在具有指端大小圆形凹坑的表面上，其背后是金属极板。
回零脉冲取样电路，由三极管G3，电阻R4、R5组成。G3的基极经R3接正电源，G3的集电极接P1的10脚。R4的一端接G3的集电极，另一端接可控硅SCR的输出正端。回零脉冲取样用于同步50赫兹交流电源。三极管G3接成了恒流源以替代常见的电阻分压回零脉冲取样电路。可对呈小尖峰的回零脉冲起到很好的展宽和整形作用。
主控器P1的时钟电路由晶振C9、电阻R7、电容C7、C8组成。电容C7一端接P1的16脚，另一端接地。C8一端通过电阻R7接P1的15脚，另一端接地。晶振C9一端接P1的16脚，其另一端与C8、R7之间的节点A2连接。晶振的谐振频率为3.5795兆赫。由于晶振频率十分稳定，可控硅的触发相角稳定，所以带来了白炽灯亮度的高度稳定。
红外遥控信号接收单元电路由红外接收专用集成电路CX20106A、接收光敏二极管D1和电阻R1、R2、R3、电容C1、C2、C3组成。解调输出的红外遥控信号经R9送入P1的6脚。红外遥控接收单元采用的是通用接收单元，只不过屏蔽要求严格。不使用红外遥控可将P1的6脚接高电平。
R15为暗态供电电路。
贮能滤波电路由稳压管JW2、电解电容C5、C6、电容C4、电阻R10、R15及电阻R16组成。贮能滤波电路是调光开关的自身直流供电单元，JW2为直流稳压，R16为交流电掉电泄放电阻，其余阻容元件为贮能滤波。
明态自身供电电路，由三极管G1和G2(接成复合管，也可采用达林顿管或放大系数特大的一只三极管)及稳压管JW1、二极管D1和电阻R14组成。明态自身供电是在交流电半周期的末期为贮能滤波电路浪涌充电。
本调光开关以交流电半周期为基本工作周期，在时序上将每个工作周期分解为回零脉冲检测段(上交流半波的175～180度和本次半波的1～2度)，初相触摸检测段(2～4度)，调相调光段(4～161度)，明态直流供电段(152～178度)，四个阶段。个别段界是交叉衔接的。同时，为了不同的需要，段界可在一定范围内调整。
调光开关可制作成附图2的结构，各电路单元设置在电路板1上，电路板1固定在壳体2内，壳体2的表面设置有指触感应凹坑3和红外线透过窗口4。
调光开关在接入电网时自身带电，调试时要防止触电。
固化在主控制器P1内专用控制程序的说明；P1编程采用PIC微单片机专用汇编语言编程。P1专用控制程序以交流电半周期为基本处理周期或工作周期，起点是回零脉冲上升沿，终点是回零脉冲低电平，周而复始工作。计时采用P1的F1定时时钟，分频系数为64，F1的一个计数为一个定时单元。当采用3.5795兆赫晶体时，每个交流电半周期可分成近140个定时单元。标号为0至139，每个定时单元约占1.28度相角。定时单元与技术方案的实时处理对应关系如下；0至1单元初相触摸延时。(保持可控硅在关断状态)2单元触摸信号采集。
2至125单元调相调光，对应1至124个亮度等级。1为最亮，124为最暗。
120单元为明态供电开始，亮度等级值在110以下则明态供电电路稳压导通进行明态供电至137单元关闭。
134至139单元进行回零脉冲检测，同步交流电源。
下面分述各种功能的实现。
1，亮度信号输出。
当前的亮度等级是寄存在亮度寄存器内。从2定时单元起(1亮度等级)，定时单元号寄存器伴随定时器F1增加的同时，逐次与亮度寄存器的内容比较，当二值相等时，置P1的11、12脚为高电平，触发SCR导通，G1饱和导通，接通主控电流。在其后的单元将复位P1的11脚，从而触发SCR的信号为窄脉冲信号。主控器在亮度等级最低时将自动关闭亮度输出。
2，初相触摸检测。
初相触摸检测的实现分为信号延时和采样两个阶段。在延时阶段，首先保持P1的11脚为低电平，在0、1单元进行初相延时，延时至初相3.5至4.5度，相瞬时电压大约为19伏至24伏，延时结束。进入采样阶段，微单片机P1读取7、8、9脚的状态并保存到触摸寄存器，以备分析和利用。为了克服各种干扰，程序设计累计触摸0.60秒有效，在手动寄存器进行计数寄存，处理方法是无信号周期手动寄存器减一至内容为一，有触摸信号时手动寄存器加二，实现了有触摸信号时半周有半周无手动寄存器净增一。当手动寄存器的内容大于30时(0.60秒)，触摸信号被确认，按相应触摸极板被触摸的情况进行处理。
3，回零脉冲检测。
按照技术方案的设计，在134定时单元以后进行回零脉冲检测，主控器读回零脉冲输入端的电平，顺序如下；先判断低电平的出现，如果没有就反复。低电平出现了就开始读高电平，如果没有就反复，读到了程序就开始下一个周期。回零脉冲的提前读取是为防止交流电源频率偏高而设。
4，亮度渐变输出。
渐变式调光可以提高人眼感光的舒适度，并且有利于提高白炽灯的使用寿命。主控器的渐变式调光分为快速渐变和慢速渐变。快速渐变式调光以设定值为目标，从当前亮度等级开始，以每个周期变化一个亮度等级的速度向设定值变化。慢速渐变式调光在向目标变化的同时，要在每个亮度等级停留一段时间，其停留的周期数存放在慢速寄存器中。为了使得渐变柔和，本方案的停留周期数公式为当前的亮度等级除以16取整加1。
5，红外遥控信号的接收和解码。
由于PIC16C54没有外部中断，因此，主控器在每个定时单元都从其6脚采样一次，然后根据采样的数据进行分析和处理。
权利要求
二线制指触感应式多功能调光开关，包括主控器、主控电路、明态供电电路、暗态供电电路、贮能滤波电路、触摸信号电路、红外遥控接收单元电路、回零脉冲取样电路和时钟电路。其特征为1、由二极管桥整流器、主控器的触摸输入端和触摸输入电路组成的；由主控器在交流电半周期的初相对触摸输入端进行触摸信号检测的触摸信号电路，其触摸极板接输入隔离电容、输入隔离电容的另一端接接地下拉电阻和主控器的触摸输入端，接地下拉电阻的另一端接二极管整流桥的输出负极和主控器的负电源端。
2.根据权利要求(1)所述的触摸输入端和触摸输入电路可以配置多个。
3.根据权利要求(1)所述的触摸信号电路可以对称接成正极公共地方式；初相检测的是负极性信号。
全文摘要
本发明公开了一种二线制指触感应式多功能调光开关。这种开关包括主控器微单片机PIC16C54、主控回路、自身供电电路、触摸信号电路和红外遥控接收等电路。其特点是调光开关的主控器为微电脑，采用桥连容传初相检测触摸信号技术，实现了二线制无极性接法和多端组合指触感应触摸控制。本发明可实现白炽灯强、中、弱分挡调光、124个亮度等级的无级调光、渐明、渐暗、节日灯闪烁、定时关灯等多种调光功能和红外遥控。
文档编号H05B39/04GK1126419SQ95113958
公开日1996年7月10日 申请日期1995年11月30日 优先权日1995年11月30日
发明者刘霖春 申请人:刘霖春