一种触控开关的制作方法
【专利摘要】一种触控开关，本发明提供一种具有定时断开功能的开关，可用于照明开关和电器插座的控制。触控开关装置主要包括：壳体，控制电源，震动传感器，微处理器，动作执行开关。装置内的控制电源单元用于将工作电源（通常为220V交流电）转换成低压直流电源以供微处理器等电子器件实用，震动传感器（本发明较佳选择为震动开关）在感受到拍打或者触碰时，将给微处理器发送中断信号，经微处理器分析后控制动作执行开关（继电器或者可控硅）的开合以实现电路的通断。开关由微处理器控制断开时间，该时间可以为存储在微处理器内的固定值，也可以装置内的拨码器修改，或者根据检测到的震动信号强度计算设置。
【专利说明】
_种触控开关
技术领域
[0001]本发明涉及电路的控制开关，特别是照明用的面板开关和家用电器插座。
【背景技术】
[0002]传统的家用照明中使用机械触点式开关，它的最大优点是简单，但是主要问题是不能进行定时关闭，日常生活中经常出现人走而灯常亮的情况，造成巨大的能源浪费。另一方面，随着科技的进步，一些触摸技术应用于开关中，以满足部分用户对操作感官的需求，但是这类开关的感应部件通常定义在面板的中间部分(大约I平方厘米的面积)，为方便使用者找到触摸区，这类开关通常提供led提示，晚上会有微弱光亮，给对光敏感的用户带来困扰，降低了睡眠质量。而且，这类面板在手指带水或者戴手套时无法操作，因此带来不便。
[0003]另一方面，目前的家用电器插座都不带有控制开关。
[0004]本发明的目的在于提供一种用于照明控制面板或者电器插座的具有定时断开功能的节能开关，本方明的另一目的是提供一种操作更加便捷的开关。
【发明内容】
[0005]本发明的感应器件采用震动传感器，并用微处理进行智能化信号分析并控制继电器(或者可控硅)来实现电路的通断。为此，整个触控开关至少包括:壳体，控制电源，震动传感器，微处理器，动作执行开关。本发明描述中控制电源指用于微处理器等电子元器件的低压直流电源，以区别于最终电器的工作电源(比如照明用的220v市电)；动作执行开关指实现电器工作电路通断的电子开关(包括继电器、可控硅等)，以区别本发明的触控开关整体装置。
[0006]以下以控制220v照明电源的面板开关和插座为例说明本发明的技术方案和实施方法。
[0007]将震动传感器固定在装置壳体内，则整个开关面板(或者开关盒)都是感应区，只需用手指弹，指甲点击，用手拍打或拿任何物体敲击面板的任意位置，都能触发开关动作。
[0008]市场现有的最经济的震动传感器为震动开关，震动开关分为弹簧型(一般为常开型)和滚珠型(一般为常闭型)两大类，它们能感应到物体的震动，实现开/合的转换，这类开关最常见的应用在婴幼儿的闪光鞋，小孩走动引起开关的不断的开合转换，从而闪亮LED灯珠。
[0009]在本发明中，将震动开关接入到微处理器的中断口，当震动开关受震动开/合转换时，会产生高电平和低电平的转换，即产生中断信号。微处理器可以对这种中断信号进行计数处理(分析设定时间内中断产生的次数，中断发生的时间间隔等，以判断震动的强度，甚至判断操作者动作的次数)，并根据设定的震动模式来实现输出控制。该输出的目的在于实现220V电路的闭合或者切断，而这种结果是通过微处理器控制继电器或者可控硅器件来实现的。
[0010]传统的照明开关布线为单火线控制，即开关盒内引入的两根线只是220V交流电线断开的两头，而微处理需要低压直流供电(通常为3V或者5V)。为获得直流控制电源，在220V电路上并联了整流变压模块(这类模块的设计可以借鉴市场现有的声控开关以及触摸开关，或者借鉴手机的充电器)。这种处理只能保证电路断开时的供电，如果220V电路接通，则整流变压模块的输入端电压将接近0V，因此微处理器将无法继续工作。为此，本发明提出的一个实施方法是:增加一个充电电池，在照明灯关停时，整流变压模块输入端电压为220V，这时可以给电池充电，因此保证装置控制电源任何时候都是有效的。在这种设计中，应考虑电池的容量，以保证在灯长时间点亮时(比如一整晚)整个装置的控制电源供应。实现微处理不间断供电的另一种方法是在动作执行开关边串接一个分压电阻，即在灯点亮时整流变压模块的输入端保持足够的电压(即电阻两端的分压，电阻值根据灯导通时的电流计算)，使得其输出端的电压满足微处理器等的供电电压要求。
[0011]为了节能，微处理器选择带休眠功能且可用中断唤醒的型号，因此震动开关感受到震动后首先会唤醒微处理器，然后对震动进行分析，做出相应的输出动作。同样由于微处理器的存在，它可以实现计时，计时时长可以是一个保存在微处理器内的设定值。计时值也可以修改，一种方式是增加连接到微处理器输入口的拨码器或者按钮等来设定。另一个修改断开时间的方案是根据开灯时，微处理器检测到的震动信号的强弱(如秒时间内中断总数)来确定(比如I次中断表示开关闭合2分钟)。这样，灯一旦点亮，微处理器即开始计时，计时完成则自动断开电路。
[0012]在实际应用中，常出现多个开关控制一盏灯的情况，如一个卧室灯可以同时有门口和床头两个开关。本发明只需增加一个震动开关，两个开关分别置于两个开关盒内，一个盒内为完整的系统(包括控制电源，微处理器，继电器等)，而另一个开关盒内只有一个震动开关，两个开关之间只需一根两芯线连接，而传统照明的双控开关间常需要3芯线。如果选用常开型弹簧开关，则两个弹簧开关在电路中为并联关系，如果选用常闭型滚珠开关，则两个滚珠开关为串联关系。采用这种技术，可以简单扩展多对一控制到3个以上。
[0013]本发明中，震动开关即可以安装在开关面板内，也可以用导线(2芯线)引出到装置外面，因此震动开关可以采用更加丰富的外包装(如:置于各种玩偶，装饰物中)，应用时，只需拍打这些玩偶就能完成开关操作。而且这种操作非常安全，因为只是3-5V的弱电。因此不用担心手指上沾水，戴着手套而无法操作，使用者可以用身体任何部分，或者手上拿的任何东西触碰开关完成操作(这些情况对市场现有的触摸开关来说是无法完成的任务)。本发明中，还可保留装置内的震动开关，而增加一个或多个用导线引到装置外的震动开关，以实现多点控制，类似前文提到的多个开关控制同一盏灯的效果。
[0014]对于传统的一个面板多路控制的应用，可以采用多个震动开关，每个震动开关接入独立的微处理器中断口，每路信号独立分析，并控制多个独立的继电器；震动开关其中一个可以设置在开关盒内，其他的用导线引到装置外面，因此每个可以独立感应震动，实现独立电路控制。当然，所有的震动开关都可以放置在一个整体开关装置内(如传统多路开关面板一样)，但处于不同的相互独立的面板区内(如传统多路开关面板的多个按板)。
[0015]本发明中，震动传感器也可以采用MEMS加速计。若用模拟型加速计，则可以将加速计的输出用类似震动开关的接法直接接入微处理的中断口，通过中断唤醒微处理并计数震动次数。若为数字型加速计，则加速计和微处理之间除了中断连接之外，需增加数据信号的连接。当然，这种方案若要实现多对一的控制需要更复杂的数据连线。
[0016]本发明方案用于日常电器的插座时，则更为简单。由于插座两线上本身没有负载，因此无论电器是否启动，降压模块输入端的电压始终为220V，因此不需要充电电池或者分压电阻来获得稳定的控制电源。
【附图说明】
[0017]图1带充电电池的触控开关结构图。
[0018]图2无电池的面板外触控开关结构图。
[0019]图3外置控制器的插座内触控开关结构图。
【具体实施方式】
[0020]本发明的触控开关结构包括:壳体，控制电源，震动传感器，微处理器，动作执行开关。如图1所示，所有单元在壳体20内，震动传感器为震动开关60 ;震动开关接入微处理器50的中断口 ；控制电源由220V交流经整流变压模块30获得，并存储到可充电电池40中；动作执行开关为继电器开关80，其开合由微处理控制。
[0021]开关安装后照明灯10为熄灭状态，即继电器开关80为开路。为了节能微处理器也处于休眠状态，且继电器开关选择常开口(无电时断开的接线脚)。当壳体20受震动时，震动开关引起电路的开合并输出中断，该信号立即唤醒休眠中的微处理器，微处理器开始分析震动的强度和频率，如满足设定的模式，则驱动继电器使继电器闭合，点亮电灯。点亮后，微处理可以进入节能的休眠状态。此后，再次触碰开关，微处理器分析后将发出断开继电器的指令。实际上，微处理器在操作继电器前会读取继电器的状态，然后进行取反操作。
[0022]如图1所示，在灯熄灭时，继电器开关80开路，整流变压模块30的输入端是220v交流电，这时可以实现变压获得低压直流输出，并顺利完成对电池的充电。而当灯点亮时，继电器闭合短路，整流变压模块30的输入端电压接近零，电池处于放电状态，继续给微处理器等电子器件供电。因此，由于可充电电池40的存在，使得微处理器、震动开关、继电器无论何时都处于可工作状态。变压模块和电池的选择要匹配微处理器的工作电压(通常为3V或者5V)。电池的容量也应满足照明灯长时间点亮状态的整个开关供电，按照目前市场电子元器件性能，微处理器正常工作状态的耗电量可控制在ImA左右，而继电器闭合的耗电量控制在1mA以内，按灯连续照明一个晚上12小时计算，电池容量需要132mAh。因此7号可充电锂电池(3.7V，300mAh以上)就满足要求。
[0023]由于带有微处理器，因此很容易实现计时，并完成自动断开电路，熄灭电灯。定时时长可以为一个固定值(存储在微处理器内，比如厕所灯设置为20分钟，阳台灯设置为10分钟，书房灯设置为45分钟)，也可以由用户修改。如图1所示，触控开关内微处理器还连接了一组拨码器70，它用于设置延时时间。另外，为了提高触控开关的适应性，可以运行用户设置震动响应的灵敏度，实现方式也可以采用拨码器输入。
[0024]图2显示的是一种不用电池的触控开关，控制电源单元由整流变压模块30和电阻45组成；动作执行开关改为可控娃85 ;震动开关60由一根2芯导线引到壳体20的外面。在该实施例中，可控硅截止时，整流变压模块30的输入端为220V ;在可控硅导通时，整流变压模块30的输入端电压为电阻45获得的分压。电阻值的选择应足够大，使得输出电压高于微处理器50的最低可工作电压，同时电阻应尽量小，以降低无用功耗。在家用照明中，传统的荧光灯灯具功率多为20W到10W ;新一代的LED灯具为5W到50W。若以最低5w的灯具计算，其等效电流约23mA，可选择150欧的电阻以获得3V控制电源。在本实施例中，震动开关设置在装置外，它的主要好处包括2个方面:重新选择触控开关的位置；实现多样化的外观。拨码器70用于灵敏度设置和延时设置。
[0025]图3显示的是一个用于插座的触控开关，因为无论工作电路220V是否导通，控制电源的输入端都为220V交流电，因此省去了电池和分压电阻。考虑到插座的壳体20通常安装在人手不便触及的角落，因此震动开关60通过导线引出，以方便操作，而其他单元:整流变压模块30、微处理器50、拨码器70、可控娃85均设置在面板壳体内。该实施例的一个应用场景是家居读书台灯，插座通常在桌子底下，而台灯本身往往需要架在桌面上方的高处，即台灯本身的开关也不方便操作。采用本发明的装置，就可以把控制器(震动开关60)放在桌面，操作非常方便。为进一步提高操控性能，在本实施例中，拨码器70只用于设置震动的灵敏度，而插座自动断开的时间通过震动的强度修改，即在开启插座的操作时，微处理器将利用检测到的震动信号强度计算延时时长。所以，通过操控桌面上的控制器(震动开关60)不仅是为了接通或断开插座，而且是控制插座的接通时间。
[0026]以上所述的方法和装置并不只限于220V市电的控制，由于智能家居的兴起和LED照明的普及，因此出现了低压直流的照明供电系统，无论如何，本发明明显也适用于这类控制。本发明的方法和装置也不仅限于家居控制，也适合商业和工业领域。本发明的方法和装置，只需稍作改变也可以用于控制380V交流或者更高电压。
[0027]以上仅以几个较佳实施例说明本发明的设计意图，而控制电源的选择，震动传感器类型的选择，传感器数量和安装位置的选择，微处理器及其震动信号分析方法的选择，动作执行开关的选择和数量都可以在本发明的描述中得到启发而进行变更，若这些修改在本发明权利要求所述技术范围内，则这些修改依然属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于照明控制和电器插座的可以定时断开的触控开关，它至少包括:壳体，控制电源，微处理器，震动传感器和动作执行开关，其特征在于: 控制电源为低压直流电源，用于微处理器、震动传感器和动作执行开关等电子器件的供电，它由要控制对象的工作电源经整流变压获得； 震动传感器为弹簧型震动开关、滚珠型震动开关或MEMS加速计； 震动传感器接入微处理器的中断口，用于将平时处于休眠状态的微处理器唤醒； 微处理器对采自的震动传感器的震动信号进行分析后的结果输出到动作执行开关，以实现工作电路的开合； 微处理器具有计时功能，计时完成时自行断开动作执行开关，且微处理器进入休眠状态； 动作执行开关为继电器或可控硅。2.根据权利要求1所述的触控开关，其特征在于:控制电源由并联到工作电源的整流变压模块和可充电电池构成，且壳体内的其他电子器件由电池供电。3.根据权利要求1所述的触控开关，其特征在于:控制电源由并联到工作电源的整流变压模块和串联于动作执行开关的分压电阻构成。4.根据权利要求1所述的触控开关，其特征在于:存在2个以上的震动传感器，其中至少一个通过导线延伸到壳体外面；且所有震动传感器的信号用于控制同一个动作执行开关。5.根据权利要求1所述的触控开关，其特征在于:存在2个以上的弹簧型震动开关，其中至少一个通过导线延伸到壳体外面；且所有震动开关为并联关系，连接到微处理器的同一个中断口实现对同一动作执行开关的控制。6.根据权利要求1所述的触控开关，其特征在于:存在2个以上的滚珠型震动开关，其中至少一个通过导线延伸到壳体外面；且所有震动开关为串联关系，连接到微处理器的同一个中断口实现对同一动作执行开关的控制。7.根据权利要求1所述的触控开关，其特征在于:存在2个以上的震动传感器和动作执行开关，每个震动传感器分别接入独立的微处理器中断口，作用于各自独立的动作执行开关。8.根据权利要求1-7任一项所述的触控开关，其特征在于:微处理器还连接有拨码器，用于设置震动灵敏度和定时时长。9.根据权利要求1-7任一项所述的触控开关，其特征在于:定时时长根据工作电路接通时检测到的震动强度计算得到。10.根据权利要求1-7任一项所述的触控开关，其特征在于:微处理器还连接有设置震动灵敏度的拨码器，且定时时长根据工作电路接通时检测到的震动强度计算得到。
【文档编号】H03K17/96GK105827227SQ201510000433
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年1月4日
【发明人】陈奎发
【申请人】陈奎发