CN101430823B

CN101430823B - 压电振子遥控器

Info

Publication number: CN101430823B
Application number: CN2008102362020A
Authority: CN
Inventors: 龙涛; 刘正东; 龙江; 程明慧; 唐明; 严松
Original assignee: Jiangsu Huitong Group Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Huitong Group Co Ltd
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: CN101430823A

Abstract

本发明公布了一种压电振子遥控器，属遥控器。本发明包括按键组、天线、微处理芯片、信号发射模块和发电装置，其中发电装置包括压电模块和存储控制电路，存储控制电路包括整流电路、能量检测电路和稳压电路。本发明通过按动键盘，将压力传送给压电振子或压电振子组，使其产生形变，同时产生高压交流电，整流电路将交流电转成为直流电，滤波电路将脉动直流电压变为平滑的直流电压，稳压电路将滤波后的直流电压控制在所需的工作电压范围内。本发明环保、节能、抗干扰能力强，结构简单。

Description

压电振子遥控器

技术领域

本发明涉及一种遥控器，尤其涉及一种压电振子遥控器。

背景技术

遥控器广泛应用于各个领域如工业控制、军事技术、儿童玩具、汽车多媒体控制等，它们的能量来源目前大都是电池。众所周知，电池里包含汞、铅、镉多种有害物质。汞具有强烈的毒性，对人体中枢神经的破坏力很大；铅能造成神经紊乱、肾炎等；镉能导致肺气肿、骨质软化、贫血，很可能使人体瘫痪。一粒纽扣电池可污染600立方米水，相当于一个人一生饮水量；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是利用压电材料受到激振力作用时，压电材料的往复变形在其极面上不断激发电荷这一特性，针对现有技术存在的缺陷提供一种不需要电池供电的压电振子遥控器。

本发明压电振子遥控器，其特征在于包括按键组、天线、微处理芯片、信号发射模块和发电装置，其中发电装置包括压电模块和存储控制电路，存储控制电路包括整流电路、能量检测电路和稳压电路；按键组的输出端分别接压电模块的输入端、微处理芯片的输入端，压电模块的输出端接整流电路的输入端，整流电路的输出端分别接能量检测电路的输入端和稳压电路的一个输入端，能量检测电路的输出端接稳压电路的另一个输入端，稳压电路的输出端依次串接微处理芯片、信号发射模块和天线。

本发明把按下按键组时的机械能转化为内部电路所需要的电能。按下按键组后，微处理器芯片得到一个编码信号，通过发射模块电路发射出去。因为无源遥控器的能量来源是人手按键时的机械能，不再是电池供电。本发明具有结构简单、体积小、无污染、成本低、可小型化等优点，它能把按下键时的机械能转化为内部电路所需要的电能。

附图说明

图1：本发明结构图；

图2：本发明层视图；

图3：存储控制电路原理图。

具体实施方式

如图1所示。一种压电振子遥控器，其特征在于包括按键组、天线、微处理芯片、信号发射模块和发电装置，其中发电装置包括压电模块和存储控制电路，存储控制电路包括整流电路、能量检测电路和稳压电路；按键组的输出端分别接压电模块的输入端、微处理芯片的输入端，压电模块的输出端接整流电路的输入端，整流电路的输出端分别接能量检测电路的输入端和稳压电路的一个输入端，能量检测电路的输出端接稳压电路的另一个输入端，稳压电路的输出端依次串接微处理芯片、信号发射模块和天线。

气电振子是压电发电装置的动力部件，直接影响到压电发电装置的工作能力。本发明中采用压电陶瓷PZT，即Pb(Zr，Ti)O3压电陶瓷，其压电效应强，稳定性好。

功耗是无源遥控器的核心问题，同时也是近几年来人们在电子电路系统的设计中普遍关注的难点与热点，特别是对于电池供电系统，降低功耗尤为重要。在本无源遥控系统中，为了能让压电振子发电驱动无源遥控器电路，降低功耗势在必行。而且，降低功耗的同时，也能降低电磁干扰。因为系统的功耗越低，电磁辐射的能量越小，对其它设备造成的干扰越小，如果所有的电子产品都设计成低功耗的，那么电磁兼容性会变得容易。

目前的集成电路工艺主要有TTL和JCMOS两大类，无论哪种工艺，电路中只要有电流通过，就会产生功耗。通常，集成电路的功耗分为静态功耗和动态功耗两部分。当电路的状态没有进行翻转(保持高电平或低电平)时，电路的功耗属于静态功框，其大小等于电路的电压与电流的乘积，动态功耗是指对器件内的电路翻转时所前产生的功耗，由于电路翻转才存在跳变沿，在电路的翻转瞬间，电流比较大，存在较大的动态功耗。动态功耗＝电容×电压平方×频率。由于目前大多数电路采用CMOS工艺，静态功耗较小，起主要作用的是动态功耗。降低功耗，可以从硬件和软件两方而入手。

旁路滤波电容选择漏电流小的电容，在可靠性允许的情况下，尽量加大上拉电阻的阻值，一般可以选在10-20KΩ之间，对于数字电路，一般都选HCMOS部件。稳压管的选择应该使用目前较新的微电流稳压器件。

尽量减少CPU的全速运行时间以降低系统的功耗，使CPU较快地处于空闲方式或省电方式是软件设置降低系统功耗的关键。在开机时靠中断唤醒CPU，让它尽快在短时间内完成对信息或数据的处理，然后就进入空闲掉电方式，在关机状态下让它完全进入掉电万式，用定时中断、外部中断或系统复位将它唤醒。这种设计软件的方法是所谓的事件驱动的程序设计方法。

数字信号处理中的运算，采用如FFT和快速卷积等，可以大量节省运算时间，从而减少功耗，在精度允许的情况下，使用简单函数代替复杂函数作近似，也是减少功耗的一种方法。

在多机通信中，尽量提高传送的波特率。提高通信速率，意昧着通信时间缩短，一旦通信完成，通信电路进入低功耗状态，并且发送、接收均应采用外部中断处理方式，而不采用查询方式。

延时程序的设计有两种方法：软件延时和硬件定时器延时，为了降低功耗，尽量使用硬件定时器延时，一方提高程序的效率，另一方而降低功耗。原因如下：大多数嵌入式处理器在进入待机模式时，CPU停止工作，定时器可正常工作，定时器的功耗可以很低，处理器调用延时程序时，进入待机方式，定时器开始工作，时间到则唤醒CPU。这样一方CPU停止工作降低了功耗，另一方面提高了CPU的运行效率。

单片机(微处理芯片)的出现改变了传统的电路设计方法，过去所采用的模拟电路、脉冲电路、组合逻辑实现的电路系统，现在相当一部分可以采用单片机来替代.而且，单片机集成度大，功能强大，功耗也很低。所以，本无源遥控器摒弃了传统的电子电路设计方法，用单片机来代替。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。结合本遥控系统低功耗的要求，选择了业界以低功耗著称的MSP430系列单片机。它是美国Tl公司的一种16位超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。它针对实际应用要求，把许多模拟电路，数字电路和微处理端集成到一个芯片上.MSP430系列单片机采用1.8-3.6V低电压供电，结合了TI的同性能模拟技术。MSP430系列单片机的具有的丰富片内外设，在目前所有单片机系列产品中是非常突出的，为系统的单片解决方案提供了极大的方便。

本无源遥控器可以是红外遥控方式，也可以是无线或超声波遥控器。只需要选择相应的信号发射模块将信号发射出去，不再需要编码电路，调制电路和驱动电路。这样无源遥控器，则只有指令按键，MSP430单片机电路和信号发射模块。为了保证无源遥控器可靠工作，所指令按键直接与MSP430单片机I/O直接相接，不采用传统的键盘扫描矩阵电路接法。

如图3所示，所述能量检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、第三二极管D3、第三功率管Q3、第四功率管Q4，其中第一电阻R1的一端接整流电路的输出端，第一电阻R1的另一端分别接第二电阻R2的一端、第三功率管Q3的源极，第二电阻R2的另一端分别接第三功率管Q3的栅极、第三二极管D3的阴极、第四功率管Q4的漏极，第三二极管D3的阳极接地，第四功率管Q4的栅极分别接第三功率管Q3的漏极、第四电阻R4的一端，第四功率管Q4的源极分别接第四电阻R4的另一端、稳压电路的输入端。

所述稳压电路包括4个电容即第二电容C2至第四电容C5、第二功率管Q2、第五功率管Q5、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二二极管D2、第四二极管D4和第五二极管D5，其中第三电阻R3的一端分别接整流电路的输出端、第二功率管Q2的漏极，第三电阻R3的另一端分别接第二功率管Q2的栅极、能量检测电路的输出端、第五电阻R5的一端、第五功率管Q5的漏极，第五电阻R5另一端分别接第二电容C2的一端、第六电阻R6的一端，第二电容C2的另一端分别接第二功率管Q2的源极、第二二极管D2的阴极、第三电容C3的一端，第六电阻R6的另一端接第五功率管Q5的栅极，第五功率管Q5的栅源极分别接第三电容C3的另一端、第五二极管D5的阴极、第四二极管D4的阴极、第七电阻R7的一端、第四电容C4的一端，第四二极管D4的阳极分别接第七电阻R7的另一端、第五电容C5的一端、微处理芯片的输入端，第五电容C5的另一端分别与第四电容C4的另一端、第五二极管D5的阳极、第二二极管D2的阳极连接接地。

由于压电发电装置产生的电能量有限，无法满足大部分电子器件的供电要求，因此通过设计存储控制电路很好地解决了这个难题。很好的解决了能量的利用问题。与直接利用电容存储电能的传统方法相比，本设计的存储与控制电路具有电压输出持续时间长、电压值稳定等特点。存储与控制电路由整流电路、能量检测电路和稳压电路三部分组成，其工作原理为：整流存储电路将压电发电装置产生的信号进行全波整流并存储到第一电容C1里，能量检测电路始终检测第一电容C1两端的电压是否达到预设要求。当第一电容C1两端电压达到整流器D1门限电压时，稳压电路开始工作；当电压值达到第三二极管D3门限值时，从输出端输出稳定的电压为外部设备供电，同时第一电容C1迅速放电；当其两端电压值低于能量检测电路的门限值时，稳压电路停止工作，一个循环周期结束，等待第一电容C1再一次充电，进行下一个工作循环，这样可以使压电振子多次工作的电量存储在一起，一次性的供无源遥控器微处理器工作。

通过按动键盘，将压力传给压电振子或压电振子组产生形变，产生高压交流电，整流电路将交流电转为直流，滤波电路将脉动直流电压变为平滑的直流电，稳压电路将滤波后的直流电压控制在微处理器芯片与发射电路所需的工作电压范围内，如1.8V-3.3V。针对这种无源遥控器的低功耗的需求，键盘中每个键通过直接相接方式与微处理器芯片的I/O口进行连接，不采用传统的键盘矩阵，发射模块和微处理器芯片连接，如有天线与发射模块连接，选取适当的微处理器芯片替代编码电路、调制电路、驱动电路，使遥控器电路硬件简化，从而使压电振子发电装置产生的电量能使遥控器工作，从而达到用压电振子发电装置取代电池的目的。

如图2所示，遥控器压电陶瓷材料发电部分和按键结合结构设计要点，在采用相同的压陶瓷电材料的情况下，加大压电陶瓷材料的面积，加大压电陶瓷材料的机械形变，能增加电能的输出，以满足遥控器所需的电能。因此，遥控器压电陶瓷材料发电部分和按键结合结构，是一个很关键的技术。压电陶瓷材料的大小和整个遥控器按键面板一致，压电陶瓷材料与按键面板之间有一层绝缘层，保证两层的电气分离，按键安装在压电陶瓷材料绝缘层的上方。在某个键被按下的同时，力量传导到压电陶瓷材料，产生大的形变，发出足够的能量启动微处理器，微处理器检测键值，发出对应控制信号码。为保证压电陶瓷材料形变时向下弯曲有足够的空间，压电陶瓷材料的下方应该留有2MM以上的空间，再下方才是主电路板。压电陶瓷材料通过柔性线和主电路板进行连接。

Claims

1.一种压电振子遥控器，其特征在于包括按键组、天线、微处理芯片、信号发射模块和发电装置，其中发电装置包括压电模块和存储控制电路，存储控制电路包括整流电路、能量检测电路和稳压电路；按键组的输出端分别接压电模块的输入端、微处理芯片的输入端，压电模块的输出端接整流电路的输入端，整流电路的输出端分别接能量检测电路的输入端和稳压电路的一个输入端，能量检测电路的输出端接稳压电路的另一个输入端，稳压电路的输出端依次串接微处理芯片、信号发射模块和天线；所述能量检测电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第四电阻(R4)、第三二极管(D3)、第三功率管(Q3)、第四功率管(Q4)，其中第一电阻(R1)的一端接整流电路的输出端，第一电阻(R1)的另一端分别接第二电阻(R2)的一端、第三功率管(Q3)的源极，第二电阻(R2)的另一端分别接第三功率管(Q3)的栅极、第三二极管(D3)的阴极、第四功率管(Q4)的漏极，第三二极管(D3)的阳极接地，第四功率管(Q4)的栅极分别接第三功率管(Q3)的漏极、第四电阻(R4)的一端，第四功率管(Q4)的源极分别接第四电阻(R4)的另一端、稳压电路的输入端；所述稳压电路包括4个电容即第二电容(C2)至第四电容(C5)、第二功率管(Q2)、第五功率管(Q5)、第三电阻(R3)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第二二极管(D2)、第四二极管(D4)和第五二极管(D5)，其中第三电阻(R3)的一端分别接整流电路的输出端、第二功率管(Q2)的漏极，第三电阻(R3)的另一端分别接第二功率管(Q2)的栅极、能量检测电路的输出端、第五电阻(R5)的一端、第五功率管(Q5)的漏极，第五电阻(R5)另一端分别接第二电容(C2)的一端、第六电阻(R6)的一端，第二电容(C2)的另一端分别接第二功率管(Q2)的源极、第二二极管(D2)的阴极、第三电容(C3)的一端，第六电阻(R6)的另一端接第五功率管(Q5)的栅极，第五功率管(Q5)的栅源极分别接第三电容(C3)的另一端、第五二极管(D5)的阴极、第四二极管(D4)的阴极、第七电阻(R7)的一端、第四电容(C4)的一端，第四二极管(D4)的阳极分别接第七电阻(R7)的另一端、第五电容(C5)的一端、微处理芯片的输入端，第五电容(C5)的另一端分别与第四电容(C4)的另一端、第五二极管(D5)的阳极、第二二极管(D2)的阳极连接接地。