CN105905122B - 集成光电式警惕开关的司机控制器手柄 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，包括司机控制器手柄及警惕开关，警惕开关包括红外线式接近传感器电路，红外线式接近传感器电路包括红外线发射二极管、红外光电三极管、信号处理电路及供电电源，供电电源为红外线发射二极管、红外光电三极管及信号处理电路供电，红外线发射二极管用于发出波长单模不可见红外线光，红外光电三极管用于接收红外线光，红外线发射二极管发出的红外线光经司机手掌的反射进入红外光电三极管内，信号处理电路根据红外光电三极管接收的红外光信号产生高低两种电平，以体现警惕操作变化输出。本发明相比其它的电容、电阻式警惕操作检测方式，有较高的可靠性。

Description

集成光电式警惕开关的司机控制器手柄

技术领域

本发明属于轨道交通机车车辆工业领域，涉及一种司机控制器手柄。

背景技术

司机控制器和机车警惕装置是两种不同功能的电器设备。司机控制器是司机用来操纵机车运行的主令控制器，能控制机车的运行工况和行车速度。机车警惕装置是为了防止司机在列车行驶时出现打瞌睡、离岗行为，以及司机发生紧急病伤等意外情况丧失对机车的控制能力时，使机车具有自动停车的安全控制系统。

目前司机控制器类产品中常用的是机械自恢复按钮式的机车警惕装置，比如中国专利申请号201020173010.2、201120292157.8、201320070412.3、201420444798.4所涉及的机车警惕装置。机车警惕按钮在长期频繁按压使用情况下，存在按钮老化和动作机构卡滞等现象，同时也增加了司机的操纵步骤，加重了司机的操纵负担。

中国专利申请号201420223739.4所涉及的一种触摸式机车警惕装置，虽然避免了使用机械开关来实现机车车辆警惕功能，但是系统复杂、并且由于引入了对电容和电阻的动态测量，易受外界的电场和磁场变化的干扰。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种适用于司机控制器类产品的光电式警惕开关的机车警惕装置，该装置在司机操作司机控制器时即可以可靠地实现机车警惕装置的使用要求，简化了司机的操作步骤。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明所提供的集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，包括司机控制器手柄及警惕开关，其特殊之处在于：

所述警惕开关包括红外线式接近传感器电路，所述司机控制器手柄的头部设置有凹槽，所述红外线式接近传感器电路设置在凹槽内；

所述红外线式接近传感器电路包括红外线发射二极管4、红外光电三极管5、信号处理电路及供电电源，所述供电电源为红外线发射二极管4、红外光电三极管5及信号处理电路供电，所述红外线发射二极管4用于发出波长单模不可见红外线光，所述红外光电三极管用于接收红外线光，所述红外线发射二极管4发出的红外线光经司机手掌的反射进入红外光电三极管5内，所述信号处理电路根据红外光电三极管接收的红外光信号产生高低两种电平，以体现警惕操作变化输出。

以上为本发明的基本结构，基于该基本结构，本发明还做出以下优化限定：

为避免可见光等其它外界光线的干扰，上述单模不可见红外线光的波长约为950nm。

进一步的，正对红外线式接近传感器电路设置有可见光滤波片，所述可见光滤波片阻隔可见光波段的光线进入手柄凹槽，而使950nm±55nm波长的红外线光低衰减通过。

进一步的，上述信号处理电路包括运算放大器U1、电阻R4、电阻R6、电位器R3、电阻R7、电阻R2及电阻R6，

所述运算放大器U1为工作于电压比较器的运算放大器；所述电阻R6从运算放大器U1的输出端引入正反馈，构成窗口迟滞比较器；

所述运算放大器U1的负向输入端通过电阻R4与电位器R3连接，所述电位器R3用于运算放大器U1比较阈值的设定，通过调节电位器R3调节信号处理电路的检测距离；

所述运算放大器U1的正向输入端通过电阻R5与红外光电三极管5的发射极连接，所述红外光电三极管5的发射极还通过电阻R7接地；

所述运算放大器U1的输出端输出警惕操作信号，所述运算放大器U1的输出端还通过电阻R2与运算放大器U1的电源端连接，以对红外线发射二极管起限制电流作用；所述运算放大器U1的输出端还通过电阻R6与运算放大器U1的正向输入端连接输出负反馈。

再进一步的，上述供电电源由轨道交通机车车辆的仪表照明电源中引出。

再进一步的，本发明的供电电源还包括稳压二极管D2，所述稳压二极管D2设置在供电电源的正端与负端之间。

再进一步的，上述红外线式接近传感器电路还包括在红外线发射二极管(4)和红外光电三极管(5)之间阻隔红外光线通过的隔光块(8)，

所述凹槽的内表面还设置有黑色喷塑涂覆。

再进一步的，为提高系统工作的可靠性，本发明红外线式接近传感器电路印制在PCB板上。

再进一步的，为便于零件加工和器件布局，上述凹槽的形状为矩形，所述PCB板及可见光滤波片的大小与凹槽大小相配合，所述PCB板及可见光滤波片的形状与凹槽的形状相同。

再进一步的，为了连接的简单、可靠，本发明的PCB板与手柄通过螺钉连接，所述可见光滤波片镶嵌在凹槽的顶部。

本发明与现有技术相比，优点是：

1、本发明的司机控制器手柄集成了警惕开关，并引入了光电检测手段，相比其它的电容、电阻式警惕操作检测方式，有较高的可靠性。

2、有触点开关，在长时间使用后，受环境空气等影响，触头金属材料表面会形成一层氧化膜或微粒沉积膜，该氧化会严重影响开关接通低电压(<10V)、小电流(<10mA)信号的可靠性，这种情况在开关触点表面镀金后能有所改善，但不能完全避免，而采用光电式无触点开关后的警惕开关，能完全保证低电压、小电情况下的可靠接通。

3、相比有触点开关式的警惕按钮，减小了司控手动操作的劳动强度——即在司机正常操作司机控制器过程中“不知不觉”就完成了警惕开关的按压。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2-1为带有隔光块的红外线式接近传感器电路板的立体视图；

图2-2为带有隔光块的红外线式接近传感器电路板的平面视图；

图3为本发明的司机控制器手柄内嵌的电路板组件的电路图。

具体实施方式

本发明集成光电式警惕开关的司机控制器手柄包括司机控制器手柄以及安装在司机控制器手柄底部的空心手柄连杆；司机控制器手柄的顶面有可见光滤波片；手柄头部中空，内嵌有红外线式接近传感器电路；红外线式接近传感器电路和机车警惕装置电路相连。

以下结合附图及实施示例对本发明加以详细说明。

如图1所示：在司机控制器手柄顶端嵌有半透明的滤光片1，滤光片的作用是滤除可见光对手柄内嵌电路板组件3上的红外线光电接收三极管5的影响。在滤光片的下方通过2个螺钉2安装有电路板组件3。电路板组件3上有红外线发射二极管4和红外线接收三极管4及信号处理电路。

红外线式接近传感器电路的原理图见图3。红外线式接近传感器电路的工作电源可取自轨道交通机车车辆司机控制器仪表照明的DC24V电源，这在实际应用中是容易做到的。24V电源经过电阻R1限流后驱动红外线发射二极管发出波长约为950nm的单模不可见红外线光。该红外线可透过手柄顶端的滤波片1，在司机没有操作手柄时，没有红外光线反射回手柄。在司机的手接近操作手柄(≤1mm)时，红光线由红外线发射二极管4发出后，遇到司机手掌，反射回红外光电三极管5。

信号处理电路包括运算放大器U1、电阻R4、电阻R6、电位器R3、电阻R7、电阻R2及电阻R6，U1为工作于电压比较器的运算放大器，电阻R6从U1的输出端引入正反馈，构成窗口迟滞比较器。

由于受反射物体检测距离的远近，不同人的手皮肤表面差异，以及是否戴手套等情况不同，反射回来的红光线的多少是不同的，因此需要对电压比较和判断的阈值进行调节和设定，达到最佳的检测效果。如果大于1mm，那么就是人手还没有接触到手柄，警惕开关的状态就发生了改变，这是不对的。一般情况下，距离小于1mm，才可以认为人手已经可靠接触在了手柄上。为此，本发明的运算放大器U1的负向输入端通过电阻R4与电位器R3连接，电位器R3用于运算放大器比较阈值的设定，通过调节电位器R3调节信号处理电路的检测距离。

运算放大器U1的正向输入端通过电阻R5与红外光电三极管5的发射极连接，红外光电三极管5的发射极还通过电阻R7接地；当有红外线反射回来时，R7上的电压会增大，经过电路比较器U1输出高低两种电平，以体现警惕操作变化输出。机车车辆在检测到警惕变化输出后，根据警惕操作的安全规则进行时限判定和处理，比如在一定时间内警惕操作无变化，即驱动司机室的喇叭和指示灯等对司机发出告警信息，如再过一定时间警惕操作仍无变化，则启动紧急安全停车机构。

为了提高本发明红外线式接近传感器电路工作的可靠性，本发明红外线式接近传感器电路的全部元器件都布局在手柄凹槽内，通过回路内部引入干扰的可能较小，与此形成对比的是DC24V电源线从轨道交通机车车辆的仪表照明电源中引来，布线长度较大，易窜入过电压干扰，因此电源正负间设置了稳压二极管D2，以防止过电压干扰造成器件U1和D1及Q1烧损。

另外，如图2所示，为避免红外光线经过手柄内腔内的途径通过，在红外线发射二极管4和红外光电三极管5之间有阻隔红外线通过的隔光块8，同时凹槽内腔表面做了反光率极低的黑色喷塑涂覆。

Claims (10)

1.集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，包括司机控制器手柄及警惕开关，其特征在于：

所述警惕开关包括红外线式接近传感器电路，所述司机控制器手柄的头部设置有凹槽，所述红外线式接近传感器电路设置在凹槽内；

所述红外线式接近传感器电路包括红外线发射二极管(4)、红外光电三极管(5)、信号处理电路及供电电源，所述供电电源为红外线发射二极管(4)、红外光电三极管(5)及信号处理电路供电，所述红外线发射二极管(4)用于发出波长单模不可见红外线光，所述红外光电三极管用于接收红外线光，所述红外线发射二极管(4)发出的红外线光经司机手掌的反射进入红外光电三极管(5)内，所述信号处理电路根据红外光电三极管接收的红外光信号产生高低两种电平，以体现警惕操作变化输出。

2.根据权利要求1所述的集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，其特征在于：

所述单模不可见红外线光的波长为950nm±55nm。

3.根据权利要求2所述的集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，其特征在于：

正对红外线式接近传感器电路设置有可见光滤波片，所述可见光滤波片阻隔可见光波段的光线进入手柄凹槽，而使950nm±55nm波长的红外线光低衰减通过。

4.根据权利要求1或2或3所述的集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，其特征在于：

所述信号处理电路包括运算放大器U1、电阻R4、电阻R6、电位器R3、电阻R7、电阻R2及电阻R6，

所述运算放大器U1为工作于电压比较器的运算放大器；所述电阻R6从运算放大器U1的输出端引入正反馈，构成窗口迟滞比较器；

所述运算放大器U1的负向输入端通过电阻R4与电位器R3连接，所述电位器R3用于运算放大器U1比较阈值的设定，通过调节电位器R3调节信号处理电路的检测距离；

所述运算放大器U1的正向输入端通过电阻R5与红外光电三极管(5)的发射极连接，所述红外光电三极管(5)的发射极还通过电阻R7接地；

所述运算放大器U1的输出端输出警惕操作信号，所述运算放大器U1的输出端还通过电阻R2与运算放大器U1的电源端连接，以对红外线发射二极管起限制电流作用；所述运算放大器U1的输出端还通过电阻R6与运算放大器U1的正向输入端连接输出负反馈。

5.根据权利要求4所述的集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，其特征在于：所述供电电源由轨道交通机车车辆的仪表照明电源中引出。

6.根据权利要求4所述的集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，其特征在于：

所述供电电源还包括稳压二极管D2，所述稳压二极管D2设置在供电电源的正端与负端之间。

7.根据权利要求1或2或3所述的集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，其特征在于：

所述红外线式接近传感器电路还包括在红外线发射二极管(4)和红外光电三极管(5)之间阻隔红外光线通过的隔光块(8)，

所述凹槽的内表面还设置有黑色喷塑涂覆。

8.根据权利要求3所述的集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，其特征在于：

所述红外线式接近传感器电路印制在PCB板上。

9.根据权利要求8所述的集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，其特征在于：

所述凹槽的形状为矩形，所述PCB板及可见光滤波片的大小与凹槽大小相配合，所述PCB板及可见光滤波片的形状与凹槽的形状相同。

10.根据权利要求9所述的集成光电式警惕开关的司机控制器手柄，其特征在于：

所述PCB板与手柄通过螺钉连接，所述可见光滤波片镶嵌在凹槽的顶部。