CN1126418A - 二线制宽相角红外遥控触摸多功能调光开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二线制宽相角红外遥控、触摸多功能调光开关。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，主控回路中串接了一自身明态供电单元，实现了二线制宽相角调光和自身平稳供电及红外遥控、指触感应控制和无极性接法。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。

Description

二线制宽相角红外遥控，触摸多功能调光开关

本发明属于一种二线制多功能调光开关。

目前，以各种灯控专用集成电路为核心组成的调光开关最具代表性。如LS723X系列、SM7232为触摸无级调光开关(见图3)，M668为分档调光开关(见图4)，已有的二线制调光开关存在如下缺点；

灯控开关自身的直流供电都采用电阻串联降压方式。在这种方式中，灯的亮度越高，可控硅导通角越大，供电充电时间就越短，供电充电电流越小，可控硅全周期导通，将造成供电枯竭。即所谓明态供电不足。因而，必须留出一段可控硅关断期为自身供电，一方面限制了可控硅的最大导通角，即调光范围受到限制。另一方面，供电电流也小，且串联供电电阻的阻值必须按可控硅最小关断期取值，显然这个阻值比全周期供电的取值要小许多，电阻小静态功耗就大。同时，自身供电不足限制了遥控接收单元的采用。

本发明的目的，是提供一种采用新的供电技术的二线制红外遥控、触摸多功能调光开关。

本发明的主控回路是单硅全桥方案的变形。在常见二极管桥、单向可控硅为主控回路的方案中串入一明态自身供电电路单元。

本发明的要点，是上述的明态自身供电电路为主控器控制的小导角开关稳压源电路。小导角开关稳压源电路，是串联在主控回路中单向可控硅与公共地之间的一个明态直流供电单元电路。该单元电路能够受控饱和导通或稳压导通，在稳压导通时为自身贮能滤波电路充电。所述小导角指交流电半周期的一个明态供电的小期间，这个小期间包含在单向可控硅的导通角内，一般安排在交流电半周期的末期较为合适。

小导角开关稳压源是针对串接电阻在白炽灯明态供电不足而设计的配合暗态串联供电电阻合成供电的明态直流供电电路。在交流电半周期，主控元件可控硅可存在关断期和导通期，在导通期内存在小导角期。当单向可控硅处于关断期，主控器发出控制信号，令小导角开关稳压源处于稳压导通状态(因无主控电流，实际小导角开关稳压源截止)，单向可控硅阴极悬浮，可防止误触发。当触发可控硅时，主控器在发出触发脉冲的同时，发出信号令小导角开关稳压源饱和导通，连接单向可控硅阴极至地提供触发条件，为主控回路提供通路。而后在小导角期主控器发出信号令小导角开关稳压源稳压导通，使主控电流向贮能滤波电路短时浪涌充电补充电能。如果小导角期安排在交流电半周期的末期，则稳压状态一直持续到单向可控硅零流自动关断。

改变小导角期的大小，可以改变明态供电电流。改变暗态串联供电电阻的大小，可以改变暗态供电电流。二者互补供电，从而具有以下特点；

1.串联供电电阻在单向可控硅关断时供电，小导角开关稳压源在单向可控硅接通时供电，二者明暗态互补供电，各展所长，可使全周期直流供电平稳稳定，供电能力增强，从而可以增加如遥控接收解调等电路单元以增强调光开关的功能和性能。

2.由于小导角明态供电是可控硅导通时的供电方式，因而可以取消对可控硅导通角的限制，实现全周期调光。

3.小导角期明态供电是主控电流，只一小部分电能用作供电，大部分用作白炽灯灯丝发光，没有电能浪费。

4.小导角稳压源小导角期稳压导通的时间不及交流半周期的十分之一，且瞬时电流也小，使得小导角稳压源功耗很小。

下面，结合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。下面结合附图进行说明。

实施例包括主控器、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的11脚可控硅控制输出端，P1的12脚小导角开关控制电压输出端。

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，P1的10脚回零脉冲取样输入端，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.控制小导角开关稳压源。

3.触摸信号检测。

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。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。主控回路中的元件最大允许电流要相互一致，相对白炽灯负载留出足够裕量。

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，总之G1、G2的复合放大倍数要满足G1实现主控电流饱和导通的要求。)及稳压管JW1、二极管D1和电阻R14。G1和G2的集电极与SCR的阴极连接，G1的发射极接地，G2的发射极与G1的基极连接，G2的基极连接JW1的正极和R14，通过R14与P1的12脚连接，JW1的另一端接G1的集电极。D1的正极与G1的集电极连接，D1的负极接贮能滤波输入节点A1。

暗态供电电路由R15组成，一端接可控硅SCR阳极，另一端接节点A1。

贮能滤波电路由稳压管JW2，电解电容C5、C6、电容C4、电阻R10及电阻R16组成。节点A1是贮能滤波电路的输入端，连接有二极管D1的负极、电解电容C6的正极、电阻R10、电阻R15。C6的负极接地。R10的另一端接直流电源正极A6。A6还接有电解电容C5的正极、电容C4的一端、稳压管JW2的负极。C6、C5和JW2的另一端接地。电阻R16一端接A6，另一端接地。R16在交流电掉电时可快速放电，对于主控器重新启动十分有利。

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。触摸输入电路设置了三个触摸输入端组，分别由触摸极板CM1、CM2、CM3，电容C10、C11、C12，电阻R11、R12、R13组成。

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，所以可控硅的导通角稳定，带来白炽灯亮度的高度稳定。

红外遥控接收解调单元电路由红外接收专用集成电路C×20106A、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。

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)，触摸信号检测段(2～4度)，调相调光段(4～161度)，小导角直流供电段(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，各单元电路设置在电路板1上，电路板1固定在壳体2内，在壳体2的表面设置有红外线透过窗口4和指触感应凹坑3。

调光开关在接入电网时自身带电，调试时应注意防止触电。

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单元触摸信号延时。(保持可控硅在关闭状态)。

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以下则小导角开关稳压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。在以后的单元将复位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，触摸信号检测。

触摸信号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。

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。回零脉冲的适当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。

主控器在每个定时单元都对其6脚采样一次，通过对采样数据的分析，核对为正常的遥控码，即按其码进行相应的处理。

Claims (1)

1. 二线制宽相角红外遥控、触摸多功能调光开关，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：

   明态自身供电电路为串联在单硅全桥主控回路中的受主控器控制可稳压导通或饱和导通的；在交流电半周期的小导角期为自身明态供电的小导角开关稳压源，小导角开关稳压源电路，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，G1和G2的集电极与主控回路中可控硅SCR的阴极连接，G1的发射极接地，G2的发射极与G1的基极连接，G2的基极连接JW1的正极和R14，通过R14与主控器P1的小导角控制输出端12脚连接，JW1的另一端接G1的集电极，D1的正极与G1的集电极连接，D1的负极接贮能滤波电路输入接点A1。

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