CN113644904A - 一种感应开关、感应开关系统及控制方法 - Google Patents

一种感应开关、感应开关系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种感应开关、感应开关系统及控制方法，该方法包括步骤：S1、传感器监测外部手势信息，以产生待分析信号输出至处理输出单元；其中，传感器至少包括第一感应单元和第二感应单元，第一感应单元和第二感应单元监测手势信息生成待分析信号并传输至处理输出单元；S2、处理输出单元根据待分析信号判断外部手势信息的触发类型；S3、分析在第一设定时间段内的触发类型，生成待分析逻辑；S4、判断待分析逻辑是否为预设触发逻辑中的任意一种，是则输出对应的执行指令。该感应开关包括传感器和数据处理模块。该感应开关系统包括感应开关和由感应开关控制开关的电器。本发明可有效减少误报，防止勿动触发感应开关。

Description

一种感应开关、感应开关系统及控制方法
技术领域
本发明涉及开关控制领域，尤其涉及一种感应开关、感应开关系统及控制方法。
背景技术
红外感应开关是一种当有人从红外感应探测区域经过或靠近而自动启动的开关，它的主要器件为热释电传感器。人体都有恒定的体温，一般在36--37度，会发出特定波长的红外线，红外传感器用于检测人体发出的红外线，如被动式红外探头用于探测人体发射波长10μm左右的红外线，人体发射的红外线通过红外感应开关的菲涅尔镜片增强聚集到红外感应器上，红外感应器通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能触发开关动作。
红外感应开关的缺点是灵敏度低，容易误触发。现有技术中的红外感应器难以精确触发。例如，由于红外感应器对其感应范围内的红外信号都会响应，所以无法判断是否正在使用了相关设备，因而会导致在无人使用相关设备时，该设备也会被触发，造成资源浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够减少误报，防止勿动触发的感应开关、感应开关系统及控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种感应开关的控制方法，包括以下步骤：
S1、传感器监测外部手势信息，以产生待分析信号输出至处理输出单元；
其中，所述传感器至少包括第一感应单元和第二感应单元，所述第一感应单元和第二感应单元监测所述手势信息生成所述待分析信号并传输至所述处理输出单元；
S2、所述处理输出单元根据所述待分析信号判断所述外部手势信息的触发类型；
S3、分析在第一设定时间段内的所述触发类型，生成待分析逻辑；
S4、判断所述待分析逻辑是否为预设触发逻辑中的任意一种，是则输出对应的执行指令。
优选地，在所述步骤S1中，包括步骤：
S1-1：所述第一感应单元和第二感应单元监测所述手势信息生成模拟信号；
S1-2：将所述模拟信号转换为数字信号，并在一个设定时间周期内产生一个有效数字信号，以生成所述待分析信号。
优选地，所述触发类型包括第一触发类型、以及第二触发类型；
在所述步骤S2中，包括以下步骤：
S2-1：将所述待分析信号依次设定为第一数字信号D1、第二数字信号D2、第三数字信号D3……第N数字信号Dn；
S2-2：设定参数Tn＝Dn+1-Dn、第一触发阈值X、第二触发阈值-X、第一方向阈值Y、第二方向阈值-Y；
S2-3：当连续m个Tn的数值大于所述第一触发阈值X时，并且，所述m个Tn中的第一数字信号D1>第一方向阈值Y时，判断为第一触发类型；
当连续m个Tn的数值小于所述第二触发阈值-X时，并且，所述m个Tn中的第一数字信号D1<第二方向阈值-Y时，判断为第二触发类型；
其中，n>2；m>2。
优选地，在所述步骤S3中，在所述第一设定时间段内，根据所述第一触发类型和第二触发类型的出现顺序，生成所述待分析逻辑。
优选地，所述预设触发逻辑包括开启触发逻辑和关闭触发逻辑；所述执行指令包括开启指令和关闭指令；
所述开启触发逻辑为在所述第一设定时间段内，先出现第一触发类型，再出现第二触发类型；
所述关闭触发逻辑为在所述第一设定时间段内，先出现第二触发类型，再出现第一触发类型。
优选地，所述第一设定时间段为0.5-3秒。
本发明还构造了一种感应开关，包括：传感器和数据处理模块；
所述传感器用于监测外部手势信息，以产生待分析电压信号；
所述传感器至少包括第一感应单元和第二感应单元；所述第一感应单元和第二感应单元监测所述手势信息生成数字信号并传输至数据处理模块；
所述数据处理模块用于根据所述待分析电压信号判断所述外部手势信息的触发类型，并分析在第一设定时间段内的所述触发类型，生成待分析逻辑，并判断所述待分析逻辑是否为预设触发逻辑中的任意一种，是则输出对应的执行指令。
优选地，所述传感器为热释电传感器；
所述数据处理模块包括：第一信号放大器，所述第一信号放大器输入端与所述热释电传感器相连，用于放大热释电传感器采集的信号；
模数转换模块，所述模数转换模块输入端与所述第一信号放大器输出端相连，用于进行数据信号转换；
处理输出单元，所述处理输出单元输入端与所述模数转换模块输出端相连，用于完成数据采集和系统运算；
第二信号放大器，所述第二信号放大器输入端与所述数据转换控制芯片输出端相连，以及
继电器，所述继电器与所述第二信号放大器输出端相连，用于控制电路回路间的通断。
优选地，所述处理输出单元包括单片机。
本发明还构造了一种感应开关系统，包括上述感应开关和由所述感应开关控制开关的电器。
实施本发明具有以下有益效果：本发明的感应开关的控制方法可以通过传感器监测外部手势信息判断触发逻辑，从而触发感应开关，打开或关闭电器；可以减少误报，防止勿动触发感应开关。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明感应开关的控制方法的第一实施例的流程示意图；
图2是本发明感应开关的控制方法的步骤S1的示意图；
图3是本发明感应开关的控制方法的步骤S2的示意图；
图4是本发明感应开关的硬件结构示意图；
图5是本发明感应开关的操作示意图；
图6是本发明感应开关的结构示意图；
图7是本发明感应开关的控制方法的第一实施例的数据波形图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
如图1所示，本发明构造了一种感应开关的控制方法，包括以下步骤：
S1、传感器监测外部手势信息，以产生待分析信号输出至处理输出单元；
其中，传感器至少包括第一感应单元和第二感应单元，第一感应单元和第二感应单元监测手势信息生成待分析信号并传输至处理输出单元；在另一些实施例中，可包括多个感应单元，以提高感应的准确性。
S2、处理输出单元根据待分析信号判断外部手势信息的触发类型；
S3、分析在第一设定时间段内的触发类型，生成待分析逻辑；通过设置第一设定时间段，可有效避免误触发的情况。
S4、判断待分析逻辑是否为预设触发逻辑中的任意一种，是则输出对应的执行指令；若不是，则丢弃数据，不作任何操作。在一些实施例中，若判断待分析逻辑不是预设触发逻辑中的任意一种，可发出提示指令，提示手势触发失败，以便重新发起手势触发。
如图2所示，进一步地，在步骤S1中，包括步骤：
S1-1：第一感应单元和第二感应单元监测手势信息生成模拟信号；
S1-2：将模拟信号转换为数字信号，并在一个设定时间周期内产生一个有效数字信号，以生成待分析信号。
具体地，一个设定时间周期为一个时钟周期，传感器输出的模拟信号经过ADC模数转换成数字信号，且每一个时钟周期产生一个有效数字信号，以生成待分析信号传输至处理输出单元处理。
如图3所示，进一步地，触发类型包括第一触发类型、以及第二触发类型；
在步骤S2中，包括以下步骤：
S2-1：将待分析信号依次设定为第一数字信号D1、第二数字信号D2、第三数字信号D3……第N数字信号Dn；
S2-2：设定参数Tn＝Dn+1-Dn、第一触发阈值X、第二触发阈值-X、第一方向阈值Y、第二方向阈值-Y；
S2-3：当连续m个Tn的数值大于第一触发阈值X时，并且，m个Tn中的第一数字信号D1>第一方向阈值Y时，判断为第一触发类型；
当连续m个Tn的数值小于第二触发阈值-X时，并且，m个Tn中的第一数字信号D1<第二方向阈值-Y时，判断为第二触发类型；
其中，n>2；m>2。
进一步地，在步骤S3中，在第一设定时间段内，根据第一触发类型和第二触发类型的出现顺序，生成待分析逻辑。
进一步地，预设触发逻辑包括开启触发逻辑和关闭触发逻辑；执行指令包括开启指令和关闭指令；
开启触发逻辑为在第一设定时间段内，先出现第一触发类型，再出现第二触发类型；
关闭触发逻辑为在第一设定时间段内，先出现第二触发类型，再出现第一触发类型。
具体地，当判断待分析逻辑为开启触发逻辑时，则输出开启指令；当判断待分析逻辑为关闭触发逻辑时，则输出关闭指令。
进一步地，第一设定时间段为0.5-3秒。若在第一设定时间段内，判断出外部手势信息的触发类型，才生成待分析逻辑，否则判断为无效信息。可理解地，可根据实际情况对第一设定时间段进行调整。
进一步地，输出执行指令时应至少间隔2秒，以保证触发的有效性，避免因过短的时间间隔引起误触发。
本发明感应开关的工作原理：
热释电传感器的2个感应单元受来回挥手触发后，内部产生类似正弦波形式的电压信号，波形随着时间减小趋于平稳，挥手来回触发感应元产生的电压波形不同，波形为先正后负(反之先负后正)，经过模数转换接入单片机处理，数字信号同时满足先正后负或先负后正，也就是先后出现一个正方向较大振幅的波形和一个负方向较大振幅的波形或先后出现一个负方向较大振幅的波形和一个正方向较大振幅的波形，可以判断为正常触发。
如图7所示，当数字信号满足先正后负，单片机输出信号经过放大电路，输出执行指令使继电器导通。如果来回挥手方向相反，即数字信号满足先负后正，单片机算法可以另外输出，作为关闭继电器的信号。
在本实施例中，第一感应单元和第二感应单元按左右顺序并排设置，如图5所示，实际使用时，当手在感应开关上方，从左往右挥手，1秒钟内，再从右往左挥手，开关输出控制导通的信号；当手在感应开关上方，从右往左挥手，1秒钟内，再从左往右挥手，开关输出控制断开的信号。整个手势触发过程控制在事先设定的第一设定时间段内，以确保触发有效。可以理解的，第一感应单元和第二感应单元也可以按上下排列设置，此时，可以通过上下来回挥手而产生触发控制。
感应开关是通过单片机设计的数字信号PIR传感器逻辑算法，定义并生成波形信号。热释电传感器输出模拟信号，经过ADC模数转换成数字信号，单片机的每一个时钟周期产生一个有效数字信号，将此数字信号传输给单片机处理。可理解的，时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。
根据每一个时钟周期，将待分析信号依次设定为第一数字信号D1、第二数字信号D2、第三数字信号D3……第N数字信号Dn；
再设定参数Tn＝Dn+1-Dn、第一触发阈值X、第二触发阈值-X、第一方向阈值Y、第二方向阈值-Y；
即T1＝D2-D1，
T2＝D3-D2，
......
Tn＝Dn+1-Dn。
在本实施例中，当从左向右挥手时，第一感应单元先被触发，然后第二感应单元被触发，传感器产生的数字信号逐渐增大，当连续m个Tn的数值大于第一触发阈值X时，并且，m个Tn中的第一数字信号D1>第一方向阈值Y时，判断为第一触发类型，即可以通过分析待分析信号判断出使用者的手从左向右移动；
从右向左挥手时，第二感应单元先被触发，然后第一感应单元被触发，传感器产生的数字信号逐渐增大，当连续m个Tn的数值小于第二触发阈值-X时，并且，m个Tn中的第一数字信号D1<第二方向阈值-Y时，判断为第二触发类型，即可以通过分析待分析信号判断出使用者的手从右向左移动；
若在第一设定时间段内，先出现第一触发类型，再出现第二触发类型，即为开启触发逻辑，下一步输出开启指令。
若在第一设定时间段内，先出现第二触发类型，再出现第一触发类型，即为关闭触发逻辑，下一步输出关闭指令。
其中，n>2；m>2。m表示为参数T数值大于X的个数。m的取值范围为m>2；X的取值范围为0<X≤100，单位为毫伏；Y的取值范围为0<Y<50，单位为毫伏；
具体地，m的值可取2，3，4，…；X的值可取100，80，50，…；Y的值可取10，20，30，…。
当m的值越小，感应开关的灵敏度越高，容易出现误报情况；当m的值越大，感应开关的灵敏度越低，虽然不容易出现误报情况，但对芯片的精度要求较高。优选地，m的最佳取值范围为10≤m≤15，此时，感应开关既能减少误报情况而且适合多种通用芯片，对芯片精度要求不太高。
当X的值越小，感应开关的灵敏度越高，适合于对灵敏度要求高的场合，例如室内；当X的值越大，感应开关的灵敏度越低，此时一般适用于户外场合，对感应开关的灵敏度要求不高。
当Y的值越小，感应开关的灵敏度高；当Y的值越大，感应开关的灵敏度低。
m、X、Y的值可根据实际不同应用场合等进行设定和修改。
如图6所示，本发明还构造了一种感应开关，包括：传感器1和数据处理模块；
传感器1用于监测外部手势信息，以产生待分析电压信号；
传感器1至少包括第一感应单元11和第二感应单元12；第一感应单元11和第二感应单元12监测手势信息生成数字信号并传输至数据处理模块；
数据处理模块用于根据待分析电压信号判断外部手势信息的触发类型，并分析在第一设定时间段内的触发类型，生成待分析逻辑，并判断待分析逻辑是否为预设触发逻辑中的任意一种，是则输出对应的执行指令。
如图4所示，进一步地，传感器1为热释电传感器；
数据处理模块包括：第一信号放大器，第一信号放大器输入端与热释电传感器相连，用于放大热释电传感器采集的信号；
模数转换模块，模数转换模块输入端与第一信号放大器输出端相连，用于进行数据信号转换；
处理输出单元，处理输出单元输入端与模数转换模块输出端相连，用于完成数据采集和系统运算；
第二信号放大器，第二信号放大器输入端与数据转换控制芯片输出端相连，以及
继电器，继电器与第二信号放大器输出端相连，用于控制电路回路间的通断。
进一步地，处理输出单元包括单片机。可根据不同应用场合选择精度不同型号的单片机。可理解地，处理输出单元可包括处理器，该控制器包括但不限于微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算器、中央处理器、场编程门阵列、可编程逻辑设备、状态器、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或任何基于操作指令操作信号(模拟和/或数字)的设备，其可以采用市面上成熟的主控MCU等控制方案，或根据需求进行改进或是创新设计，这里不再细述。
本发明还构造了一种感应开关系统，包括上述感应开关和由感应开关控制开关的电器。感应开关与台灯进行连接，手势触发感应开关，对台灯进行控制，打开或关闭台灯。
实施本发明具有以下有益效果：本发明的感应开关的控制方法可以实现来回挥手，触发感应开关，打开电器；还可以实现反方向来回挥手，触发感应开关，关闭电器；目的是既可以减少误报，防止勿动触发感应开关，还可以接受两种状态的手势分别执行。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种感应开关的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、传感器监测外部手势信息，以产生待分析信号输出至处理输出单元；
其中，所述传感器至少包括第一感应单元和第二感应单元，所述第一感应单元和第二感应单元监测所述手势信息生成所述待分析信号并传输至所述处理输出单元；
S2、所述处理输出单元根据所述待分析信号判断所述外部手势信息的触发类型；
S3、分析在第一设定时间段内的所述触发类型，生成待分析逻辑；
S4、判断所述待分析逻辑是否为预设触发逻辑中的任意一种，是则输出对应的执行指令。
2.根据权利要求1所述的感应开关的控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，包括步骤：
S1-1：所述第一感应单元和第二感应单元监测所述手势信息生成模拟信号；
S1-2：将所述模拟信号转换为数字信号，并在一个设定时间周期内产生一个有效数字信号，以生成所述待分析信号。
3.根据权利要求2所述的感应开关的控制方法，其特征在于，所述触发类型包括第一触发类型、以及第二触发类型；
在所述步骤S2中，包括以下步骤：
S2-1：将所述待分析信号依次设定为第一数字信号D1、第二数字信号D2、第三数字信号D3……第N数字信号Dn；
S2-2：设定参数Tn＝Dn+1-Dn、第一触发阈值X、第二触发阈值-X、第一方向阈值Y、第二方向阈值-Y；
S2-3：当连续m个Tn的数值大于所述第一触发阈值X时，并且，所述m个Tn中的第一数字信号D1>第一方向阈值Y时，判断为第一触发类型；
当连续m个Tn的数值小于所述第二触发阈值-X时，并且，所述m个Tn中的第一数字信号D1<第二方向阈值-Y时，判断为第二触发类型；
其中，n>2；m>2。
4.根据权利要求3所述的感应开关的控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在所述第一设定时间段内，根据所述第一触发类型和第二触发类型的出现顺序，生成所述待分析逻辑。
5.根据权利要求4所述的感应开关的控制方法，其特征在于，所述预设触发逻辑包括开启触发逻辑和关闭触发逻辑；所述执行指令包括开启指令和关闭指令；
所述开启触发逻辑为在所述第一设定时间段内，先出现第一触发类型，再出现第二触发类型；
所述关闭触发逻辑为在所述第一设定时间段内，先出现第二触发类型，再出现第一触发类型。
6.根据权利要求1-5任一项所述的感应开关的控制方法，其特征在于，所述第一设定时间段为0.5-3秒。
7.一种感应开关，其特征在于，包括：传感器和数据处理模块；
所述传感器用于监测外部手势信息，以产生待分析电压信号；
所述传感器至少包括第一感应单元和第二感应单元；所述第一感应单元和第二感应单元监测所述手势信息生成数字信号并传输至数据处理模块；
所述数据处理模块用于根据所述待分析电压信号判断所述外部手势信息的触发类型，并分析在第一设定时间段内的所述触发类型，生成待分析逻辑，并判断所述待分析逻辑是否为预设触发逻辑中的任意一种，是则输出对应的执行指令。
8.根据权利要求7所述的感应开关，其特征在于，所述传感器为热释电传感器；
所述数据处理模块包括：第一信号放大器，所述第一信号放大器输入端与所述热释电传感器相连，用于放大热释电传感器采集的信号；
模数转换模块，所述模数转换模块输入端与所述第一信号放大器输出端相连，用于进行数据信号转换；
处理输出单元，所述处理输出单元输入端与所述模数转换模块输出端相连，用于完成数据采集和系统运算；
第二信号放大器，所述第二信号放大器输入端与所述数据转换控制芯片输出端相连，以及
继电器，所述继电器与所述第二信号放大器输出端相连，用于控制电路回路间的通断。
9.根据权利要求8所述的感应开关，其特征在于，所述处理输出单元包括单片机。
10.一种感应开关系统，其特征在于，包括权利要求7-9任一所述感应开关和由所述感应开关控制开关的电器。
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