CN201210671Y - 超微功耗红外感应开关 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种微功耗值守开关技术，尤其是涉及一种用于电池供电的电控门锁的微功耗值守开关技术。本实用新型一种超微功耗红外感应开关，其特征在于，设有占空比为1/500以下的脉冲发生器形成小于2毫秒红外光产生的控制脉冲信号，其后连接设有脉冲输出驱动电路，驱动电路连接有红外光发射管，红外光发射管通过红外光与红外光接收管相耦合控制，红外光接收管控制单稳态延时器，单稳态延时器的输出连接有输出驱动电路。本实用新型使得用户设备的值守功耗得以大幅度下降，有效地延长了电池供电设备的值守期限。特别适用于电池供电设备，因而可以广泛应用于有低耗电量要求的家用场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微功耗值守开关技术，尤其是涉及一种用于电池供电的电器微功耗值守开关技术，特别适用于电子锁具领域。
背景技术
微功耗值守开关技术一直是家电行业的热门话题。为了方便使用，很多家用设备的电源是24小时常开的，以等待用户的随时开启，这就会消耗一部分电能。对于用220V供电的设备会造成能源浪费，而在用电池供电的设备中则会很快耗尽电池，这是用户所不希望的。
指纹锁，IC卡锁，无线感应卡锁，红外遥控锁等现代电控门锁，有很大一部分是用电池供电的。这就涉及到一个无人开门时的值守功耗问题。
用一个机械接触式的开关来开关供电电源，是可以解决这个问题的，但作为一种高档次的产品，机械开关使用不方便，可靠性也较差。例如指纹锁，本来一伸手指就能开门的，现在要先按开关接通电源，再用指纹开门，开门后还要记得关闭电源。设计者往往是不大愿意采用的，取而代之的是一些非接触式的感应开关。例如用热释电红外传感器的感应开关，电容式的感应开关等等，但这些设计都只能做到毫安级的值守功耗。包括一些国外进口电控锁，例如韩国的一些指纹锁，IC卡锁，实测平均电流在1.6毫安以上。以普通碱性5号电池容量2000mAh来计算，这类毫安级装置只能支撑2～3个月，就需更换电池了。
发明内容
有鉴于此，如何能提供一种结构简单，自身功耗低，工作可靠的微功耗值守开关技术成为迫在眉睫的问题。
本实用新型的设计人凭借多年从事各类电子技术和锁具的研究、开发与生产经验，经反复研究论证后，终得出本发明中的一种用于电控门锁的超微功耗红外感应开关制品。
本实用新型一种超微功耗红外感应开关，其特征在于，设有占空比为1/500以下的脉冲发生器形成小于2毫秒红外光产生的控制脉冲信号，其后连接设有脉冲输出驱动电路，驱动电路连接有红外光发射管，红外光发射管通过红外光与红外光接收管相耦合控制，红外光接收管控制单稳态延时器，单稳态延时器的输出连接有输出驱动电路。
本实用新型进一步特征在于：所述的脉冲发生器的占空比为1/2000以下，脉冲发生器形成的红外光产生的控制脉冲信号小于200微秒，所述脉冲驱动电路设有一开关放大管T4。
所述脉冲发生器构成包括一D触发器U2A，其触发D端接地，输出Q端接有形成宽脉冲积分回路时间常数T2电阻R2、电容C2，输出
端接有形成窄脉冲积分回路时间常数T1电阻R8、电容C1，其中T2与T1之比大于500。
所述脉冲发生器构成包括一D触发器U2A，其触发D端接地，输出Q端接有形成宽脉冲积分回路时间常数T2电阻R2、电容C2，输出端接有形成窄脉冲积分回路时间常数T1电阻R8、电容C1，其中T2与T1之比大于2000。
所述脉冲发生器构成包括一D触发器U2A，其触发D端接地，输出Q端接有形成宽脉冲积分回路时间常数T2电阻R2、电容C2串联接地，电阻R2并接一连接于D触发器U2A的Q端和R端的二极管D1，输出端接有形成窄脉冲积分回路时间常数T1电阻R8、电容C1串联接地，电阻R8并接一连接于D触发器U2A的Q端和S端的二极管D2，直流电源联接到D触发器U2A的UCC端和CP端。
所述脉冲发生器构成包括一D触发器U2A，其输出端端接脉冲输出驱动电路，脉冲输出驱动电路包括：输入通过一限流电阻接到的三极管T1的基极，三极管T1的输出端一路通过一电阻或经一发光二极管LED1和电阻R1串联连接电源，另一路通过一电阻R2连接到开关放大管，开关放大管为三极管T4。
所述脉冲输出驱动电路的三极管T4输出连接到红外光发射管LED2，红外光发射管LED2经电阻R9接地。
所述红外光发射管LED2通过红外光与红外光接收管T6相耦合，红外光接收管T6通过电阻R11连接到电源，红外光接收管T6和电阻R11的连接端接单稳态延时器的D触发器U2B的CP端。
所述D触发器U2A、U2B由一片CMOS双D触发器构成，所述电源是微功耗稳压器U1构成的。
所述单稳态延时器构成包括一D触发器U2B，其触发端D接电源，另一触发端S接地，输出Q一路通过积分回路电阻R10、电容C3串联接地，积分回路电阻R10、电容C3串联中点接D触发器U2B的R端；输出Q的另一路通过电阻R13、电容C4串联的中点连接输出驱动电路的三极管T3和三极管的T5级联放大开关电路输出。
本实用新型提供了一种微安级值守功耗的红外感应开关。
本实用新型由脉冲发生器，脉冲输出驱动，红外光发射管，红外光接收管，单稳态延时器，开关输出驱动，微功耗稳压器等单元组成。
所述脉冲发生器由CMOS双D触发器经过特殊处理，产生一个占空比达到3000以上的脉冲串来驱动一个红外光发射管，每个有效工作脉冲宽度仅为0.1毫秒；
所述红外光发射管的限流电阻为几十欧姆阻值，因此能产生一个电流为几百毫安幅值的较强红外发射脉冲；
所述红外光接收管仅在收到红外光发射管经过遮挡物的反射脉冲后，才触发一个由CMOS D触发器构成的单稳态延时开关，由于是边沿触发的，因此0.1毫秒脉宽的脉冲也能使之可靠地工作；
所述微功耗稳压器把供电电源稳定到一个较低值，以确保装置的工作稳定性。
由于本实用新型采用了上述技术方案，CMOS双D触发电路本身工作电流为1微安，红外光接收管在无信号时暗电流为0.1微安，其余放大电路的非导通电流亦为0.1微安，对于红外发射脉冲，几百毫安电流幅值，0.1毫秒脉宽，300毫秒以上周期，每秒钟所累计消耗的能量也是一个极微小的值，从而构成一种超微功耗的红外感应开关，使得用户设备的值守功耗得以大幅度下降，有效地延长了电池供电设备的值守期限。
本实用新型适用于电池供电设备，因而可以广泛应用于有低耗电量要求的家用场合。
附图说明
附图1为CMOS双D触发器真值表。
附图2为本实用新型电气原理及A、B点的波形示意图。
附图3为本实用新型电气原理示意框图。
具体实施例
本实用新型由脉冲发生器，脉冲输出驱动，红外光发射管，红外光接收管，单稳态延时器，开关输出驱动，微功耗稳压器等单元组成。
所述脉冲发生器由CMOS双D触发器之一的D触发器U2A及外围元件接成特殊用途构成。
U2A的时钟端CP接高电平，数据端D接低电平。电源端Vcc接高电平，电源端Gnd接低电平。
U2A的输出端、电阻R8、二极管D2、电容C1构成微秒级窄脉冲积分回路，用于对U2A的S端置位。U2A的输出端Q、电阻R2、二极管D1、电容C2构成毫秒级宽脉冲积分回路，用于对U2A的R端复位。
从图1CMOS双D触发器真值表中可得知，本装置在上电时的初始状态为：U2A的输出端Q为”0”，为”1”；宽脉冲积分回路的C2通过D1、Q快速放电；窄脉冲积分回路的”1”电平通过R8对C1充电，当C1电平上升到S端的转折电压VTR时，触发器U2A被置位，此时U2A的端由”0”变为”1”，U2A的Q端由”1”回到”0”，触发器完成一次翻转过程；
接着窄脉冲积分回路的C1通过D2、快速放电；宽脉冲积分回路的Q的”1”电平通过R2对C2充电，当C2电平上升到R端的转折电压VTR时，触发器U2A被复位，此时U2A的Q端由”1”回到”0”，U2A的端由”0”变为”1”，触发器再次完成一次翻转过程；
这样，D触发器就完成了一个脉冲振荡周期。U2A的端就能输出一个周期T＝T1+T2的脉冲波。
窄脉冲积分回路的时间常数T1≈0.66R8C1为脉冲截止时间。例如：设计成T1＝100微秒，可取R8＝47K，C1＝3300pF。
宽脉冲积分回路的时间常数T2≈0.66R2C2为脉冲持续时间。例如：设计成T2＝300毫秒，可取R2＝10M，C2＝0.047μF。
这样，脉冲波的占空比就能达到1比3000。
所述脉冲输出驱动部分由电阻R5、电阻R1、NPN三极管T1、发光二极管LED1构成电平转换及反向回路，电阻R3、PNP三极管T4、电阻R9构成驱动红外发射二极管LED2的直流开关放大回路，直流开关放大回路能对于窄脉冲可靠地工作。
U2A的输出端通过R5控制T1的导通与截止，R1、LED1为T1负载，LED1用以指示脉冲发送状态。U2A的输出端脉冲信号经T1电平转换及反向后，由T1的集电极输出端通过R3控制T4的导通与截止。R9、LED2为T4的负载。
所述红外光发射管LED2在U2A的的控制下，由于限流电阻R9选用了几十欧姆较小的阻值，故能输出几百毫安电流幅值的高占空比的较强红外脉冲。调整R9阻值，可改变本装置的红外感应距离。
所述单稳态延时器由CMOS D触发器U2B接成特殊用途构成。
U2B的数据端D接高电平，置位端S接低电平。
U2B的输出端Q、电阻R10、电容C3构成秒级宽脉冲积分回路，用于对U2B的R端复位，产生一个单稳态延时信号。
时间常数T3≈0.66R10C3为脉冲持续时间。例如：设计成T3＝2.0秒，可取R10＝1.4M，C3＝2.2μF。
所述红外光接收管T6的集电极输出端，一路接上拉负载电阻R11，另一路接到D触发器U2B的时钟端CP，作为秒级单稳态延时器的触发信号。
当所述红外光发射管LED2前端没有遮挡物时，红外光接收管T6只有0.1微安的暗电流，U2B单稳态延时器不动作，U2B输出端Q为”0”电平；
当所述红外光发射管LED2前端有遮挡物时，红外光接收管T6导通，U2B秒级单稳态延时器被触发，U2B输出端Q由”0”翻转到”1”电平；
U2B输出端Q的”1”电平通过R10对C3充电，当C3电平上升到R端的转折电压VTR时，触发器U2B被复位，此时U2B的Q端由”1”电平回到”0”电平，完成一次延时过程；
所述开关输出驱动部分由电阻R13、电容C4、NPN三极管T3、电阻R7构成电平转换及反向回路；电阻R4、PNP三极管T5构成直流开关放大回路。
所述单稳态延时器U2B输出端Q通过R13控制T3导通与截止。
U2B输出端Q延时脉冲经T3电平转换及反向后，由T3集电极输出端通过R4控制T5导通与截止。T5为O.C.门输出结构，T5的集电极输出端即为主系统的电源控制端。
本装置与用户主系统电源共地。
所述微功耗稳压器U1把本装置供电电源稳定到一个较低值后，再对CMOS双D触发器U2A，U2B供电。例如采用HT7130，静态电流仅3.0微安。当供电电池用旧了，电压下降了，本装置的特性参数仍可保持不变，而所述微功耗稳压器U1本身功耗又能做到很小，这也是本装置能维持超微功耗特性的一个重要措施。
本装置共用了一片CMOS双D触发器，充分利用了双D触发器特殊接法的资源特性，避开了用单片机等其它手段实施所引起的资源浪费，为微功耗值守开关市场开拓了一个可行的低成本实施方案。
另外，上述仅对本实用新型中的一具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰，如仅仅是极性相反或三极管由NPN改为PNP而相应改变的电路等，均应认为落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种超微功耗红外感应开关，其特征在于，设有占空比为1/500以下的脉冲发生器形成小于2毫秒红外光产生的控制脉冲信号，其后连接设有脉冲输出驱动电路，驱动电路连接有红外光发射管，红外光发射管通过红外光与红外光接收管相耦合控制，红外光接收管控制单稳态延时器，单稳态延时器的输出连接有输出驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种超微功耗红外感应开关，其特征在于：所述的脉冲发生器的占空比为1/2000以下，脉冲发生器形成的红外光产生的控制脉冲信号小于200微秒，所述脉冲驱动电路设有一开关放大管(T4)。
3.根据权利要求1所述的一种超微功耗红外感应开关，其特征在于：所述脉冲发生器构成包括一D触发器(U2A)，其触发(D)端接地，输出(Q)端接有形成宽脉冲积分回路时间常数(T2)电阻(R2)、电容(C2)，输出()端接有形成窄脉冲积分回路时间常数(T1)电阻(R8)、电容(C1)，其中(T2)与(T1)之比大于500。
4、根据权利要求2所述的一种超微功耗红外感应开关，其特征在于：所述脉冲发生器构成包括一D触发器(U2A)，其触发(D)端接地，输出(Q)端接有形成宽脉冲积分回路时间常数(T2)电阻(R2)、电容(C2)，输出()端接有形成窄脉冲积分回路时间常数(T1)电阻(R8)、电容(C1)，其中(T2)与(T1)之比大于2000。
5、根据权利要求1、2、3或4所述的一种超微功耗红外感应开关，其特征在于：所述脉冲发生器构成包括一D触发器(U2A)，其触发(D)端接地，输出(Q)端接有形成宽脉冲积分回路时间常数(T2)电阻(R2)、电容(C2)串联接地，电阻(R2)并接一连接于D触发器(U2A)的(Q)端和(R)端的二极管(D1)，输出()端接有形成窄脉冲积分回路时间常数(T1)电阻(R8)、电容(C1)串联接地，电阻(R8)并接一连接于D触发器(U2A)的(Q)端和(S)端的二极管(D2)，直流电源联接到D触发器(U2A)的(UCC)端和(CP)端。
6.根据权利要求5所述的一种超微功耗红外感应开关，其特征在于：所述脉冲发生器构成包括一D触发器(U2A)，其输出端()端接脉冲输出驱动电路，脉冲输出驱动电路包括：输入通过一限流电阻接到的三极管(T1)的基极，三极管(T1)的输出端一路通过一电阻或经一发光二极管(LED1)和电阻(R1)串联连接电源，另一路通过一电阻(R2)连接到开关放大管，开关放大管为三极管(T4)。
7.根据权利要求6所述的一种超微功耗红外感应开关，其特征在于：所述脉冲输出驱动电路的三极管(T4)输出连接到红外光发射管(LED2)，红外光发射管(LED2)经电阻(R9)接地。
8.根据权利要求7所述的一种超微功耗红外感应开关，其特征在于：所述红外光发射管(LED2)通过红外光与红外光接收管(T6)相耦合，红外光接收管(T6)通过电阻(R11)连接到电源，红外光接收管(T6)和电阻(R11)的连接端接单稳态延时器的D触发器(U2B)的(CP)端。
9.根据权利要求8所述的一种超微功耗红外感应开关，其特征在于：所述D触发器(U2A)、(U2B)由一片CMOS双D触发器构成，所述电源是微功耗稳压器(U1)构成的。
10.根据权利要求9所述的一种超微功耗红外感应开关，其特征在于：所述单稳态延时器构成包括一D触发器(U2B)，其触发端(D)接电源，另一触发端(S)接地，输出(Q)一路通过积分回路电阻(R10)、电容(C3)串联接地，积分回路电阻(R10)、电容(C3)串联中点接D触发器(U2B)的(R)端；输出(Q)的另一路通过电阻(R13)、电容(C4)串联的中点连接输出驱动电路的三极管(T3)和三极管的(T5)级联放大开关电路输出。
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