CN202798637U - 一种主动式红外感应开关 - Google Patents

Abstract

一种主动式红外感应开关，包括红外发射单元、红外接收单元、控制单元、指示单元、电源单元，以及与终端连接的多PIN电子连接器。红外发射单元是循环产生并稳定发射设定的持续时间的15~25次的固定波长的红外线的红外发射单元，红外发射单元包括红外发射二极管、整流三极管；控制单元包括单片机、整流三极管以及两组组成相同的并联连接的继电器组。本实用新型发射与接收的红外线与生物体发出的红外线的波长不同，不容易受到环境温度的影响，且在电路中采用整流三极管，固定红外发射二极管中的电流，更进一步地保证红外线发射稳定。在单片机中采用连续检测设定周期和次数的红外线回波才会打开开关，不易出现检测错误，开关功能不紊乱的现象。

Description

一种主动式红外感应开关

技术领域

本实用新型涉及开关，特别是涉及一种主动式红外感应开关。

背景技术

被动式红外感应开关是检测人体温度与环境温度的差值变化进行控制的，感应范围较大，感应距离也较远，但是，容易受到环境温度的影响，而人的温度是比较稳定的，势必造成感应距离的不确定，因此，被动式红外感应开关一般不能应用于精确感应距离的场所。主动式红外感应开关是通过开关本身的红外发射二极管和红外接收二极管的配合进行控制的，由红外发射二极管发射稳定的红外线，在有效的红外线反射区内碰到靠近的活动障碍物后，有部分被反射进入开关内部的红外接收二极管，红外接收二极管接收到部分被反射的红外线后，反馈给控制单元的单片机进行分析处理并且控制开关的开启与关断。由于主动发射的红外线稳定，而且感应距离较短，更加可靠。现有的主动式红外感应开关种类繁多，组成各异，大多只是将被动感应改为主动探测，仍然容易受到环境温度的影响，其中有些还存在红外线发射不稳定、易出现检测错误，甚至功能紊乱，有待于进一步改进。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种主动式红外感应开关。

本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种主动式红外感应开关，包括红外发射单元、红外接收单元、控制单元、指示单元、电源单元，以及与终端连接的多PIN电子连接器。

所述红外发射单元用于产生并稳定发射固定波长的红外线。

所述红外接收单元用于接收在有效的红外线反射区内经靠近的活动障碍物反射的红外发射单元所产生并稳定发射的固定波长的部分被反射的红外线，且反馈给控制单元进行分析处理。

所述控制单元用于对所述红外接收单元接收的部分被反射的红外线进行分析处理并且控制开关的开启与关断。

所述指示单元用于指示开关的开启与关断状态。

所述电源单元用于向所述红外发射单元、所述红外接收单元、所述控制单元和所述指示单元提供工作电源。

这种主动式红外感应开关的特点是：

所述红外发射单元是循环产生并稳定发射设定的持续时间的15~25次的固定波长的红外线的红外发射单元，所述红外发射单元包括红外发射二极管、红外发射用整流三极管及其发射极电阻和基极分压电阻，所述红外发射用整流三极管用于稳定红外发射二极管的工作电流，发射稳定的红外线。

所述控制单元包括单片机、控制用整流三极管，以及两组组成相同的并联连接的第一继电器组和第二继电器组，所述第一继电器组和第二继电器组功能以及工作过程完全相同，用于对两组终端进行电源开启与关断控制，所述终端包括上位机、门用磁力锁及其照明灯。

所述单片机用于连续检测红外接收单元是否接收到设定周期和次数的部分被反射的红外线，以控制开关的开启与关断。

所述控制用整流三极管用于保证第一继电器组和第二继电器组的线圈中通过的电流稳定，进而保证本开关稳定工作。

本实用新型的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

所述第一继电器组包括第一继电器以及与第一继电器的线圈并联的第一开关二极管，所述第二继电器组包括第二继电器以及与第二继电器的线圈并联的第二开关二极管；

所述第一继电器的线圈负极、第一开关二极管负极分别与电源正极连接，线圈正极与第一开关二极管的正极分别与控制用整流三极管的集电极连接，控制用整流三极管的基极通过基极电阻与单片机的其中一个I/O口GP 0连接，控制用整流三极管的发射极接公共地；

所述第二继电器的线圈负极与第二开关二极管负极分别与电源正极连接，线圈正极与第二开关二极管的正极分别与控制用整流三极管的集电极连接，控制用整流三极管的基极通过基极电阻与单片机的其中一个I/O口GP 0连接，控制用整流三极管的发射极接公共地。

本实用新型的技术问题通过以下再一步的技术方案予以解决。

所述红外发射二极管是型号为IE-0340HCY的红外发射二极管，产生并发射稳定的固定波长为940nm的红外线，与包括人体在内的生物体发出的红外线的波长不同。

所述红外发射用整流三极管是型号为MMBT5551LT1（G1）的整流三极管。

所述红外接收单元，包括红外接收二极管、上拉电阻以及滤波电容。

所述红外接收二极管是型号为PIC-2T55TMB的红外接收二极管，接收固定波长为940nm的红外线。

所述控制用整流三极管是型号为MMBT5551LT1（G1）的整流三极管。

所述单片机是型号为PIC10F200-I/OT的单片机，包括连接5V电源的电源类引脚VDD、接地引脚VSS、1个用于控制红外发射单元的控制类引脚GP2、1个用于接收红外接收单元的输出的I/O类引脚GP3、1个用于控制开关工作且同时控制指示单元指示开关工作的I/O类引脚GP0，以及1个用于控制指示单元指示开关不工作的I/O类引脚GP1，I/O类引脚GP0通过控制用整流三极管分别与第一继电器组和第二继电器组相连，I/O类引脚GP3接收到的红外线在单片机内部进行分析处理，由I/O类引脚GP0分别输出高电平或低电平，对第一继电器组和第二继电器组的工作状态进行相应控制。

所述第一继电器、第二继电器是型号为TX2-12V的直流继电器。

所述第一开关二极管、第二开关二极管是型号为1N4148的二极管。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

本实用新型发射与接收的红外线与包括人体在内的生物体发出的红外线的波长不同，不容易受到环境温度的影响，且在电路中采用整流三极管，固定红外发射二极管中的电流，更进一步地保证红外线发射稳定。在单片机中采用连续检测设定周期和次数的红外线回波才会打开开关，不易出现检测错误，开关功能不紊乱的现象。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的电路图；

图2是图1的部分波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型进行说明。

一种如附图所示的主动式红外感应开关，包括红外发射单元、红外接收单元、控制单元、指示单元、电源单元，以及与终端连接的多PIN电子连接器。

红外发射单元是循环产生并稳定发射设定的持续时间的20次的固定波长的红外线的红外发射单元，红外发射单元包括红外发射二极管D1、红外发射用整流三极管Q1及其发射极电阻R3和基极分压电阻R1、R2，红外发射用整流三极管Q1用于稳定红外发射二极管的工作电流，发射稳定的红外线。。

控制单元包括单片机U2、控制用整流三极管Q2，以及两组组成相同的并联连接的第一继电器组和第二继电器组，第一继电器组和第二继电器组功能以及工作过程完全相同，用于对两组包括上位机、门用磁力锁及其照明灯的终端进行电源开启与关断控制。单片机U2用于连续检测红外接收单元是否接收到设定周期和次数的部分被反射的红外线，以控制开关的开启与关断。控制用整流三极管Q2用于保证第一继电器组和第二继电器组的线圈中通过的电流稳定，进而保证本开关稳定工作。

第一继电器组包括第一继电器以及与第一继电器的线圈并联的第一开关二极管D2，第二继电器组包括第二继电器以及与第二继电器的线圈并联的第二开关二极管D3，第一继电器的线圈负极、第一开关二极管D2负极分别与电源正极连接，线圈正极与第一开关二极管D2的正极分别与控制用整流三极管Q2的集电极连接，控制用整流三极管Q2的基极通过基极电阻R6与单片机U2的其中一个I/O口GP 0连接，控制用整流三极管Q2的发射极接公共地；

第二继电器的线圈负极与第二开关二极管D3负极分别与电源正极连接，线圈正极与第二开关二极管D3的正极分别与控制用整流三极管Q2的集电极连接，控制用整流三极管Q2的基极通过基极电阻与单片机U2的其中一个I/O口GP 0连接，控制用整流三极管Q2的发射极接公共地。

本具体实施方式的工作过程如下：

单片机U2输出低电平时，第一继电器和第二继电器的两组触点中的动触点3在线圈失电的状态下，与原来的常闭触点2、7连接；

只要靠近的活动障碍物不离开有效的红外线反射区内且在活动范围内，就可保证障碍物一直反射红外发射二极管发出的红外线进入红外接收二极管中，即可保证单片机U2接收连续的20次的红外线，单片机U2进行解调后，输出高电平，控制用整流三极管Q2正向导通，第一继电器和第二继电器的线圈一直保持得电状态，动触点3一直跟常开触点4、5吸合，保证开关持续接通。

当与控制用整流三极管Q2连接的单片机U2的GPIO输出低电平时，第一开关二极管D2和第二开关二极管D3未导通时，加在第一继电器和第二继电器的电压不足于使其线圈的磁力将动触点3与常开触点4、5吸合，开关无法打开。当与控制用整流三极管Q2连接的单片机U2的GPIO输出高电平时，第一开关二极管D2和第二开关二极管D3正向导通，即可保证继电器的线圈一直保持得电状态，动触点3一直与常开触点4、5吸合，使开关接通。

靠近的活动障碍物一旦离开有效的红外线反射区内，障碍物就无法部分反射红外发射二极管D1发出的红外线，红外接收二极管U3也接收不到部分反射的红外线，单片机U2进行解调后，输出低电平，第一继电器和第二继电器的两组触点中的动触点3在线圈失电的状态下，与原来的常闭触点2、7连接。

靠近的活动障碍物离开有效的红外线反射区后，单片机U2设定为继续输出设定的延迟时间的高电平后输出低电平，保证第一开关二极管D2、第二开关二极管D3持续导通设定的延迟时间，使开关保持开启设定的延迟时间后断开，第一继电器和第二继电器的两组触点中的动触点3在线圈失电的状态下，与原来的常闭触点2、7连接。

红外发射二极管D1是型号为IE-0340HCY的红外发射二极管，产生并发射稳定的固定波长为940nm的红外线，与包括人体在内的生物体发出的红外线的波长不同。

红外接收用整流三极管Q1是型号为MMBT5551LT1（G1）的整流三极管。

红外接收单元，包括红外接收二极管U3、上拉电阻R4以及滤波电容C1。

红外接收二极管U3是型号为PIC-2T55TMB的红外接收二极管，接收固定波长为940nm的红外线。

控制用整流三极管Q2是型号为MMBT5551LT1（G1）的整流三极管。

第一继电器、第二继电器是型号为TX2-12V的直流继电器。

第一开关二极管D2、第二开关二极管D3是型号为1N4148的二极管。

单片机U2是型号为PIC10F200-I/OT的单片机，包括连接5V电源的电源类引脚VDD、接地引脚VSS、1个用于控制红外发射单元的控制类引脚GP2、1个用于接收红外接收单元的输出的I/O类引脚GP3、1个用于控制开关工作且同时控制指示单元指示开关工作的I/O类引脚GP0，以及1个用于控制指示单元指示开关不工作的I/O类引脚GP1，I/O类引脚GP0通过控制用整流三极管Q2分别与第一继电器组和第二继电器组相连，I/O类引脚GP3接收到的红外线在单片机U2内部进行分析处理，，包括控制类引脚GP2输出矩形波调制载波信号以及判断红外接收二极管U3接收到的连续的部分红外线信号，控制红外发射单元在设定的60ms内连续发射设定20个周期的矩形波，其中每个周期中高于红外接收二极管U3接收灵敏度值的电平为500μs，低于红外接收二极管接收灵敏度值的电平为500μs。

图2是本具体实施方式的部分波形图，其中

下面的波形是红外接收单元接收到的最终信号的反馈，连续输出设定20个周期的矩形波调制载波信号，持续时间为22.8ms，之后输出高电平，持续时间为40.6ms。

中间的波形是上述的矩形波调制载波信号，是连续输出设定20个周期的单片机U2的控制类引脚GP2输出的38KHz频率的矩形波信号，持续时间为580μs，之后输出持续时间高于红外接收二极管U3接收灵敏度值的高电平，持续时间设定为596μs。

上面的波形是单片机U2的控制类引脚GP2输出38KHz频率的矩形波信号，持续时间为9μs，之后输出高电平，持续时间为17μs。

如果红外接收二极管U3接收到连续的设定20次的部分发射的红外线就一直向单片机反馈，由单片机U2通过I/O类引脚GP0和控制用整流三极管Q2向第一继电器组和第二继电器组输出高电平信号，开关开启。

如果红外接收二极管U3未接收到连续的设定20次的部分发射的红外线，由单片机U2通过I/O类引脚GP0和控制用整流三极管Q2向第一继电器组和第二继电器组输出低电平信号，开关断开。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种主动式红外感应开关，包括红外发射单元、红外接收单元、控制单元、指示单元、电源单元，以及与终端连接的多PIN电子连接器，其特征在于：

所述红外发射单元是循环产生并稳定发射设定的持续时间的15~25次的固定波长的红外线的红外发射单元，所述红外发射单元包括红外发射二极管、红外发射用整流三极管及其发射极电阻和基极分压电阻；

所述控制单元包括单片机、控制用整流三极管，以及两组组成相同的并联连接的第一继电器组和第二继电器组。

2.如权利要求1所述的主动式红外感应开关，其特征在于：

所述第一继电器组包括第一继电器以及与第一继电器的线圈并联的第一开关二极管，所述第二继电器组包括第二继电器以及与第二继电器的线圈并联的第二开关二极管；

所述第一继电器的线圈负极、第一开关二极管负极分别与电源正极连接，线圈正极与第一开关二极管的正极分别与控制用整流三极管的集电极连接，控制用整流三极管的基极通过基极电阻与单片机的其中一个I/O口GP 0连接，控制用整流三极管的发射极接公共地；

所述第二继电器的线圈负极与第二开关二极管负极分别与电源正极连接，线圈正极与第二开关二极管的正极分别与控制用整流三极管的集电极连接，控制用整流三极管的基极通过基极电阻与单片机的其中一个I/O口GP 0连接，控制用整流三极管的发射极接公共地。

3.如权利要求1或2所述的主动式红外感应开关，其特征在于：

所述红外发射二极管是型号为IE-0340HCY的红外发射二极管。

4.如权利要求3所述的主动式红外感应开关，其特征在于：

所述红外发射用整流三极管是型号为MMBT5551LT1（G1）的整流三极管。

5.如权利要求4所述的主动式红外感应开关，其特征在于：

所述红外接收单元，包括红外接收二极管、上拉电阻以及滤波电容。

6.如权利要求5所述的主动式红外感应开关，其特征在于：

所述红外接收二极管是型号为PIC-2T55TMB的红外接收二极管。

7.如权利要求6所述的主动式红外感应开关，其特征在于：

所述单片机是型号为PIC10F200-I/OT的单片机，包括连接5V电源的电源类引脚VDD、接地引脚VSS、1个用于控制红外发射单元的控制类引脚GP2、1个用于接收红外接收单元的输出的I/O类引脚GP3、1个用于控制开关工作且同时控制指示单元指示开关工作的I/O类引脚GP0，以及1个用于控制指示单元指示开关不工作的I/O类引脚GP1，I/O类引脚GP0通过控制用整流二极管分别与第一继电器组和第二继电器组相连。

8.如权利要求7所述的主动式红外感应开关，其特征在于：

所述控制用整流三极管是型号为MMBT5551LT1（G1）的整流三极管。

9.如权利要求8所述的主动式红外感应开关，其特征在于：

所述第一继电器、第二继电器是型号为TX2-12V的直流继电器；

所述第一开关二极管、第二开关二极管是型号为1N4148的二极管。

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