ES2307609T3 - Interruptor electrico compacto sin contacto. - Google Patents
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Abstract
Un interruptor eléctrico compacto sin contacto (1) para ser usado en una caja eléctrica (26) que puede instalarse en una pared y que posee un circuito eléctrico (2, 6, 7, 8) que comprende: medios (4) para detectar la presencia de un objeto adyacente al interruptor (1) y para generar una señal de salida, caracterizado por comprender además: una unidad central de procesamiento (2) conectada al medio de detección de presencia (4) y que posee medios para recibir la señal de salida de este, y que posee medios de procesamiento de señal (9, 10, 11, 12) para calcular una salida de corriente en respuesta a la señal de salida para generar una señal de control para controlar la corriente suministrada al circuito eléctrico (2, 6, 7, 8), y además la unidad central de procesamiento (2) cuenta con un diferenciador para recibir la señal de salida y para transmitir la señal de salida sólo ante un cambio de presencia frente al interruptor (1).
Description
Interruptor eléctrico compacto sin contacto.
La invención hace referencia a un interruptor
eléctrico compacto sin contacto el preámbulo de la reivindicación 1
y más precisamente a un interruptor por capacitancia sin contacto
para control de encendido/apagado o encendido/apagado/atenuador de
un circuito eléctrico.
La mayoría de los circuitos eléctricos hogareños
o de oficina, especialmente aquellos vinculados a iluminación,
generalmente usan interruptores mecánicos. Estos interruptores
mecánicos pueden ser del tipo de contacto para encendido/apagado, o
incluir un medio para regular la corriente eléctrica entregada al
circuito, es decir, para realizar una función de "atenuación",
para alterar en forma variante la corriente suministrada a una
lámpara o para actuar como control de velocidad con un
ventilador.
Existen propuestas de interruptores sin contacto
que dependen de un cambio en la capacitancia para realizar una
función de encendido/apagado, Estos dispositivos registran la
presencia o ausencia de un objeto frente al interruptor mediante la
variación de la capacitancia.
En la Patente de los Estados Unidos número
5.973.608 se describe un sistema de interruptor sin contacto que
usa ciertos componentes para brindar funciones de atenuación y
encendido/apagado, Sin embargo, los componentes en una realización
se alojan preferentemente en una ubicación centralizada, lo que
requiere cableado dedicado desde los sensores al controlador
central y después de regreso a los circuitos activados.
Además, la función de atenuación se logra en
pasos definidos que requieren componentes particulares para cada
paso, aumentando más los costos y la complejidad. Por ejemplo, la
patente '608 usa salidas de un sensor capacitivo a niveles
predeterminados para activar diferentes niveles o etapas de salida
de atenuación. Esto significa que el número de salidas del sensor
capacitivo es proporcional a los niveles posibles de atenuador. Se
pasa un valor digital que representa esos valores a través de un
dispositivo lógico programable (DLP) y después se bloquea. La
salida del cerrojo determina el nivel de corriente de salida. Esto
significa que el número de salidas de control de energía es
proporcional a los niveles de energía de salida. Para construir un
atenuador suave, se requieren pequeños incrementos en el nivel de
energía de salida, lo que requiere un número proporcionalmente alto
de salidas de control de energía, y por lo tanto varios componentes
grandes con un alto número de clavijas (DLP, cerrojo, chips de
reloj). Incluso si se considerase el uso de una CPU en el
dispositivo, el número de clavijas de entrada igualmente sería
equivalente al número de salidas del sensor y el número de clavijas
de salida igual al número de salidas de registro de la CPU, que aún
así sería proporcional al número de niveles-etapa
del atenuador, lo que requeriría un chip de CPU grande y varias
interconexiones y componentes periféricos en el circuito.
El control del interruptor '608 depende del
movimiento de la mano, Para encender la luz, debe moverse la mano
desde la zona más lejana a la zona más cercana del sensor. Para
apagar la luz, debe moverse la mano desde la zona más cercana a la
más lejana del sensor. Está claro que se necesitan dos tipos
diferentes de movimiento para el funcionamiento básico del
interruptor. Para los usuarios no familiarizados con el dispositivo
esto puede resultarles confuso.
En la Patente de los Estados Unidos número
5.716.129, un interruptor sin contacto incluye un oscilador que
tiene una salida de frecuencia que varía con la proximidad de una
mano. Los componentes fueron pensados para insertarse en la base de
una lámpara o en una carcasa ornamental. El número y/o tamaño de
los componentes es bastante grande y no entrarían en una caja
eléctrica estándar de pared, como queda claro en la imagen que
muestra estos componentes en la base de una lámpara, y esto es sin
un circuito de control de atenuador. El dispositivo claramente no
puede operar como reemplazo directo de un interruptor mecánico
instalado en la pared. El dispositivo también requiere tanto un
polo neutro como uno con tensión a la fuente de energía de CA,
mientras que en muchas cajas eléctricas de pared y diseños de
circuitos solamente hay disponible una línea lo que hace que un
dispositivo así sea inútil como reemplazo directo.
Un problema específico con el estado anterior de
la técnica es la ausencia de un reemplazo directo para un
interruptor mecánico Por ejemplo, un reemplazo directo de un
interruptor mecánico de encendido/apagado debería caber en el
espacio definido por una caja eléctrica común. El uso de cajas
eléctricas de tamaños especiales o el agregado de cableados
especiales hace que el costo de la instalación aumente
sustancialmente y resulta prohibitivo en cualquier aplicación de
recambio.
Constituye un objetivo de la presente invención
ofrecer un interruptor eléctrico compacto sin contacto con un
número mínimo de componentes para reducir costos y mejorar la
confiabilidad.
Este y otros objetivos de la invención se logran
mediante las características de la parte de caracterización de la
reivindicación 1 en relación a las características enunciadas en el
preámbulo.
Según la invención, el interruptor comprende una
unidad central de procesamiento conectada al medio de detección de
presencia y tiene medios para recibir la señal de salida desde
este, y tiene medios de procesamiento de señal para calcular una
salida de corriente en respuesta a la señal de salida para generar
una señal de control para controlar la energía suministrada al
circuito eléctrico, además la unidad central de procesamiento
posee un diferenciador par recibir la señal de salida y para
transmitir la señal de salida sólo ante un cambio en una presencia
frente al interruptor.
Específicamente, el medio de detección está
conformado por un sensor capacitivo.
Preferentemente, el interruptor comprende además
un detector de cruce por cero en período de CA y un triac en el
circuito eléctrico, y ].a señal de control es un impulso de disparo
de triac con retraso para controlar la corriente suministrada al
circuito eléctrico. También pueden usarse otros elementos
semiconductores en lugar del triac, como transistores. Un
transistor se activa por nivel, no se dispara por impulso.
Según una realización de la invención, el
interruptor comprende además un relé en el circuito eléctrico,
donde la señal de control activa el relé para controlar la
corriente en el circuito eléctrico.
Particularmente, el interruptor además comprende
un conversor A/D para convertir la señal de salida del medio de
detección a un valor digital.
Para comparar la señal de salida con un nivel
umbral para transmitir un primer bit de datos sólo cuando la señal
de salida supera el nivel umbral, puede incluirse un comparador en
el interruptor.
Preferentemente, el medio de procesamiento es un
conversor de lógica de control tal que la cantidad de corriente a
ser suministrada se determina como función de la señal de
salida.
Según una realización de la invención, el
interruptor además comprende un contador de retraso sincronizado
con un período de CA mediante el detector de cruce por cero en
período de CA para generar un retraso de tiempo después del cruce
por cero en período de CA proporcional a la señal de salida.
Particularmente, la señal de control varía la
corriente en el circuito eléctrico para ofrecer una función de
atenuador.
El interruptor además comprende una fuente de
suministro de energía.
La fuente de suministro de energía comprende un
elemento semiconductor que acopla un condensador directamente a un
voltaje de línea, tal que cuando el voltaje de línea está por
debajo de cierto nivel, el condensador se carga.
El interruptor puede comprender además un
regulador conectado al condensador para regular el voltaje de
línea.
Preferentemente, el interruptor además comprende
un interruptor de entrehierro conectado con el interruptor
eléctrico sin contacto, una placa de cobertura móvil conectada con
el interruptor de entrehierro para activar el interruptor de
entrehierro para interrumpir el suministro de energía al circuito
eléctrico. En esta conexión, la placa de cobertura puede tener
medios para conectar el interruptor de entrehierro. La versión de
la UE del interruptor no posee un interruptor de entrehierro. Este
interruptor de entrehierro no es obligatorio para operaciones de
conmutación, se agrega solamente con las regulaciones de estándar
UL-USA.
Además, la placa de cobertura puede moverse para
conmutar un interruptor de desconexión de palanca, y la placa de
cobertura tiene un brazo para activar la palanca.
La placa de cobertura también puede moverse para
desplazarse hacia adentro o hacia afuera para conmutar un
interruptor de desconexión pulsador.
Según una realización el interruptor comprende
además medios para iluminación integrados con el interruptor.
Particularmente, el interruptor comprende además
un controlador ubicado a distancia que está comunicado con el
interruptor para activar u operar el interruptor a distancia.
Preferentemente, el interruptor comprende además
una entrada separada para control mediante una unidad esclava de
sensor sin contacto.
Para mejorar la inmunidad al ruido, el
interruptor puede comprender además un detector de
interferencia.
Según otra realización de la invención, la
unidad de procesamiento posee un algoritmo de software para mejorar
la inmunidad al ruido.
En particular, el interruptor comprende una
integración en un sistema de iluminación que posee al menos una
fuente de luz, medios para conectar la fuente de luz con una fuente
de suministro de energía, mediante el cual la fuente de luz se
enciende o apaga, o una secuencia de iluminación de una única
fuente de luz o múltiples fuentes de luz se inicia o varía la
intensidad de la fuente de luz. Además, la intensidad de la fuente
de luz puede variarse en respuesta al flujo de electricidad a
través del circuito eléctrico.
\newpage
Las fuentes de luz están incorporadas en el
interruptor mismo, como pequeños LEDs o pequeñas lámparas de bajo
voltaje que iluminan el interruptor o la placa decorativa de pared
desde atrás con fines estéticos o para atraer la atención. Estas
luces pueden ser de distintos colores y pueden variar la intensidad
o incluso cambiar de color. Estas luces no son las luces que el
interruptor controla, lámparas para iluminar la habitación, sino
que son similares a lámparas "para hallar en la oscuridad"
ubicadas dentro del interruptor.
En relación a la invención, la unidad central de
procesamiento puede programarse para generar una secuencia de
iluminación o una intensidad para atraer la atención.
De acuerdo a una realización de la invención, el
interruptor eléctrico sin contacto para usarse en un circuito
eléctrico para controlar un dispositivo eléctrico comprende: un
sensor de capacitancia; medios para detectar un cruce por cero en
período de CA; una unidad central de procesamiento (CPU) conectada
al sensor de capacitancia y que tiene medios para recibir una señal
desde allí, y para procesar la señal para generar una señal de
salida, y que tiene medios de procesamiento de señal para recibir
la señal de salida y calcular una salida de corriente de respuesta
que es relativa al cruce por cero en período de CA, y para generar
una señal de control usada para controlar la corriente en el
circuito eléctrico.
En otra realización, la señal de salida puede
generar un impulso de disparo de triac; un retraso entre el cruce
por cero en período de CA y el impulso de disparo o activación
determina la cantidad de corriente entregada al circuito.
Preferentemente, el interruptor eléctrico sin
contacto incluye un detector de interferencia que genera una señal
que la CPU recibe para evitar una activación inadvertida y/o para
reducir a cero la interferencia electromagnética y de línea, por
ejemplo aquella causada por rayos, instalaciones eléctricas con
fallas, etc.
Este interruptor usa un sensor de capacitancia
para controlar el suministro de corriente al circuito eléctrico.
El sensor de capacitancia detecta la presencia de un objeto frente
al interruptor, activando o desactivando el paso de corriente o
realizando una función de atenuador. El sensor reacciona al cambio
de capacitancia, que se produce por el cambio de la constante
dieléctrica del medio que está frente al sensor. El interruptor
sólo reacciona por una carga de capacitancia, no por valores fijos
de capacitancia. Las ventajas de este diseño por sobre otros
interruptores sin contacto anteriores, tales como de capacitancia,
infrarrojo, sonido, sensor de luz, detector de movimiento, etc.,
son:
- 1.
- El control del interruptor es independiente del material, color, forma, etc., de la placa frontal, pues no se requiere conducir una señal de control de contacto físico mediante un elemento conductor (como por ejemplo es el caso de un sensor de placa de contacto).
- 2.
- No se requieren adaptaciones especiales para aceptar limitaciones mecánicas en el diseño de la placa frontal pues no hay partes móviles, a diferencia de los interruptores de conmutación mecánica y los atenuadores controlados mecánicamente.
- 3.
- El sensor de capacitancia puede penetrar a través de varios materiales, por lo que no hay necesidad de una abertura en la placa frontal para que el sensor pueda funcionar, a diferencia de los sensores infrarrojos o varios sensores de sonido, iluminación y movimiento.
- 4.
- Las placas frontales pueden intercambiarse libremente pues el interruptor es capaz de recalibrarse para cada nuevo material instalado frente a él.
- 5.
- El interruptor es inmune a suciedad o tierra en la placa frontal, a diferencia de los sensores de placa de contacto, infrarrojos y otros sensores ópticos, pues cualquier cantidad de tierra es tratada por el sensor de capacitancia como un objeto fijo y eliminada por calibración.
- 6
- El interruptor puede quedar completamente sellado pues no contiene ninguna parte mecánica móvil, a diferencia de los interruptores mecánicos y los atenuadores controlados mecánicamente, lo cual también aumenta la confiabilidad.
- 7.
- El funcionamiento del interruptor está completamente libre de chispas.
Puede usarse con el interruptor un amplio
espectro de diseños de placa frontal, desde plástico simple hasta
cerámica artística. Todos los materiales naturales, tales como
piedra, cristal, madera, etc., u otros tales como plásticos,
vidrio, cerámicas, caucho, etc., pueden usarse para la placa
frontal. Virtualmente no hay limitaciones excepto en relación al
peso máximo total. El interruptor puede usarse con varios diseños
de placa frontal puramente por razones decorativas o estéticas,
pero también podría usarse cuando no se desea el contacto físico
con un interruptor, por ejemplo, al usar un interruptor en un
hospital, sanitarios públicos, etc., o cuando el medio ambiente
contiene polvo, tierra, etc., que puede acumularse sobre la placa
frontal. Como el interruptor puede quedar sellado, también puede
usarse en condiciones ambientales severas, como cuando queda
expuesto a los elementos, a neblina o gases, etc., y por lo tanto
puede usarse en aplicaciones de exteriores y/o industriales.
El interruptor puede reemplazar directamente un
interruptor hogareño estándar de pared. Es decir, puede instalarse
en una caja eléctrica preexistente de dimensiones estándar y
conectarse al cableado existente, lo que permite una adaptación
directa en circuitos eléctricos preexistentes. El interruptor puede
conectarse ya sea en serie (es decir, una conexión de dos alambres)
como reemplazo directo de un interruptor regular de pared donde
sólo hay disponible una única línea, o en paralelo (es decir, una
conexión de tres alambres) si la carga requiere esta conexión y los
alambres están disponibles en la caja eléctrica de la pared. El
interruptor puede presentarse como control de atenuador suave de
rango completo y como interruptor de encendido apagado.
El interruptor puede diseñarse fácilmente para
satisfacer todos los estándares internacionales. Debido a su
construcción integral y compacta, queda un amplio espacio en la
caja eléctrica aparte del necesario por el interruptor mismo, así
que hay suficiente espacio para el cableado. Además, puede
incorporarse al interruptor una superficie metálica de enfriamiento
u otro disipador de calor para cumplir con varios estándares de
disipación de calor.
Otra ventaja de esta invención es que no se usan
valores absolutos predeterminados de capacitancia para controlar
el interruptor. Con el dispositivo de la Patente '608, la mano debe
llegar a la zona más cercana del sensor. Como. esta zona está fija,
podría quedar dentro de la pared, por ejemplo, si el sensor está
instalado con demasiada profundidad en un nicho en la pared o si el
sensor está cubierto por una placa que es demasiado gruesa. En
ambos casos sería imposible encender completamente el interruptor
pues la zona más cercana del sensor sería inaccesible. Un problema
similar podría ocurrir si se instalara un objeto conductor
permanente cerca del sensor del '608. Esta superficie distorsionaría
el campo eléctrico del sensor produciendo una menor sensibilidad
del mismo, mientras más cerca del sensor estén las zonas. Ambos
problemas podrían solucionarse ajustando manual o automáticamente
los parámetros del sensor. Si los parámetros del sensor se ajustan
manualmente, cada usuario del interruptor sería responsable de
estos ajustes, lo cual es un punto negativo importante, pues esto
complicaría la instalación. Para un ajuste automático del sensor,
deben agregarse circuitos especiales al sensor pues el dispositivo
'608 no es capaz de autocalibrarse, aumentando la cantidad de
componentes y el tamaño y la complejidad total del dispositivo.
En el interruptor de la invención, este problema
se resuelve pues reacciona al cambio en la capacitancia en lugar
del valor absoluto. El umbral para detectar la presencia de un
objeto se activa cuando aumenta la capacitancia frente al sensor.
No hay un nivel fijo predeterminado en el que se detecte presencia
de un objeto. Mediante esto, el interruptor se
auto-calibra, pues cancela cualquier cambio
permanente de capacitancia frente al sensor. Esta
auto-calibración puede implementarse completamente
en el software sin ningún aumento en el número de componentes o el
tamaño del interruptor.
Esta invención funciona independientemente de la
velocidad de la mano y no se necesitan movimientos especiales
frente al sensor para activar la función básica del interruptor.
Siempre cambia de estado si la mano se acerca al sensor. En los
dibujos se muestra:
Fig. 1 vista esquemática de un interruptor
integral sin contactos de una realización de esta invención.
Fig. 2a un diagrama de bloques que muestra los
componentes del interruptor sin contacto.
Fig. 2b un diagrama de bloques que muestra
realizaciones alternativas de esta invención.
Fig. 3 una vista ilustrativa de la salida de
control (D) como función del indicador (f).
Fig. 4 un diagrama de bloques de una realización
alternativa de esta invención.
Fig. 5 una vista ilustrativa de la operación de
una luz ambiental según la presente invención.
Fig. 6 una vista transversal que muestra al
interruptor integral sin contacto instalado en una caja
eléctrica.
F. 7a/7b vistas que muestran al interruptor de
la invención con conexiones en serie y en paralelo.
F. 8a/8b vistas del interruptor de la invención
en una realización que incorpora un interruptor de
entrehierro.
F. 9a-9d vistas de otra
realización de la invención que incorpora lógica de control de
lámpara.
Para construir el interruptor para su uso en una
caja eléctrica de pared estándar y para cumplir con todos los
estándares internacionales, el interruptor debe ser tan compacto
como sea posible. El número y tamaño de los componentes debe
minimizarse, así como el número de líneas de datos entre los
elementos del circuito y el espacio ocupado por conexiones entre
componentes para reducir el número de clavijas del chip, reduciendo
así el tamaño del chip.
Algunos de los elementos usados en el
interruptor (triac, condensador amortiguador para triac, reactancia
de filtrado, fuente de energía, fusible) son básicos y se usan
convencionalmente en muchos tipos de dispositivos electrónicos.
Como son bastante grandes, normalmente reducirían el espacio útil
para partes electrónicas especializadas tales como el sensor
capacitivo, la circuitería de control, la retroiluminación,
etc.
En esta invención se logra un diseño integral
compacto mediante la detección de solamente la presencia de un
objeto como una mano colocada frente al sensor en lugar de su
posición en relación al sensor. Esto sólo produce un bit de datos
de entrada, al que nos referimos como "indicador". El control
de energía entregada por el interruptor se logra mediante un pulso
disparador de triac retrasado, de modo que los datos de salida
consisten solamente de un bit de salida. Esto da como resultado un
diseño muy compacto, usando solamente tres bits de datos, la
entrada desde el sensor, salida al triac, y una entrada desde un
detector de cruce por cero en CA, independientemente del número de
niveles o etapas de atenuación.
En referencia a la Fig. 1, se muestra una vista
esquemática de un interruptor sin contacto 1 correspondiente a la
presente invención. Se muestra el circuito del interruptor sin
contacto dividido en varios bloques funcionales.
Una CPU 2 es el bloque central y tiene cuatro
entradas y una salida.
La clavija A_{0} puede configurarse como una
entrada o una salida y se conecta a un detector de interferencia 3.
La clavija A_{0} se configura como salida solo momentáneamente
cuando el detector de interferencia se reinicia. El resto del
tiempo esta clavija queda configurada como una entrada. La CPU 2
usa esta entrada para verificar regularmente si hay interferencia.
Si la entrada es uno, se detectó una interferencia desde el último
reinicio del detector de interferencia. Si la entrada es cero, no
se detectó interferencia. Si se detectó interferencia mientras la
CPU estaba midiendo una salida desde el sensor, se descarta el
valor obtenido por la CPU. El detector de interferencia se reinicia
antes de comenzar el ciclo de mediciones del sensor.
La clavija Ails es una salida que genera un
impulso de disparo de triac. Un retraso (o tiempo transcurrido)
entre un cruce por cero en CA y el impulso de disparo determina un
nivel de corriente entregado a una carga. Si el retraso es cero, la
corriente es máxima. Si el retraso es la mitad del período de CA,
la corriente es cero. En la práctica no se usan ambos valores
extremos para el retraso. Si el triac no se dispara (el impulso de
disparo está ausente), la corriente entregada a una carga es cero.
En este caso el interruptor está desconectado
La clavija A_{2} es una entrada desde el
sensor 4, alimentada a un contador 5 en la CPU 2 que cuenta
impulsos detectados en un tiempo fijo predeterminado. De este modo
se convierte una frecuencia de salida de un sensor a un valor
binario. Otro modo de convertir la frecuencia de salida de un
sensor en un número binario es contar los impulsos de frecuencia
predeterminada dentro de cada período de la señal del sensor, y la
invención no se limita a uno de los métodos de conversión.
La clavija A_{3} es una entrada desde un
detector de cruce por cero de CA 6. Mediante esta entrada, la CPU se
sincroniza con el período de CA.
La clavija A_{4} es una entrada usada
opcionalmente cuando se usa un circuito de entrada de múltiples
unidades 7 para conectar varias unidades para controlar una única
carga. Un interruptor se declara como maestro para controlar la
corriente entregada a la carga, y los otros interruptores son
esclavos conectados a esta entrada maestra.
Un circuito de fuente de suministro de energía 8
completa el conjunto. En referencia a la Fig. 2a, el interruptor
sin contacto se ilustra mediante un diagrama de bloques. Una
entrada desde un sensor 4, que puede ser una señal de frecuencia,
se convierte en el contador de conversión A/D 5 a valor digital.
Este valor digital se pasa a través de un diferenciador 9. Debido
al diferenciador, el interruptor sólo reacciona ante cambios en la
capacitancia, pues el diferenciador cancela cualquier objeto
permanente frente al sensor, brindando así una
auto-calibración del interruptor. Una salida del
diferenciador después se pasa a un comparador 10 que verifica para
confirmar si la salida del diferenciador es suficientemente grande
como para superar un nivel umbral. Una salida del comparador es un
indicador f si un objeto tal como una mano está presente frente al
sensor. Si un objeto tal como una mano está presente frente al
sensor, se establece el indicador f. Si el objeto permanece frente
al sensor, la salida del diferenciador se reduce lentamente. La
tasa de reducción de la salida depende de la constante de tiempo
del diferenciador. Si el objeto permanece frente al sensor por un
tiempo suficiente para que la salida del diferenciador se reduzca
hasta quedar por debajo del umbral del comparador, el indicador f
se reinicializa. Si por ejemplo la mano permanece frente al sensor
por varios minutos, el interruptor sólo reacciona a ella por
algunos segundos. La constante de tiempo del diferenciador
determina por cuánto tiempo el interruptor reacciona a la mano
fija. Si se aumenta la constante, el interruptor reacciona por más
tiempo al objeto fijo y viceversa. Después de esto, el interruptor
se recalibra a un nuevo valor y deja de reaccionar. El interruptor
sólo reaccionará de nuevo si se quita la mano y se coloca de nuevo
frente al interruptor o si otro objeto se agrega a la mano frente
al sensor. Pueden usarse dos constantes de tiempo diferentes en el
diferenciador, una para cuando el valor de entrada se aumenta y
otra para cuando el valor de entrada se reduce. El diferenciador
reacciona de modo diferente cuando el objeto se coloca frente al
sensor y cuando se quita. Cuando un objeto fijo se coloca frente
al sensor, la primera constante de tiempo determina por cuánto
tiempo se establecerá el indicador f, es decir, el tiempo que toma
para que el interruptor se calibre cuando se pone un objeto frente
al sensor. La otra constante de tiempo determina cuánto tiempo
transcurre para que el interruptor se recalibre cuando se quita el
objeto. Ambas constantes podrían ser iguales pero a veces puede
preferirse que la segunda constante sea mucho más baja que la
primera de modo tal que el interruptor se calibre más lentamente si
la mano se pone frente al sensor, dando un tiempo adecuado para
activar y operar el atenuador. Cuando se quita la mano, el
interruptor se calibra mucho más rápido y esto hace que se pueda
disponer completamente del espectro de salida del diferenciador
cuando se pone la mano frente al sensor nuevamente. Como el
diferenciador está constituido mediante software, pueden usarse
varios algoritmos para calcular la salida del diferenciador para
así optimizar la salida del diferenciador para optimizar la
operación del interruptor.
El indicador f se transmite después a un
componente de lógica de control de salida 11. Este componente de
lógica calcula la energía a aplicar como corriente de salida como
función del indicador f. La salida de este componente es un valor
digital D, que determina la corriente entregada a la carga. El
valor de salida D de la lógica de control de salida se alimenta a
un contador de retraso 12. Este contador está sincronizado con el
período de CA mediante el detector de cruce por cero para generar
un retraso de tiempo después del cruce por cero de CA que es
proporcional al valor digital D. Este retraso determina la cantidad
de corriente entregada a la carga. Si el retraso es cero, la
corriente es máxima, si el retraso es de la mitad del período de
CA, la corriente es cero. La salida del control de retraso controla
un triac 13. Hay muchos algoritmos posibles para calcular el valor
D como función del indicador f. Una de estas posibilidades, donde
una salida (D) es una función del indicador f se muestra en la Fig.
3 y se describe abajo.
En relación a la Fig. 3, cuando el indicador f
cambia de cero a uno, se establece la conmutación de la salida. Si
la salida es cero, se establece al máximo, si la salida es
diferente de cero, se establece a cero. Si el impulso es más corto
que la constante de tiempo t_{d} (impulsos a, b, d y e en la Fig.
3) no se implementa ninguna acción aparte de definir la salida. Si
el impulso es más largo que una constante de tiempo t_{d}, se
activa la función de atenuador además de la conmutación de la
salida. Si la salida es máxima después de la conmutación, comienza
a disminuir (impulso c), si la salida es mínima después de la
conmutación, comienza a aumentar (impulso f), si el impulso es
suficientemente largo para que la salida aumente al nivel máximo de
salida (o disminuya al nivel mínimo), cambia la dirección. La
salida oscila lentamente en un patrón de dientes de sierra hasta
que se reinicializa el indicador f.
Si el atenuador está activo, es decir, la salida
está aumentando o disminuyendo, y el indicador f es cero por una
corta duración y después uno de nuevo (mostrado como pausa entre g
y f), el interruptor sólo cambiará la dirección del atenuador en
lugar de conmutar su salida. De este modo puede hacerse un ajuste
fino de la salida del atenuador ajustándolo hacia arriba y hacia
abajo a un valor deseado. Pero si el indicador f es cero por un
intervalo de tiempo más largo que un valor predeterminado, mostrado
como el pulso d después de c, la salida conmutará su estado.
El algoritmo usado para calcular la salida del
interruptor como una función del indicador f puede realizarse
enteramente por software incorporado en el chip, si se desea, a
diferencia de cuando se establece definitivamente como firmware,
permitiendo así el uso de diferentes algoritmos sin cambiar el
tamaño del chip y el número de componentes. Hay un número infinito
de algoritmos posibles para calcular D(f). Uno de ellos
podría ser simplemente una función de botón pulsador: la salida
será máxima sólo cuando el indicador f sea uno y cero en cualquier
otra situación. Otro algoritmo podría ser un simple interruptor sin
atenuador donde la salida conmuta con cada transición de cero a uno
del indicador f.
En relación a la Fig. 4, como alternativa la
lógica de control de salida puede producir una señal de activación
de relé. Si esta señal es "uno", se activa un relé 14, si la
señal es "cero" no se activa el relé. El estado de la salida
se conmuta con cada transición de cero a uno del indicador f. Si se
usa un relé, no hay necesidad para el temporizador de retraso.
Nuevamente, este cambio puede incorporarse en software para la CPU,
de modo que esta realización alternativa no cambiaría el tamaño del
chip ni el número de componentes.
El detector de cruce por cero de CA se usa para
sincronizar la CPU con el período de CA.
Un transistor T_{5} conduce en una media onda
positiva del período y está apagado en una media onda negativa. La
CPU detecta un cruce por cero del período al detectar una
transición en la clavija A_{3}. Por supuesto, hay muchas
topologías posibles de detector de cruce por cero conocidas en la
técnica que pueden ser usadas en este interruptor.
Nuevamente en referencia a la Fig. 1, la unidad
de suministro de energía, ilustrada como bloque 8, se usa para
suministrar energía al circuito del interruptor. Hay también muchas
posibles topologías para ella, y cualquiera de ellas puede usarse
con la condición de que se suministre suficiente energía al
interruptor para una operación continuada en el peor caso posible,
como por ejemplo cuando el interruptor se enciende completamente y
el voltaje de línea de CA es mínimo. La unidad de suministro de
energía debe suministrar suficiente energía cuando el interruptor
está conectado ya sea en paralelo (conexión de tres alambres) o en
serie (conexión de dos alambres), tal como se ilustra en las Figs.
7a y 7b. Cuando está conectado en paralelo, la energía se obtiene
directamente del suministro de CA con una conexión de energía
separada. Cuando el interruptor está conectado en serie con la
carga, la energía se deriva de la caída de voltaje en el triac.
Cuando el interruptor (triac) está completamente encendido, la
caída de voltaje en el triac es muy baja. Obtener suficiente
voltaje de la caída de voltaje en el triac podría ser muy difícil
cuando el interruptor está conectado en serie con la carga y
completamente encendido, que es como la vasta mayoría de los
interruptores hogareños normales están conectados. En consecuencia,
una unidad de suministro de energía preferida estará configurada
del siguiente modo. Si el voltaje de línea de CA está en una media
onda positiva y por debajo de 15V (o algún otro voltaje bajo
predeterminado), un transistor T_{2} estará cerrado, dejando una
compuerta de T_{3} en un potencial positivo. T_{3} está en
estado conductivo, conectando un condensador C_{3} al voltaje de
línea y cargándolo. Cuando el voltaje de línea aumenta por sobre
15V (o algún otro voltaje bajo predeterminado), un diodo zener
ZD_{1} conduce, y T_{2} se abre. Esto conecta la compuerta de
T_{3} a tierra y T_{3} deja de conducir. En otros términos,
cuando el voltaje de línea está en una media onda positiva y por
debajo de 15V, el condensador C_{3} está conectado al voltaje de
línea y cargado. Cuando el voltaje aumenta por encima de 15V,
C_{3} está desconectado del voltaje de línea. El voltaje en el
condensador C_{3} además está regulado por T_{4} y ZD_{2}.
De este modo se suministra un voltaje suave y
constante con bajos voltajes de línea de CA incluso cuando la
unidad está conectada en serie y completamente encendida. Otra
ventaja es que evita grandes condensadores de alto voltaje o
grandes resistencias de alto nivel de vatios, como los que se
encuentran típicamente en un circuito así, manteniendo así el
interruptor con un tamaño general pequeño y compacto. Una fuente de
energía tal podría también usarse para suministrar una corriente
suficientemente grande para utilizar LEDs o pequeñas lámparas para
retroiluminar la placa del interruptor. Por supuesto, podrían
usarse otras topologías para acoplar directamente un condensador al
voltaje de línea y cargarlo, mientras que el voltaje de línea es
suficientemente bajo.
El detector de interferencia 3 puede ser un
simple circuito de dos estados (flip-flop)
reinicializado por la CPU (cuando A_{0} está funcionando como
salida). Si este circuito detecta una interferencia en el ciclo de
la CPU de medición de señal del sensor, el valor obtenido por esta
medición podría ser inexacto. En otros términos, si este bloque
detecta una interferencia cuando la CPU está midiendo la señal de
entrada del sensor, la CPU descarta el valor medido. El detector de
interferencia mejora la inmunidad al ruido, pero es opcional para
el funcionamiento del interruptor pues pueden incorporarse rutinas
puramente de software en la CPU para mejorar la inmunidad al
ruido.
Algunas rutinas posibles de software que pueden
incorporarse en la CPU para mejorar la inmunidad al ruido incluyen:
Contar las mediciones "válidas". El indicador f se establece a
uno sólo después de un número predeterminado de mediciones
"válidas". La medición es "válida" si establece el
indicador f. Esto significa que algún número de mediciones debe
poder establecer el indicador f para que el indicador quede
realmente establecido. Por ejemplo, que el valor de mediciones
"válidas" requeridas sea tres. Se mide el primer valor, se lo
diferencia y compara y registra en un contador de mediciones
válidas 15. Si la salida del diferenciador es suficientemente
grande para que el indicador f se establezca, el contador de
mediciones válidas s se establece a valor uno pero el indicador f no
se establece. Después se mide otro valor, se lo diferencia y
compara. Si la salida del diferenciador para este segundo valor
también es suficientemente grande para que se establezca el
indicador f, el contador de mediciones válidas se aumenta al valor
dos, pero el indicador f aún no se establece.
Se mide, diferencia y compara el siguiente
valor. Si la salida del diferenciador para el tercer valor es
también suficientemente grande para que el indicador f se
establezca, el contador de mediciones válidas aumenta al valor tres
y finalmente se establece el indicador f. Si la salida del
diferenciador para cualquiera de las tres mediciones fuera
demasiado baja para establecer el indicador f, el contador de
mediciones válidas se establecería en cero. Se necesita una serie
de tres mediciones válidas para establecer el indicador f,
eliminando una o más mediciones de sensor erróneas no repetitivas
debido a interferencia temporaria.
Eliminación de mediciones que difieren
demasiado. Un objeto como puede ser una mano se mueve hacia el
sensor en un tiempo finito. Este período de tiempo es usualmente
mucho más largo que el tiempo que transcurre entre dos mediciones
sucesivas. Por lo tanto, se tomarán muchas mediciones para un único
movimiento de mano incluso cuando se mueva la mano rápidamente.
Como consecuencia, las series de valores medidos podrían compararse
entre sí para detectar una anomalía en un comparador 16. Por
ejemplo, la mano se mueve incrementalmente entre mediciones, la
salida del sensor sólo debería cambiar en un incremento pequeño en
correspondencia. Si la diferencia entre un valor medido previamente
y un valor medido actualmente es demasiado grande, por ejemplo,
aumentando en un 100%, a diferencia de un cambio incremental
esperable de 10%, la gran diferencia se interpreta como
interferencia y el valor actual se descarta. Filtrado. Otro método
para reducir la interferencia por ruido es colocar un filtro
analógico 17 entre la salida del sensor y la entrada de la CPU,
para quitar variaciones temporarias en la señal analógica, para
suavizar la señal. El tipo de filtro depende del tipo de señal
analógica usada para la salida del sensor. En el caso de una salida
de un sensor con frecuencia, podría usarse un filtro de paso por
banda o BEF (bucle enganchado en fase). En el caso de una señal de
voltaje de CC, podría usarse un filtro de paso bajo. Este filtro
podría implementarse como un filtro digital 17a dentro de la CPU,
ubicado entre el conversor A/D y el diferenciador, tal como se
muestra en la Fig. 2b. Por supuesto, la implementación digital del
filtro o BEF no aumenta el número de componentes o el tamaño del
interruptor.
La entrada de unidades múltiples permite como
opción conectar múltiples unidades de interruptor para controlar
un único circuito eléctrico, por ejemplo una lámpara de habitación,
Un interruptor se considera como maestro para controlar la luz, y
otros interruptores actúan como esclavos, conectados como señales
de entrada al maestro. Los esclavos solamente pasan información
sobre el estado del sensor esclavo al maestro y no controlan la luz
directamente. Esto puede usarse en una habitación con varias
puertas, estando el maestro ubicado al costado de una puerta y los
esclavos al costado de las demás puertas. El bloque ilustrado en la
Fig. 1 realiza un acondicionamiento simple de señal, pues las
señales de las unidades esclavas son enviadas a la CPU. Esto por
supuesto es opcional para la operación del interruptor, pero ilustra
la flexibilidad en uso y control lograda por el interruptor de la
invención que ha aumentado la funcionalidad por encima de los
interruptores de la técnica anterior.
En una realización de la invención, una unidad
esclava puede conectarse al maestro mediante una conexión de dos
alambres, un alambre se conecta a la entrada de unidades múltiples,
con múltiples unidades esclavas conectadas en paralelo en los
mismos dos alambres. El/los esclavos pueden recibir energía y
enviar información de sensor mediante este único par de alambres.
Usando solamente dos alambres se logra reemplazar varios
interruptores preexistentes que controlan la misma carga usando
cableado preexistente. No se requiere cableado adicional.
El sensor 4 entrega una señal analógica
relacionada a la constante dieléctrica del medio frente al sensor.
Si la constante dieléctrica cambia, la señal cambia en
correspondencia. Por supuesto, los cambios deberían ser
suficientemente grandes como para poder medirse. En una realización
preferida, el sensor es un oscilador con una frecuencia de señal de
salida inversamente proporcional a la constante dieléctrica del
medio frente al sensor. Otros tipos de señales analógicas podrían
usarse también (frecuencia, voltaje de CC, ancho de pulso,
etc.).
\newpage
Como opción, pueden agregarse al interruptor
LEDs o bombillas de luz de bajo voltaje para retroiluminar la
placa frontal desde atrás. Los LEDs o bombillas pueden ser de
diferente color y pueden variar en intensidad. La función de estos
LEDs y bombillas puede ser puramente decorativa o pueden usarse
para indicar distintos estados funcionales del interruptor, o
ambos. Por ejemplo, LEDs azules, rojos y verdes pueden instalarse
detrás de la placa frontal. Como estos LEDs variarían de intensidad,
puede lograrse un espectro completo de combinaciones de color.
Distintos colores pueden corresponder a distintos niveles del
atenuador o el color puede cambiar lentamente por sí mismo con
fines decorativos. La placa frontal puede ser transparente o
semitransparente para mostrar estas variaciones de colores a través
de la placa, o puede tener aberturas o ventanas a través de las
cuales la luz pasaría. Pueden lograrse varios efectos mediante
este método. Si la placa frontal está hecha por ejemplo de
materiales que reflejan la luz de un modo interesante (por ejemplo
usando estructuras cristalinas transparentes), esto haría que la
placa frontal cambie de color por todo el espectro cromático. Al
escoger ubicaciones, cantidad y color de los LEDs o bombillas para
instalarlos, combinados con varios materiales y formas de la placa
frontal, puede lograrse un número infinito de combinaciones de
efectos. Por supuesto, puede usarse un único LED o bombilla de este
modo para retroiluminar la placa frontal del interruptor cuando el
interruptor está apagado para indicar la ubicación del interruptor
en la oscuridad.
En relación a la Fig. 5, una habitación 18 tiene
una luz 19 conectada a un interruptor 20 ubicado tras una placa de
cobertura 36. En relación a la Fig. 6, el interruptor 20 se muestra
en sección transversal, el interruptor 20 tiene un sensor 21
conectado a una placa de circuito 22 que contiene la CPU y otros
componentes identificados en la Fig. 1, ubicados dentro de una
carcasa 23 que tiene patas de instalación 24 y 25 para fijar a una
caja eléctrica estándar 26. Un alambre de entrada 27 se recibe en
un conector 28 y un alambre de salida 29 se recibe en un conector
30. Un par de alambres neutros 31 y 32 se reciben en una tuerca de
alambres 33. La placa de cobertura 36 se dispone sobre el
interruptor 20. Tres LEDs 34a, b y c están ubicados en una
superficie frontal de la carcasa, tras la placa de cobertura.
Durante la operación, se coloca una mano 35
delante del interruptor para encender o apagar el interruptor o
emplear el control de atenuador tal como se ha descrito arriba,
cambiando el estado de la luz de encendido a apagado o
viceversa.
Algunos estándares para interruptores eléctricos
requieren un interruptor de entrehierro adicional incorporado al
interruptor, quedando accesible este interruptor de entrehierro al
usuario sin quitar la placa de cobertura, de modo tal que el
interruptor de entrehierro dentro del dispositivo pueda operarse
con la placa de cobertura decorativa instalada. Por supuesto, se
podría usar un interruptor de entrehierro mecánico con este
interruptor. Sin embargo, si se prefiere mantener algunas de las
ventajas de la invención, especialmente para evitar el uso de
agujeros en la placa de cobertura o palancas saliendo del
interruptor, una solución es operar el interruptor de entrehierro
mediante el movimiento de la placa de cobertura decorativa entera.
Este movimiento podría ser por ejemplo rotativo, vertical,
horizontal, basculante o cualquier combinación y variación de estos
movimientos. El interruptor de entrehierro también podría
controlarse mediante la remoción o el fijado de la placa de
cobertura, es decir, acción de empujar o tirar actuando sobre la
placa de cobertura. Por ejemplo, si se quita la placa decorativa de
cobertura, el interruptor de entrehierro está apagado y cuando la
placa de cobertura está colocada, el interruptor de entrehierro está
encendido (o viceversa). En otras palabras, la placa decorativa de
cobertura íntegra actúa como actuador para el interruptor mecánico
de entrehierro.
En algunos casos es útil controlar el
interruptor mediante un dispositivo de control remoto o
intercambiar información entre interruptores. Este tipo de sistemas
se están volviendo más prácticos y están siendo considerados o
incluidos en nuevos edificios "inteligentes". Este tipo de
instalación puede emplear cables especiales de comunicación
conectando todos los dispositivos en comunicación, o
preferentemente, usar las líneas existentes de CA para intercambiar
información entre el interruptor y una unidad central de
procesamiento o entre interruptores. El interruptor de la invención
puede integrarse en este tipo de sistemas y programarse y/o
controlarse mediante esta comunicación o simplemente enviar
información sobre su estado. Pueden usarse varios protocolos y
métodos de transmitir recibir la información entre unidades a
través de la línea de energía de CA. También podrían usarse para
transmisiones entre las unidades protocolos de radio o
infrarrojos.
La Fig. 8a es una vista en sección transversal
que muestra una realización de un interruptor de entrehierro 38.
El interruptor de entrehierro se opera mediante el movimiento de la
placa de cobertura 36. Al mover la placa de cobertura 36 hacia
arriba como ilustra la flecha 41a o hacia abajo como ilustra la
flecha 41b, un elemento de conexión 42 mueve un actuador de
interruptor de entrehierro 39. Cuando el usuario mueve la placa de
cobertura 36 hacia arriba, el actuador del interruptor de
entrehierro 39 también se mueve hacia arriba, y cuando el usuario
la mueve hacia abajo, el actuador 39 se mueve hacia abajo. De este
modo puede cambiarse el estado del interruptor de entrehierro 38
mediante el movimiento de la placa de cobertura 36.
En relación a la Fig. 8b, la placa de cobertura
36 tiene los elementos 42 acoplados al actuador 39 del
interruptor. Por supuesto, hay distintos modos de traducir los
movimientos de la placa de cobertura al interruptor 38, y el que se
muestra en las Fig. 8a y 8b es meramente ilustrativo. Pueden usarse
también distintos tipos de interruptores de entrehierro con
distintas disposiciones de actuadores. El interruptor de
entrehierro puede conectarse de modo de controlar la carga
directamente y de este modo puede omitirse cualquier componente
innecesario o duplicado del interruptor.
La Fig. 9a es un diagrama de bloques de una
realización alternativa de la invención. La CPU 2 tiene un bloque
de control 37 que calcula señales de control para tres fuentes de
luz 34a, 34b, 34c, que en este caso son LEDs. Estas señales de
control pueden calcularse usando datos de otro tipo de información
procesada o accesible en la CPU 2, tal como la salida A/D, lógica
de control de salida, indicador, etc., o sin ninguna referencia a
los estados internos de la CPU. Las señales de control se entregan
mediante las salidas A_{5} a A_{7}, corriente aplicada a cada
LED y/o bombilla individual, determinando la fuente de luz a
iluminar y/o el brillo, que puede variarse mediante una señal en
una salida de control correspondiente. Pueden conectarse varias
fuentes de luz, como LEDs y/o bombillas, a una única salida. La
Fig. 9b muestra una conexión de un grupo de LEDs que responden a
una única salida. La Fig. 9c muestra una conexión de una única
bombilla y la Fig. 9d muestra una conexión de un grupo de bombillas
que responden a una única salida. Por supuesto, se pueden hacer
conexiones mezcladas de bombillas con LEDs, o grupos de ambas.
Además, aunque en la Fig. 9a se muestran tres
salidas de control de LED y/o bombilla A_{5} a A_{7} y tres
LEDs 34a, 34b y 34c, también puede usarse otra cantidad diferente
de salidas, LEDs y bombillas. También pueden usarse controladores
separados de LEDs y/o bombillas. Para resumir, el interruptor de la
invención en su forma más básica puede usar medios para detectar la
presencia de un objeto y para generar un indicador como primer bit
de datos, un triac para entregar un impulso disparador retrasado
de triac que es un segundo bit de datos usado para controlar el
nivel de corriente entregado por el interruptor y un detector de
cruce por cero en CA para detectar un cruce por cero del período de
CA como un tercer bit de datos. Por lo tanto puede ofrecerse un
interruptor con muy pocos componentes y conexiones de clavijas de
entrada/salida, lo que da como resultado un conjunto compacto e
integrado.
El medio de detección preferentemente es un
sensor capacitivo, y una unidad central de procesamiento recibe y
procesa el primer bit de datos relativo al bit de cruce del período
de CA para generar el impulso retrasado de disparo de triac para
controlar la corriente entregada a la carga. Como alternativa,
puede usarse un relé en lugar del triac para emitir una salida como
el segundo bit de datos para controlar el nivel de corriente para
el circuito.
Se encuentra incorporado un circuito de fuente
de suministro de energía, y otros elementos adicionales como un
conversor A/D para convertir el primer bit de datos a un valor
digital, un diferenciador para garantizar que haya reacción
exclusivamente ante cambios capacitivos, un comparador para
confirmar que el primer bit de datos sea lo suficientemente grande
como para superar un nivel de umbral, un conversor de lógica de
control donde la cantidad de energía a suministrar como función del
primer bit de datos se calcula en relación al tercer bit de datos,
entre otros componentes. Pueden incorporarse varios algoritmos en
la unidad central de procesamiento para determinar el estado de
encendido apagado del interruptor y/o la función de atenuador.
Preferentemente, se usa un interruptor de
entrehierro con una placa de cobertura removible para cortar el
suministro de energía al circuito. Este puede usarse en otros
interruptores aparte de aquel descrito en la presente. El
interruptor de entrehierro tiene una placa de cobertura con medios
para acoplar un interruptor de desconexión incorporado al circuito
de suministro de energía. La placa de cobertura está instalada de
un modo tal que esté dispuesta para moverse como por ejemplo
deslizándose hacia arriba o hacia abajo para accionar un
interruptor de desconexión de tipo con palanca, y tiene un brazo
para activar la palanca, o está instalada de modo tal que se puede
tirar de ella o empujarla para activar un interruptor de
desconexión de tipo botón pulsador.
Además, puede integrarse con el interruptor un
sistema de iluminación para usarse con placas de cobertura, aunque
puede también usarse con otros interruptores, otros componentes
eléctricos o incluso como unidad independiente. Este sistema de
iluminación incorporaría una fuente de luz, medios para conexión a
un suministro de energía, un conjunto de instalación para sostener
la fuente de luz y la fuente de energía tras una placa de
cobertura y un controlador para controlar la fuente de luz como por
ejemplo encendiendo o apagando la fuente de luz, iniciando
secuencias específicas de iluminación de un único LED/bombilla o
múltiples emisores de luz que constituyen la fuente de luz, así
como la intensidad de esta fuente de luz. Este sistema de
iluminación puede integrarse con varios componentes eléctricos
diferentes, o puede integrarse con una placa de cobertura, o
constituir un producto de iluminación independiente instalado en
receptáculos de pared con o sin componentes eléctricos. Por
ejemplo, pueden ofrecer un efecto estético como resaltar una imagen
colocada en la pared o brindar iluminación mediante varias placas
de cobertura visibles en una habitación. La fuente de luz puede
responder al flujo de corriente tal como se describió arriba, o
producir una secuencia programada de iluminación o intensidad, para
llamar la atención, o conectarse a controladores externos para
activar el interruptor y/o la operación. Por ejemplo, la conexión a
un Ordenador en un edificio "inteligente" puede permitir su
encendido en ciertas horas del día o cuando otras luces se
desactivan para brindar un reemplazo para una iluminación completa
del ambiente, para actuar como iluminación nocturna, luz de
emergencia, luz de advertencia, etc.
Aunque se han mostrado y descrito realizaciones
preferidas de la presente invención, los expertos en la materia
entenderán que pueden realizarse varios cambios o modificaciones
sin salir del ámbito cubierto por la presente invención.
- 1
- interruptor sin contacto
- 2
- CPU
- 3
- detector de interferencia
- 4
- sensor
- 5
- contador
- 6
- detector de cruce
- 7
- circuito
- 8
- circuito de fuente de suministro de energía
- 9
- diferenciador
- 10
- comparador
- 11
- componente de lógica de control
- 12
- contador de retraso
- 13
- triac
- 14
- relé
- 15
- contador de mediciones
- 16
- comparador
- 17
- filtro analógico
- 18
- habitación
- 19
- luz
- 20
- interruptor
- 21
- sensor
- 22
- placa de circuito
- 23
- carcasa
- 24
- patas de instalación
- 25
- patas de instalación
- 26
- caja eléctrica
- 27
- alambre de entrada
- 28
- conector
- 29
- alambre de salida
- 30
- conector
- 31
- alambres neutros
- 32
- alambres neutros
- 33
- tuerca de alambres
- 34a
- fuentes de luz
- 34b
- fuentes de luz
- 34c
- fuentes de luz
- 35
- mano
- 36
- placa de cobertura
- 37
- bloque de control
- 38
- interruptor
- 39
- actuador del interruptor
- 41a
- flecha
- 41b
- flecha
- 42
- elemento de conexión
\vskip1.000000\baselineskip
- T_{2}
- transistor
- T_{3}
- transistor
- C_{3}
- condensador
- ZD_{1}
- diodo zener
- ZD_{2}
- diodo zener
- A_{0}
- clavija
- A_{1}
- clavija
- A_{2}
- clavija
- A_{3}
- clavija
- A_{4}
- clavija
- A_{5}
- salidas
- A_{6}
- salidas
Claims (25)
1. Un interruptor eléctrico compacto sin
contacto (1) para ser usado en una caja eléctrica (26) que puede
instalarse en una pared y que posee un circuito eléctrico (2, 6, 7,
8) que comprende:
- \quad
- medios (4) para detectar la presencia de un objeto adyacente al interruptor (1) y para generar una señal de salida, caracterizado por comprender además:
- una unidad central de procesamiento (2) conectada al medio de detección de presencia (4) y que posee medios para recibir la señal de salida de este, y que posee medios de procesamiento de señal (9, 10, 11, 12) para calcular una salida de corriente en respuesta a la señal de salida para generar una señal de control para controlar la corriente suministrada al circuito eléctrico (2, 6, 7, 8), y además la unidad central de procesamiento (2) cuenta con un diferenciador para recibir la señal de salida y para transmitir la señal de salida sólo ante un cambio de presencia frente al interruptor (1).
2. El interruptor correspondiente a la
reivindicación 1, caracterizado porque el medio de detección
es un sensor capacitivo (4).
3. El interruptor correspondiente a las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por comprender además
un detector de cruce por cero de periodo de CA (6) y un triac en el
circuito eléctrico (2, 6, 7, 8) y donde la señal de control es un
impulso retrasado de disparo de triac (13) para controlar la
corriente suministrada al circuito eléctrico (2, 6, 7, 8).
4. El interruptor correspondiente a las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por comprender además
un relé (14) en el circuito eléctrico (2, 6, 7, 8), donde la señal
de control activa el relé (14) para controlar el nivel de
corriente en el circuito eléctrico (2, 6, 7, 8).
5. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por
comprender además un conversor A/D (5) para convertir la señal de
salida del medio de detección (4) a un valor digital.
6. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por
comprender además un comparador (10) para comparar la señal de
salida con un nivel de umbral para transmitir un primer bit de
datos sólo cuando la señal de salida supera el nivel de umbral.
7. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
medio de procesamiento de señal es un conversor de lógica de
control (11) donde la cantidad de corriente a entregar se determina
como función de la señal de salida.
8. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores 3 a 7, caracterizado por
comprender además un contador de retraso (12) sincronizado con un
período de CA mediante el detector de cruce por cero de período de
CA (6) para generar un retraso de tiempo después del cruce por cero
en el período de CA proporcional a la señal de salida.
9. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
señal de control varía el nivel de corriente en el circuito
eléctrico (2, 6, 7, 8) para ofrecer una función de atenuador.
10. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por
comprender además una fuente de suministro de energía (8) para el
interruptor.
11. El interruptor correspondiente a la
reivindicación 10, caracterizado porque la fuente de
suministro de energía (8) comprende un elemento semiconductor que
acopla un condensador (C3) directamente a un voltaje de línea, de
tal modo que cuando el voltaje de línea está por debajo de cierto
nivel, el condensador se carga.
12. El interruptor correspondiente a la
reivindicación 11, caracterizado por comprender además un
regulador conectado al condensador (C3) para regular el voltaje de
línea.
13. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por
comprender además un interruptor de entrehierro (38) conectado con
el interruptor eléctrico sin contacto, una placa de cobertura móvil
(36) acoplada al interruptor de entrehierro (38) para activar el
interruptor de entrehierro (38) para interrumpir el suministro de
energía (8) al circuito eléctrico (2, 6, 7, 8).
14. El interruptor correspondiente a la
reivindicación 13, caracterizado porque la placa de
cobertura (36) tiene medios (39, 42) para conectar el interruptor
de entrehierro (38).
15. El interruptor correspondiente a las
reivindicaciones 13 o 14, caracterizado porque la placa de
cobertura (36) es móvil para conmutar un interruptor de desconexión
de palanca (39), y la placa de cobertura (36) tiene un brazo (42)
para activar la palanca.
16. El interruptor correspondiente a la
reivindicación 13, caracterizado porque la placa de
cobertura (36) es móvil para poder tirar de ella o empujarla para
conmutar un interruptor de desconexión de botón pulsador (39).
17. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por
comprender además medios para iluminación integrados con el
interruptor.
18. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por
comprender además un controlador ubicado remotamente en
comunicación con el interruptor para activar u operar el
interruptor a distancia.
19. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por
comprender además una entrada separada para control por una unidad
esclava de sensor sin contacto.
20. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por
comprender además un detector de interferencia (3) para mejorar la
inmunidad ante el ruido.
21. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
unidad central de procesamiento posee un algoritmo de software para
mejorar la inmunidad ante el ruido.
22. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una
integración en un sistema de iluminación que comprende al menos una
fuente de luz (34), medios (37) para conectar la fuente de luz con
una fuente de suministro de energía por la cual la fuente de luz
(34) se enciende o apaga, o una secuencia de iluminación de una
única fuente de luz (34) o múltiples fuentes de luz (34) se inicia
o varía la intensidad de la fuente de luz (34).
23. El interruptor correspondiente a la
reivindicación 22, caracterizado porque la intensidad de la
fuente de luz (34) varía en respuesta al flujo de corriente a
través del circuito eléctrico (2, 6, 7, 8).
24. El interruptor correspondiente a las
reivindicaciones 22 o 23, caracterizado porque la unidad
central de procesamiento (2) está programada para generar una
secuencia de iluminación o una intensidad para atraer la
atención.
25. El interruptor correspondiente a cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
diferenciador se constituye mediante software con un algoritmo para
calcular la salida del diferenciador.
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