PL233617B1

PL233617B1 - PCB printed circuit board, especially as part of the proximity presence sensor installed in construction

Info

Publication number: PL233617B1
Application number: PL423239A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Lesniak
Original assignee: Lesniak Wojciech Raycon Tech
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2019-11-29
Also published as: PL423239A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest płytka drukowana PCB, zwłaszcza jako element czujnika zbliżeniowego obecności instalowanego w budownictwie.The subject of the invention is a printed circuit board, especially as an element of the proximity sensor installed in building industry.

Znane są na rynku czujniki zbliżenia mające zdolność do wykrywania obiektów w określonym przedziale odległości względem punktu referencyjnego. Działają one zwykle jako źródło informacji dla kontrolnych układów wykonawczych przełączanych w chwili wykrycia obiektu w pobliżu czujnika zbliżeniowego. Istnieje obecnie wiele typów czujników zbliżeniowych jak np. optyczne, indukcyjne, pojemnościowe, mikrofalowe (radarowe), ultradźwiękowe, magnetyczne a nawet mechaniczne, pozwalających na wykrywanie obiektów metalowych lub niemetalowych, bardzo małych a niektóre na duże odległości. Wszystkie przywołane wyżej przykładowe dostępne komercyjnie na rynku czujniki, przeznaczone są w przeważającej części do zastosowań przemysłowych w procesach produkcyjnych a te do zastosowań w budownictwie jako osprzęt elektroinstalacyjny, skonstruowane są jako czujniki ruchu wykorzystujące sensory pasywnej podczerwieni (PIR) wymagając fizycznego przemieszczania się człowieka do prawidłowej detekcji. Osoby nieruchome mimo ich faktycznej obecności w obszarze pokrycia tych urządzeń np. w pomieszczeniu pozostają niewidoczne. Mikrofalowe czujniki obecności pozwalają co prawda na detekcję obiektów nieruchomych lecz wciąż w szerokim polu widzenia, a w dodatku nie sprawdzają się w pomieszczeniach zamkniętych z uwagi na duże zakłócające interferencje powodowane odbiciami fal radarowych od ścian i metalowych obiektów znajdujących się w pomieszczeniu. Ponadto, zarówno odległościowy oraz kątowy obszar pokrycia dostępnych obecnie na rynku elektroinstalacyjnych czujników ruchu sięga nawet kilkunastu czy kilkudziesięciu metrów oraz stu kilkudziesięciu stopi, czyniąc je bezużytecznymi w zastosowaniach wymagających wysokiej selektywności kierunkowej przy detekcji przemieszczających się bądź nieruchomych osób w pomieszczeniu.Proximity sensors are known in the market and are capable of detecting objects within a certain distance range from a reference point. They usually act as an information source for switching actuators when an object is detected near the proximity sensor. There are currently many types of proximity sensors, such as optical, inductive, capacitive, microwave (radar), ultrasonic, magnetic and even mechanical sensors, allowing the detection of metal or non-metal objects, very small and some at long distances. All the above-mentioned examples of commercially available sensors are intended mainly for industrial applications in production processes, and those for use in construction as electrical installation equipment, are designed as motion sensors using passive infrared (PIR) sensors, requiring the physical movement of humans to the correct detection. Immobile people, despite their actual presence in the coverage area of these devices, e.g. in a room, remain invisible. Microwave presence sensors allow for the detection of stationary objects, but still in a wide field of view, and in addition, they do not work well in closed rooms due to large disruptive interference caused by reflections of radar waves from walls and metal objects in the room. Moreover, both the distance and the angular coverage area of the electrical installation motion sensors currently available on the market reaches even several or several dozen meters and one hundred and several dozen feet, making them useless in applications requiring high directional selectivity for the detection of moving or stationary people in the room.

Celem wynalazku było takie opracowanie płytki drukowanej, aby stworzyć możliwość selektywnej kierunkowo i odległościowo detekcji obiektów, zarówno ludzi czy zwierząt jak i przedmiotów niebędących źródłem podczerwonego promieniowania cieplnego a także stworzyć możliwość wykrywania obiektów nie będących w ruchu. Jednocześnie płytka drukowana ma umożliwiać jej osadzanie w standardowych aktualnie i w przyszłości produkowanych podtynkowych puszkach, mostkach montażowych i ozdobnych ramkach elektrycznych, budynkowych wyłączników ściennych zapewniając jej uniwersalność, obniżone koszty produkcji a przy tym i obniżoną cenę.The aim of the invention was to develop a printed circuit board in such a way as to create the possibility of selective directional and distance detection of objects, both people or animals and objects that are not the source of infrared thermal radiation, and to create the possibility of detecting objects that are not in motion. At the same time, the printed circuit board should be able to be embedded in standard currently and in the future produced flush-mounted boxes, mounting bridges and decorative electric frames, building wall switches, ensuring its versatility, reduced production costs and at the same time a reduced price.

Istota płytki drukowanej według wynalazku wyposażonej w mikroprocesor, odbiornik promieniowania, czujnik poziomu światła widzialnego, świecącą diodę półprzewodnikową LED 4, klucz wykonawczy, złącze klucza wykonawczego, układ zasilania, złącze zasilania, oraz czujnik zbliżenia, polega na tym, że jako czujnik zbliżenia ma dalmierz o dużych wymiarach lub dalmierz o małych wymiarach jako aktywny sensor pomiarowy z nadajnikiem i odbiornikiem promieniowania optycznego w zakresie podczerwieni, które to dalmierze mają maksymalną, regulowaną odległość wykrywania obiektu do kilkunastu metrów i maksymalnie kilkunastostopniową wiązkę pomiarową oraz ma odbiornik promieniowania podczerwonego wyłącznie do bezprzewodowego odbioru sygnałów z pilota sterującego.The essence of the printed circuit board according to the invention, equipped with a microprocessor, a radiation receiver, a visible light level sensor, a shining LED semiconductor diode 4, an executive key, an executive key connector, a power supply system, a power connector, and a proximity sensor, is that it has a rangefinder as a proximity sensor with large dimensions or a rangefinder with small dimensions as an active measuring sensor with a transmitter and receiver of optical radiation in the infrared range, which rangefinders have a maximum, adjustable object detection distance up to several meters and a maximum measuring beam with a maximum of several degrees and an infrared radiation receiver only for wireless signal reception from the steering remote control.

Płytka może mieć centralne wycięcie dla wprowadzania przyrządu do pomiaru odległości oraz może mieć boczne występy lewy i prawy albo boczne wcięcia lewe i prawe do mocowania ze znanymi mostkami wyłączników elektrycznych.The board may have a central cutout for insertion of a distance measuring instrument and may have left and right side projections or left and right side cutouts for attachment with known electrical switch bridges.

Urządzenie według wynalazku cechuje zdolność do detekcji obecności zarówno organizmów żywych w tym człowieka, emitujących promieniowanie cieplne jak i przedmiotów niebędących źródłem promieniowania cieplnego a także zdolność wykrywania obiektów niebędących w ruchu.The device according to the invention is characterized by the ability to detect the presence of both living organisms, including humans, emitting thermal radiation and objects that are not the source of thermal radiation, as well as the ability to detect objects that are not in motion.

Dzięki zastosowaniu aktywnego sensora pomiarowego odległości o nieporównywalnie węższej wiązce pomiarowej w stosunku do dostępnych obecnie na rynku czujników ruchu PIR czy mikrofalowych, uzyskano możliwość selektywnej kierunkowo i odległościowo detekcji obiektów, niekoniecznie będących źródłem podczerwonego promieniowania cieplnego a także stworzono możliwość wykrywania obiektów nie będących w ruchu.Thanks to the use of an active distance measuring sensor with an incomparably narrower measuring beam compared to the PIR or microwave motion sensors currently available on the market, the possibility of selective directional and distance detection of objects, not necessarily the source of infrared thermal radiation, was achieved, as well as the possibility of detecting objects that are not in motion.

Nieoczekiwanie okazało się, że zaistniała korzystna możliwość regulacji selektywności odległościowej oraz czasu podtrzymania załączenia klucza wykonawczego w przyjętym zakresie przez użytkownika, co wynika z zastosowania również odbiornika promieni podczerwonych - ale tylko w celu bezprzewodowego zadawania z interfejsu użytkownika w postaci pilota sterującego - parametrów pracy czujnika zbliżeniowego obecności.Unexpectedly, it turned out that there was an advantageous possibility of adjusting the distance selectivity and the activation time of the operating key within the accepted range by the user, which results from the use of an infrared ray receiver - but only for wireless setting of the operating parameters of the proximity sensor from the user interface in the form of a remote control. presence.

PL 233 617 B1PL 233 617 B1

Ponadto, konstrukcja płytki drukowanej pozwala na szybkie i pewne jej łączenie z mostkami włączników elektrycznych albo posiadających prowadnice na zaczepy rozporowe, albo których konstrukcja nie pozwala na szybkie zamocowanie płytki bez dodatkowych detali mocujących. Taka konstrukcja płytki, daje nie tylko korzyści ze względu na łatwość i szybkość łączenia z mostkami wyłączników elektrycznych ale również korzyści finansowe obniżające radykalnie cenę produktu, gdyż nie jest konieczna produkcja ani własnych mostków ani konieczność produkcji ramek ozdobnych i zaślepek, co wiąże się z bardzo wysokimi kosztami form wtryskowych czy odlewniczych. Możliwość integrowania i osadzania urządzenia w różnorodnych kształtem, kolorem i fakturą produkowanych masowo i tanich ramek ozdobnych oraz mostków, poszerza potencjalne grono odbiorców a zarazem drastycznie obniża cenę całego urządzenia wraz z obudową.Moreover, the structure of the printed circuit board allows for its quick and reliable connection with the bridges of electric switches, either having guides for expansion catches, or the structure of which does not allow for quick mounting of the board without additional fixing details. Such a board design gives not only advantages due to the ease and speed of connecting electric switches with bridges, but also financial benefits that radically reduce the price of the product, because neither the production of own bridges nor the need to produce decorative frames and plugs are necessary, which is associated with very high costs of injection or casting molds. The ability to integrate and embed the device in a variety of shapes, colors and textures of mass-produced and cheap decorative frames and bridges, expands the potential group of recipients and at the same time drastically reduces the price of the entire device with the housing.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono bliżej w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dalmierz o dużych wymiarach, fig. 2 - dalmierz o małych wymiarach, fig. 3 - płytkę drukowaną dostosowaną do montażu dalmierza o dużych wymiarach, fig. 4 - płytkę drukowaną dostosowaną do montażu dalmierza o dużych wymiarach z występami bocznymi, fig. 5 - płytkę drukowaną dostosowaną do mocowania dalmierza o dużych wymiarach i z wypustami bocznymi, fig. 6 - płytkę drukowaną z dalmierzem o dużych wymiarach w widoku z przodu, fig. 7 - płytkę drukowaną z dalmierzem o dużych wymiarach w widoku z tyłu, fig. 8 - płytkę drukowaną z dalmierzem o małych wymiarach w widoku z przodu a fig. 9 - zestawienie płytki drukowanej z dalmierzem o dużych wymiarach i z wcięciami bocznymi, puszką podtynkową, mostkiem montażowym oraz ramką i jej zaślepką w widoku z przodu.The subject of the invention is shown in more detail in the examples of the drawing, in which fig. 1 shows a large-size rangefinder, fig. 2 - small-size rangefinder, fig. 3 - a printed circuit board adapted to the assembly of a large-size rangefinder, fig. 4 - a printed circuit board adapted for mounting a large rangefinder with side projections, fig. 5 - printed circuit board adapted for mounting a large rangefinder with side projections, fig. 6 - printed circuit board with large rangefinder in front view, fig. 7 - printed circuit board with a large rangefinder in the rear view, fig. 8 - a printed circuit board with a small rangefinder in the front view, and fig. 9 - a combination of a printed circuit board with a large rangefinder with side indentations, a flush-mounted box, a mounting bridge and a frame and its cap in front view.

Niżej dokładnie omówiono pierwszy przykład wykonania dotyczący płytki drukowanej z dalmierzem 1 o dużych wymiarach, jako półprzewodnikowym, aktywnym sensorem pomiarowym o regulowanej maksymalnej odległości wykrywania obiektu do kilkunastu metrów i wąską, maksymalnie kilkunastostopniową wiązką pomiarową. Płytka drukowana składa się z podłoża 2, z wykonanym w niej centralnym wycięciem 3, w które jest częściowo wprowadzony dalmierz 1 o dużych wymiarach przy czym soczewki 4 tego dalmierza 1 są usytuowane od strony przedniej podłoża 2. Do dalmierza 1 zamocowano dwie śruby 5 z nakrętkami 6 i regulacyjnymi, dystansowymi tulejkami 7 umożliwiającymi dostosowywanie odległości czoła dalmierza dużego 1od frontowej zaślepki 8 dowolnej ramki ozdobnej 9 niezależnie od producenta i typu wyłącznika czy czujnika zbliżeniowego, w którym osadzono płytkę według wynalazku. Śruby 5_przechodzą przez otwory 10 w podłożu 2. Na tej samej przedniej stronie podłoża 2 zamocowano odbiornik promieniowania podczerwonego 11, czujnik poziomu światła widzialnego 12 i świecącą diodę LED 13. Na stronie tylnej podłoża 2 zamocowano klucz wykonawczy 14, złącze klucza wykonawczego 15, układ zasilania 16, złącze zasilania 17 oraz mikroprocesor 18. W zależności od zastosowanego montażowego mostka 19 podłoże 2 płytki może mieć wykonane montażowe, boczne wypusty 20 lub montażowe, boczne wcięcia 21. Proporcje podłoża 2 płytki drukowanej są tak dobrane, aby mieściła się ona w standardowej puszce podtynkowej 22 a wypusty 20, albo wcięcia 21 pozwalały na mocowanie płytki 2 do dostępnych na rynku montażowych mostków 19 włączników elektrycznych, które to mostki 19 są oprawione w ozdobną ramkę 9 z umieszczoną w niej zaślepką 8, która ma dwa otwory 23 współosiowe z soczewkami 4, otwór 24 współosiowy z czujnikiem 9 poziomu światła widzialnego, otwór 25 współosiowy z diodą LED 10 oraz otwór 26 współosiowy z odbiornikiem 11 promieniowania podczerwonego. W przypadku zastosowania znacznie mniejszego aktywnego sensora pomiarowego dostosowanego do bezpośredniego montażu powierzchniowego zwanego dalej dalmierzem małym 27 w podłożu 2 nie jest potrzebne centralne wycięcie 3. Dla mostków 19 niedających możliwości mocowania do podłoża 2 bez użycia dodatkowych detali mocujących, konieczne jest zastosowanie w podłożu 2 alternatywnych otworów mocujących 28 na dodatkowe śruby zamiast bocznych wcięć 21.The first embodiment is discussed below in detail, concerning a printed circuit board with a large-size rangefinder 1 as an active semiconductor measuring sensor with an adjustable maximum object detection distance of up to several meters and a narrow, maximum measuring beam with a maximum of several degrees. The printed circuit board consists of a substrate 2 with a central cut-out 3 in which a large-size rangefinder 1 is partially inserted, with the lenses 4 of the rangefinder 1 being located on the front side of the substrate 2. Two screws 5 with nuts are attached to the rangefinder 1 6 and adjustment, distance sleeves 7 enabling adjustment of the distance between the large rangefinder face 1 and the front end cap 8 of any decorative frame 9, regardless of the manufacturer and the type of switch or proximity sensor in which the plate according to the invention is mounted. The screws 5_ pass through the holes 10 in the substrate 2. On the same front side of the substrate 2, an infrared radiation receiver 11, a visible light level sensor 12 and a luminous LED 13 are mounted. On the rear side of the substrate 2, an executive key 14, an executive key connector 15, power supply system are mounted. 16, power connector 17 and microprocessor 18. Depending on the mounting bridge 19 used, the substrate 2 of the board may have mounting, side tabs 20 or mounting, side indentations 21. The proportions of the substrate 2 of the printed circuit board are selected so that it fits in a standard box of the flush-mounted 22 and the tabs 20 or indentations 21 allow the plate 2 to be attached to the commercially available mounting bridges 19 of electric switches, which bridges 19 are framed in a decorative frame 9 with a plug 8 placed therein, which has two holes 23 coaxial with the lenses 4 , hole 24 coaxial with the sensor 9 of the visible light level, hole 25 coaxial with the LED 10 and ot the bag 26 coaxial with the infrared radiation receiver 11. In the case of using a much smaller active measuring sensor adapted to direct surface mounting, hereinafter referred to as a small rangefinder 27 in the ground 2, no central cutout is needed 3. For bridges 19 that cannot be fixed to the ground 2 without the use of additional fixing details, it is necessary to use 2 alternative mounting holes 28 for additional screws instead of side indentations 21.

Czujnik zbliżeniowy z wykorzystaniem płytki drukowanej według wynalazku, ma możliwość ustawienia za pośrednictwem pilota przez użytkownika odległości wykrywania obiektu. Jeśli obiekt zbliży się do czujnika na odległość poniżej odległości nastawionej obiekt zostanie wykryty, bo tylko wtedy załączy się klucz wykonawczy 14 załączając obwód elektryczny złącza klucza wykonawczego 15. Czas załączenia klucza wykonawczego 14 w sekundach jest również ustalany przez użytkownika poprzez ustawienie w czujniku wymaganego czasu podtrzymania jego załączenia za pośrednictwem zdalnego interfejsu użytkownika w postaci pilota.A proximity sensor using a printed circuit board according to the invention has the possibility for the user to set the object detection distance via the remote control. If the object approaches the sensor at a distance below the set distance, the object will be detected, because only then the operating key 14 will turn on, activating the electric circuit of the operating key 15 connector. The time of turning on the operating key 14 in seconds is also set by the user by setting the required backup time in the sensor its activation via the remote user interface in the form of a remote control.

W przypadku zastosowania dalmierza 27 o małych wymiarach jest on przylutowany bezpośrednio do podłoża płytki drukowanej 2.In the case of using a rangefinder 27 with small dimensions, it is soldered directly to the substrate of the printed circuit board 2.

PL 233 617 B1PL 233 617 B1

Wykaz oznaczeńList of designations

- dalmierz o dużych wymiarach,- rangefinder with large dimensions,

- podłoże płytki drukowanej,- PCB substrate,

- centralne wycięcie w podłożu,- central cutout in the base,

- soczewki dalmierza dużego,- large rangefinder lens,

- dwie śruby do mocowania dalmierza dużego,- two screws for mounting a large rangefinder,

- nakrętki dalmierza dużego,- large rangefinder nuts,

- dystansowe tulejki regulacyjne,- distance adjustment sleeves,

- zaślepka ramki,- frame cover,

- ramka ozdobna,- decorative frame,

- otwory w podłożu na śruby,- holes in the ground for screws,

- odbiornik promieniowania podczerwonego,- infrared radiation receiver,

- czujnik poziomu światła widzialnego,- visible light level sensor,

- świecąca dioda LED,- glowing LED diode,

- klucz wykonawczy,- executive key,

- złącze klucza wykonawczego płytki drukowanej,- PCB executive key connector,

- układ zasilania płytki drukowanej,- circuit board power supply,

- złącze zasilania płytki drukowanej,- PCB power connector,

- mikroprocesor,- microprocessor,

- montażowy mostek,- mounting bridge,

- boczne wypusty podłoża,- side projections of the substrate,

- boczne wcięcia w podłożu,- side indentations in the substrate,

- puszka podtynkowa,- flush-mounted box,

- otwory w zaślepce współosiowe z soczewkami,- holes in the cap coaxial with the lenses,

- otwór w zaślepce współosiowy z czujnikiem poziomu światła widzialnego,- the hole in the cap is coaxial with the visible light level sensor,

- otwór w zaślepce współosiowy z diodą LED,- hole in the cap coaxial with the LED diode,

- otwór współosiowy z odbiornikiem promieniowania podczerwonego,- a hole coaxial with the infrared radiation receiver,

- dalmierz o małych wymiarach,- rangefinder with small dimensions,

- alternatywny otwór do mocowania z mostkiem.- alternative mounting hole with a bridge.

Claims

Patent claims

1. PCB, especially as an element of the proximity sensor installed in the construction industry, equipped with a microprocessor, infrared radiation receiver, visible light level sensor, LED semiconductor diode, executive key, executive key connector, power supply, power connector, and proximity sensor characterized in that, as the proximity sensor, it has a large-size rangefinder (1) or a small-size rangefinder (27) as an active measuring sensor with a transmitter and receiver of optical radiation in the infrared range, which rangefinders (1 and 27) have a maximum adjustable object detection distance up to several meters and a maximum measuring beam with a maximum of several degrees and has an infrared radiation receiver (11) only for wireless reception of signals from the control remote control.

2. A tile according to claim A device according to claim 1, characterized in that it has a central recess (3) for inserting a large rangefinder (1).

3. A tile according to claim A device according to claim 1, characterized in that its substrate (2) has lateral tabs (20) for attachment to a known electrical switch bridge (19).

4. A tile according to claim A device according to claim 1, characterized in that it has lateral recesses (21) for fastening with known electric switch bridges (19).