WO2009141531A1 - Interrupteur/gradateur electrique a barriere optique - Google Patents

Interrupteur/gradateur electrique a barriere optique Download PDF

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WO2009141531A1
WO2009141531A1 PCT/FR2009/000534 FR2009000534W WO2009141531A1 WO 2009141531 A1 WO2009141531 A1 WO 2009141531A1 FR 2009000534 W FR2009000534 W FR 2009000534W WO 2009141531 A1 WO2009141531 A1 WO 2009141531A1
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WO
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dimmer
switch
circuit
electrical
optical barrier
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PCT/FR2009/000534
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Inventor
Thierry Thibaut
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Forus Concepts Technologiques
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • H05B47/115—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the presence or movement of objects or living beings
    • H05B47/13—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the presence or movement of objects or living beings by using passive infrared detectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • the present invention relates to the field of home automation. It concerns in particular the sector of indoor and / or outdoor lighting.
  • the invention relates more particularly to a complex device forming a signaling switch, advantageously a switch / dimmer for controlling the intensity of light sources operating with electricity, in particular for incandescent lamps or halogen lamps of a maximum power of about 300 watts, as well as fluorescent lamps called low consumption, but in the latter case without the effect of gradation.
  • a light source such as an incandescent lamp, or a lamp or a halogen tube
  • the present invention therefore aims to provide a signaling switch device and preferably a light switch / dimmer that can be used both indoors and outdoors, and yet can be used in various variants adaptable to the needs, and easy to operate in all places.
  • An object of the invention is to provide a simple, practical and reliable switch / dimmer device architecture.
  • Another objective is to provide such a light switch / dimmer device that can be activated / deactivated without contact, which has an undeniable advantage from the point of view of hygiene when it comes to devices that can be used successively. by different people, such as in public toilets or those of communities, or in coffee shops, cultural and leisure environments, as well as in hospitals.
  • Another object is to provide such a signaling switch device and / or switch / contactless dimmer advantageously having, in addition to the aforementioned hygienic aspect, a security aspect of the dual point of view:
  • Still another object is to provide a switch / dimmer device whose switching on and off functions as well as the dimming function of light can be accomplished by a single gesture and without any action. mechanical.
  • Yet another goal is to provide a switch / dimmer device whose tracking in the dark is facilitated.
  • Yet another purpose is to provide a switch / dimmer device that can also be used as a pilot light or dim lighting either permanently or when the movement of a person within a defined perimeter is detected.
  • a signal switching device or switch / dimmer of electric current incorporating, preferably in a single housing, preferably in the form of modules, and combined into a functional assembly in a suitable electrical circuit:
  • At least one member capable of acting as a switch on an electrical circuit, and optionally as a continuous loop dimmer of the electrical intensity in said circuit;
  • At least one device for illuminating said body At least one device for illuminating said body
  • At least one motion detector device At least one motion detector device
  • At least one structural element forming a casing or shell for covering all the aforementioned functional elements.
  • the device is in practice supplemented by connection means to the electrical network or to a source of electrical energy.
  • the device has a motion detector which allows the switch to be located in a room, while the light intensity is controlled via the breaking of an optical barrier.
  • Figure 1 shows a block diagram of a device according to the present invention, provided with a motion detector
  • Figure 2 shows a simplified logic diagram of a device according to the invention.
  • the device according to the invention comprises a switch member 1, combined with light-emitting diode 2 (LED) devices, an element 4 an optical barrier and a motion detection device 5, as well as, optionally, a dimmer device 3. All of these functionalities are integrated into a system of components and electrical connections which, by way of illustration and not limitation, integrates in its most complete embodiment: a switch 1, a motion detector 5, - an optical barrier or optical cell 4, LEDs 2, in particular for the detection of the device in the dark or under low light, and optionally , a dimmer 3 of the intensity of the electric current supplying the appliance (luminaire or other), - optionally, a thermal probe.
  • LED light-emitting diode 2
  • the device essentially comprises the following parts:
  • the detector 5 advantageously an infrared (IR) motion detector, is activated by the movement of individuals in the range that has been defined in practice for such a device or which, in an improved embodiment, is adjustable to suitability by means and / or adjustments known to those skilled in the art.
  • IR infrared
  • the optical barrier 4 of known type, is automatically activated. LEDs 2, the number of which is chosen to suit you (a number of 6
  • LEDs are preferred for practical reasons) can thus be powered by the electrical circuit connected to a power source, which is in practice the power grid, but could equally well be a battery or a battery.
  • the device comprises a timer for activating these two types of components, namely the LEDs 2 and the optical barrier 4 (preferably constituted by an LED facing a photosensitive diode, with a vacant space between the two) for a predefined period, for example for about 15 seconds.
  • the interruption of the optical barrier by a hand or by any opaque object closes the electrical circuit and thus supplies the electrical apparatus connected to this device, such as a lamp or other suitable electrical device.
  • the short-term interruption of the optical barrier corresponds to a transition from the open state to the closed state (ON-OFF) or from the closed state to the open state (OFF- ON) of the electrical circuit, while the interruption of prolonged duration corresponds to a phase of variation of the intensity in the electric circuit, successively increasing then decreasing, advantageously in a continuous loop.
  • the device according to the invention also advantageously comprises a housing or shell made of any material, preferably of transparent, translucent or opaque material, such as for example a resin, a glass or other materials. , which covers and / or coats the electrical circuit elements and the functional elements defined above.
  • the device according to the invention is designed so that one can have: a main circuit contained in a housing having for maximum dimensions (L x 1 xh) approximately 45 mm x 45 mm 40 mm ; a connection of the main circuit to a power supply at a voltage of 230, 220 or 110 V, in a wall insert; LEDs soldered on flexible wires remote from the main circuit; the housing comprising the main circuit inserted in a global covering, for example polyester resin; - component and bridging costs that are correlatively minimized; and a set of electrical components compliant with the standards in force, in particular the CE standards, advantageously by using standard components having such a CE marking.
  • a main circuit contained in a housing having for maximum dimensions (L x 1 xh) approximately 45 mm x 45 mm 40 mm ; a connection of the main circuit to a power supply at a voltage of 230, 220 or 110 V, in a wall insert; LEDs soldered on flexible wires remote from the main circuit; the housing
  • the electrical components chosen are preferably RoHS-free, ie lead-free and without other harmful elements.
  • the device according to the invention may also comprise optical fibers and / or light guides in order to conduct the light towards the infra-red receiver of the optical barrier, and to direct the light beams produced by the LED luminescent.
  • the various components and circuit elements of the device according to the invention can be grouped together on one or more printed circuit boards.
  • the device according to the invention is arranged so that, in the standby state, only the motion detector is powered. This makes it possible to limit energy consumption, without affecting the proper functioning of the device.
  • the detector reacts to the thermal radiation of moving bodies.
  • the comparator integrated in the module triggers a digital switching signal when a motion is detected, which is TTL or CMOS compatible, possibly with the contribution of a microcontroller and a timer (or rhyme).
  • such a motion detector can have a range of 2.5 to 5 m according to the chosen commercial models.
  • This PIR motion detector works with pyroelectric sensors optimally used for the thermal radiation of living bodies. Thus, at a body temperature of 37 ° C., the spectral sensitivity is in practice between 7 and 14 ⁇ m.
  • Known PIR sensors are segmented, which means that in a component are isolated elements (or fragments) that compensate each other. This balances the sensor temperature.
  • a field effect transistor is in practice integrated in the sensor, to serve as an impedance matching transformer.
  • the change of the output voltage is weighted by a detection circuit.
  • the DC components are then filtered by a high pass filter.
  • a detector incorporating a programmable microcontroller is preferred.
  • the motion detector is arranged to detect a presence in the vicinity and to turn on the IR barrier and the LEDs for a certain period of time, about 15 seconds in practice, and to turn them off if no other movement is detected.
  • the detection module can integrate a PIR sensor followed by an amplifier and a comparator, so as to provide a logic signal output.
  • the IR barrier It consists of a transmitter and an IR receiver.
  • an IR LED is used, which emits a signal, modulated or not.
  • the preferred solution is to use a detector known as the Honeywell SME / SMD detector.
  • a detector known as the Honeywell SME / SMD detector.
  • Such a product exists commercially, which is a complete IR module, comprising a photodiode, an amplifier, a voltage regulator and a trigger. TTL-compatible signals are obtained by supplying such a module at 5 V.
  • the receiver indicates a low logic state, while it indicates a high logic state when an object or a hand breaks the barrier.
  • the IR optical barrier may consist of a single component, called an opto-switch, which switches to a short approach distance of less than 15 cm in practice and operates on the same principle. .
  • the surface of the switch can then be flat.
  • the dimmer
  • Suitable integrated circuits including the model called STGP10NC60HD (IGBT), developed by STMicroelectronics), designed for the gradation of resistive and inductive loads powered by the sector.
  • IGBT STGP10NC60HD
  • a very short logic state on the input results in ON / OFF switching of the connected device, such as a lamp.
  • a logical state recognized for a certain period of time (in practice greater than 400 ms) on the input results in the launch of a pre-programmed gradation cycle. For example, the total length of a cycle, ranging from maximum brightness to minimal illumination) may be about 7 seconds. Just then, as soon as the desired brightness is reached, delete the logical state on the input.
  • the IR barrier and the LEDs can be designed and arranged to remain in circuit when the switch is in the closed (ON) position, which has the advantage of allowing the user to know which switch is switched if there are several in the same room or in its field of vision.
  • the circuit can have a soft start device which limits as much as possible the peaks of current to the powering up of the load and thus extends the service life of the devices concerned.
  • such a device also detects a disappearance of the mains voltage (situation that it recognizes in the absence of three successive periods) and if the voltage reappears in less than 1 s, the integrated circuit concerned resumes, after soft start, the light intensity he had before.
  • a digital potentiometer to change the value of the resistance according to a binary word
  • the potentiometer programming is done via a serial bus.
  • the number of counting and counting cycles is a function of the duration of the support and it is then necessary to establish a serial communication with the potentiometer a microcontroller which is a programmable integrated circuit for sending the desired binary word at the desired time. It can also be used as a timer to activate the barrier and LEDs for example 15 seconds.
  • the only integrated circuits are the microcontroller and the digital potentiometer.
  • This system has the advantage of being scalable; however, its programming must be established for each unit of the device.
  • the lighting is started with the light intensity which was that of the previous closure; - each stop of the dimming control reverses the dimming direction; that the gradation is performed with a very slow speed, so that the user can select the desired intensity (for example by establishing a cycle time of about 7 seconds); that by a brief cut of the light beam it is possible to memorize the current light intensity and stop the light.
  • the activation system :
  • Activation of the different functionalities is carried out sequentially: (A) Detect a presence, (B) Turn on the switch for about 15 seconds, (C) During this time, activate the infrared barrier, (D) If the Infrared barrier is activated, the dimmer works.
  • control flow chart is as follows: • Short cut of the light beam: activation of the light with the light intensity that was present during the previous closing.
  • the device according to the invention has on its front face, on the printed circuit, stripped areas that allow to connect to the microcontroller so as to program it.
  • the microcontroller is programmed with an appropriate programming language. On the basis of the control chart indicated above, the person skilled in the art is able to develop such programming on the basis of his own knowledge and the indications of the supplier, if necessary.
  • the supply of the device according to the invention can be of three types: a conventional power supply using a transformer; transformerless power supply (capacitive and resistive) switching power supply.
  • switching power supply is a recent generation of power supply providing high power (280 mA at 5 V) for a small footprint and applicable to mains voltages of both 11 V and 220 V. Moreover, it is fully feasible in CMS.
  • the device comprises a thermal probe. This is preferably arranged to ensure a complete cut of the circuit in case of overheating of the device.
  • the maximum limit chosen for tripping the circuit under the impulse of the thermal probe is about 125 ° C.
  • the switch / dimmer according to the invention can be indifferently fixed vertically or obliquely, for example on a wall, or placed or fixed (that is to say glued, screwed, welded, etc.) on a surface. horizontal.
  • the device according to the invention is placed in practice between elements upstream and downstream elements, themselves conventional.
  • These conventional elements are preferably on the one hand the traditional elements of the electrical installations, possibly with special insulations and safety devices for the outside, and on the other hand the appliances (luminaires, various electrical appliances, etc.) before which it is technically possible to interpose a device according to the invention.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif interrupteur/ gradateur de courant électrique intégrant, en les combinant dans un ensemble fonctionnel: • au moins un organe apte à agir comme interrupteur sur un circuit électrique, et en option comme gradateur en boucle continue de l'intensité électrique dans ledit circuit; • au moins un dispositif pour l'éclairement du dit organe; • une zone définissant une barrière optique, dont la coupure par une main ou par tout objet opaque agit sur ledit interrupteur en fermant le circuit électrique et sur ledit gradateur en déclenchant une phase prédéfinie de variation de l'intensité dans ledit circuit électrique; • au moins un dispositif détecteur de mouvement; et • en option, une sonde thermique, • en option, au moins un élément de structure formant boîtier ou coque pour habiller l'ensemble des éléments fonctionnels susdits.

Description

INTERRUPTEUR / GRADATEUR ÉLECTRIQUE À BARRIÈRE OPTIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de la domotique. Elle concerne en particulier le secteur de l'éclairage d'intérieur et/ ou d'extérieur.
L'invention concerne plus spécialement un dispositif complexe formant un interrupteur à signalement, avantageusement un interrupteur /gradateur pour le contrôle de l'intensité de sources lumineuses fonctionnant à l'électricité, notamment pour des lampes à incandescence ou des lampes à halogène d'une puissance maximale de 300 watts environ, ainsi que pour les lampes à fluorescence dites basse consommation, mais dans ce dernier cas sans l'effet de gradation.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
On connaît actuellement des systèmes très divers destinés à permettre d'éteindre/ allumer des luminaires et/ ou des appareils par commande manuelle. Certains de ces interrupteurs présentent en outre une progressivité d'action, qui leur confère une fonction de variateur de l'intensité lumineuse qu'ils contrôlent.
Aucun de ces dispositifs actuellement commercialisés ou simplement connus ne permet cependant d'ouvrir /fermer un circuit électrique ou encore d'allumer/ éteindre une source lumineuse telle qu'une lampe à incandescence, ou encore une lampe ou un tube à halogène, et en même temps d'effectuer un réglage de l'intensité lumineuse diffusée, sans que l'on doive opérer des manoeuvres manuelles de plusieurs types (appuyer, faire tourner, enfoncer, etc) ou à l'opposé mettre en oeuvre des dispositifs sophistiqués, dotés le plus souvent de cellules photoélectriques.
Selon cet état de la technique, on ne disposait pas d'un interrupteur/ gradateur (ou variateur) qui soit fiable, simple à utiliser et muni d'un variateur préprogrammé.
Il existait également un besoin pour permettre de disposer d'un dispositif interrupteur /gradateur autorisant une progressivité de fonctionnement, sans à-coups, et répondant à une logique permettant son usage sans apprentissage fastidieux ni programmation complexe. II est alors apparu utile de disposer d'un tel ensemble de moyens, éventuellement divisible commercialement en sous-modules.
Il semblait ainsi exister une attente pour des dispositifs à la fois interrupteurs et avantageusement gradateurs d'intensité lumineuse qui soient pratiques, fiables, résistants, mais soient en même temps économiques, et puissent être déclinés selon des designs ou concepts esthétiques très variés pour pouvoir répondre à des goûts très différents s'exprimant eux-mêmes dans des décors intérieurs ou extérieurs de tous styles. L'invention permet d'apporter des solutions à ces attentes et de procurer des dispositifs et des moyens fonctionnels pouvant répondre à ces objectifs ainsi qu'à d'autres, qui apparaîtront à la lumière de la description qui suit, des dessins qui l'accompagnent, et des revendications annexées.
La présente invention a par conséquent pour objectif de réaliser un dispositif interrupteur à signalement et avantageusement un interrupteur/ gradateur de lumière pouvant être utilisé aussi bien à l'intérieur des locaux qu'en extérieur, et cependant utilisable sous diverses variantes adaptables aux besoins, et facile à faire fonctionner en tous lieux.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Un objectif de l'invention est de proposer une architecture de dispositif interrupteur /gradateur de lumière simple, pratique et fiable.
Un autre objectif est de procurer un tel dispositif interrupteur /gradateur de lumière qui puisse être activé /désactivé sans contact, ce qui présente un avantage indéniable du point de vue de l'hygiène quand il s'agit de dispositifs susceptibles d'être utilisés successivement par différentes personnes, comme dans les toilettes publiques ou celles de collectivités, ou encore dans les cafés-restaurants, les enceintes culturelles et de loisir, ainsi qu'en milieu hospitalier. Un autre objectif est de procurer un tel dispositif interrupteur à signalement et/ ou interrupteur/ gradateur sans contact présentant avantageusement, outre l'aspect hygiénique susdit, un aspect sécuritaire du double point de vue:
- des utilisateurs: il n'existe aucun risque d'électrocution; - des risques d'incendie: le dispositif ne comportant pas de commutation mécanique, ne provoque pas d'étincelles qui pourraient être à l'origine d'incendies dans des environnements chargés en substances inflammables.
Un autre objectif encore est de procurer un dispositif interrupteur/ gradateur dont les fonctions d'allumage et d'extinction ainsi que la fonction de variation de l'intensité de la lumière peuvent être accomplies au moyen d'un seul geste et sans la moindre action mécanique.
Encore un autre objectif est de fournir un dispositif interrupteur/ gradateur dont le repérage dans l'obscurité est facilité.
Encore un autre objectif est de fournir un dispositif interrupteur /gradateur qui peut également servir de veilleuse ou d'éclairage faible de guidage, soit en permanence, soit quand le mouvement d'une personne dans un périmètre défini est détecté.
On y parvient selon la présente invention en procurant un dispositif interrupteur à signalement ou interrupteur/ gradateur de courant électrique intégrant, de préférence dans un boîtier unique, avantageusement sous forme de modules, et combinés en un ensemble fonctionnel dans un circuit électrique approprié:
• au moins un organe apte à agir comme interrupteur sur un circuit électrique, et - en option comme gradateur en boucle continue de l'intensité électrique dans ledit circuit;
• au moins un dispositif pour l'éclairement du dit organe;
• une zone définissant une barrière optique, dont la coupure par une main ou par tout objet opaque agit sur ledit interrupteur en fermant le circuit électrique et sur ledit gradateur en déclenchant une phase prédéfinie de variation de l'intensité dans ledit circuit électrique;
• au moins un dispositif détecteur de mouvement; et
• en option, au moins un élément de structure formant boîtier ou coque pour habiller l'ensemble des éléments fonctionnels susdits. Le dispositif est en pratique complété par des moyens de raccordement au réseau électrique ou à une source d'énergie électrique.
Le dispositif possède un détecteur de mouvement qui permet de situer l'interrupteur dans une pièce, tandis que l'intensité lumineuse se contrôle via la coupure d'une barrière optique. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise, et d'autres objectifs, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement, à la lumière de la description détaillée ci-après de modes de réalisation. Ceux-ci sont donnés à titre purement illustratif et nullement limitatif, tandis que sont annexées à ladite description des planches de dessins dans lesquelles:
Figure 1 représente un schéma de principe d'un dispositif selon la présente invention, doté d'un détecteur de mouvement; Figure 2 représente un schéma logique simplifié d'un dispositif selon l'invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
En référence aux dessins ainsi succinctement décrits, qui l'illustrent mais ne le limitent en aucune manière, le dispositif selon l'invention comporte un organe interrupteur 1, combiné avec des dispositifs d'édairement par diodes électroluminescentes 2 (LED), un organe 4 formant barrière optique et un dispositif de détection de mouvement 5, ainsi que, en option, un dispositif gradateur 3. L'ensemble de ces fonctionnalités est intégré dans un système de composants et connexions électriques qui, à titre illustratif et non limitatif, intègre ainsi dans sa forme de réalisation la plus complète: un interrupteur 1, un détecteur de mouvement 5, - une barrière optique ou cellule optique 4, des LED 2, notamment pour la détection du dispositif dans l'obscurité ou sous faible édairement, et en option, un variateur 3 d'intensité du courant électrique alimentant l'appareil (luminaire ou autre), - en option, une sonde thermique.
En d'autres termes, le dispositif comprend essentiellement les parties suivantes:
• détecteur de présence;
• barrière infra-rouge; • alimentation;
• système d'activation; et • en option, gradateur de lumière, avantageusement avec mémorisation de position;
• en option, sonde thermique.
Le détecteur 5, avantageusement un détecteur infrarouge (IR) de mouvement, est activé par le mouvement d'individus dans l'aire de portée que l'on a définie en pratique pour un tel dispositif ou qui, dans une forme de réalisation perfectionnée, est réglable à convenance par des moyens et/ ou des réglages connus de l'homme du métier.
La barrière optique 4, de type connu, est automatiquement activée. Les LED 2, dont le nombre est choisi à convenance (un nombre de 6
LED est préféré pour des raisons pratiques) peuvent ainsi être alimentées par le circuit électrique relié à une source de courant, qui est en pratique le réseau électrique, mais pourrait tout aussi bien être une batterie ou une pile.
En pratique, le dispositif comporte un temporisateur permettant d'activer ces deux types de composants, à savoir les LED 2 et la barrière optique 4 (constituée de préférence par une LED faisant face à une diode photosensible, avec entre les deux un espace vacant), pendant une durée prédéfinie, par exemple pendant environ 15 secondes.
L'interruption de la barrière optique par une main ou par un objet opaque quelconque, ferme le circuit électrique et alimente ainsi l'appareil électrique relié à ce dispositif, comme par exemple une lampe ou tout autre appareil électrique approprié.
Dans une forme de réalisation préférée, l'interruption de courte durée de la barrière optique correspond à un passage de l'état ouvert à l'état fermé (ON-OFF ) ou de l'état fermé à l'état ouvert (OFF-ON) du circuit électrique, tandis que l'interruption de durée prolongée correspond à une phase de variation de l'intensité dans le circuit électrique, de manière successivement croissante puis décroissante, avantageusement en boucle continue. Cela permet par exemple une gradation de l'intensité d'éclairement d'une lampe. Dans sa forme de réalisation complète pour utilisation, le dispositif selon l'invention comporte en outre avantageusement un boîtier ou coque en matériau quelconque, de préférence en matière transparente, translucide ou opaque, comme par exemple une résine, un verre ou d'autres matières, qui recouvre et/ ou enrobe les éléments de circuit électrique et les éléments fonctionnels définis plus haut. Dans la pratique, il est avantageux que le dispositif selon l'invention soit conçu de manière que l'on puisse avoir: un circuit principal contenu dans un boîtier ayant pour dimensions maximales (L x 1 x h) environ 45 mm x 45 mm 40 mm; - un raccordement du circuit principal à une alimentation sous une tension de 230, 220 ou 110 V, dans un insert mural; des LED soudées sur fils souples distants du circuit principal; le boîtier comportant le circuit principal inséré dans un habillage global, par exemple en résine polyester; - des coûts de composants et de pontage corrélativement minimisés; et un ensemble de composants électriques répondant aux normes en vigueur, notamment les normes CE, avantageusement par utilisation de composants standards ayant un tel marquage CE.
Sur la base de ses propres connaissances et avec l'aide des indications fournies ici, l'homme du métier peut choisir des composants et des sous- ensembles appropriés, notamment choisis parmi: condensateurs, circuits intégrés, diodes, modules, inductances, Optotriac, résistances, transistors, régulateurs, et microcontrôleur programmable.
Les composants électriques choisis sont de préférence au standard RoHS, c'est-à-dire sans plomb et sans autres éléments nocifs.
Dans une forme de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comporter également des fibres optiques et/ ou des guides-lumière afin de conduire la lumière vers le récepteur infra-rouge de la barrière optique, et de diriger les faisceaux lumineux produits par les LED luminescentes. Avantageusement, les divers composants et éléments de circuits du dispositif selon l'invention peuvent être regroupés sur une ou plusieurs cartes de circuits imprimés.
Sous un aspect avantageux, le dispositif selon l'invention est agencé pour que, à l'état de veille, seul le détecteur de mouvement soit alimenté. Cela permet de limiter la consommation d'énergie, sans nuire au bon fonctionnement du dispositif.
Dans la suite, on fournit des indications ayant valeur d'exemples pour chacun des modules du dispositif selon l'invention, en précisant autant que possible les choix préférés en cas de possibilité d'alternatives de réalisation. Le détecteur de mouvement:
II est avantageux qu'il soit compact. Il repose sur le principe d'un capteur PIR (capteur pyroélectrique infrarouge) qui convertit le mouvement détecté en un signal électrique qui doit ensuite être amplifié par des moyens eux aussi classiques pour pouvoir être analysé.
Il existe des dispositifs de ce type comportant de nombreux composants discrets. La préférence va aux dispositifs intégrés.
Le détecteur réagit aux radiations thermiques des corps en mouvement. On peut en ajuster la sensibilité, en pratique en plusieurs étapes par des pontages (soudages) qui réduisent la sensibilité du module, pour l'adapter à des situations différentes, si on le souhaite.
En fonctionnement, le comparateur intégré au module déclenche un signal de commutation numérique lorsqu'un mouvement est détecté, qui est compatible TTL ou CMOS, éventuellement avec contribution d'un microcontrôleur et d'un minuteur (ou rimer).
Dans cette application sous une tension d'alimentation de 3-12 V et avec une consommation inférieure à 1 mA, un tel détecteur de mouvement peut avoir une portée de 2,5 à 5 m selon les modèles commerciaux choisis. Ce détecteur de mouvement PIR fonctionne avec des capteurs pyroélectriques utilisés de façon optimale vis-à-vis du rayonnement thermique des corps vivants. Ainsi, à une température corporelle de 37°C, la sensibilité spectrale se situe en pratique entre 7 et 14 μm. Les capteurs PIR connus sont segmentés, ce qui signifie que dans un composant se trouvent des éléments isolés (ou fragments) qui se compensent. Cela équilibre la température du capteur.
Comme les éléments pyrothermiques ne peuvent être utilisés qu'avec une forte impédance, un transistor à effet de champ est en pratique intégré au capteur, pour servir de transformateur d'adaptation d'impédance. La modification de la tension de sortie est pondérée par un circuit de détection.
Les composants DC sont alors filtrés par un filtre passe haut.
On préfère un détecteur intégrant un microcontrôleur programmable.
On peut, selon l'invention, utiliser un tel détecteur pour activer la barrière IR susdite, ainsi que les LED pour une durée de 15 secondes par exemple. En d'autres termes, le détecteur de mouvement est agencé pour détecter une présence à proximité et pour faire allumer la barrière IR et les LED pendant un certain laps de temps, soit environ 15 secondes en pratique, et pour les faire éteindre si aucun autre mouvement n'est détecté. Le module de détection peut intégrer un capteur PIR suivi d'un amplificateur et d'un comparateur, de façon à procurer un signal logique en sortie.
La barrière IR: Elle est constituée d'un émetteur et d'un récepteur IR.
Pour la partie émettrice, on utilise une LED IR, qui émet un signal, modulé ou non.
Pour la partie réceptrice, la solution préférée consiste à utiliser un détecteur connu sous la dénomination de détecteur Honeywell SME/SMD. Il existe dans le commerce un tel produit, qui est un module IR complet, comprenant une photodiode, un amplificateur, un régulateur de tension et un trigger. On obtient des signaux compatibles TTL en alimentant en 5 V un tel module.
En pratique, lorsque la barrière IR n'est pas interrompue le récepteur indique un état logique bas, tandis qu'il indique un état logique haut quand un objet ou une main coupe la barrière.
Dans une forme de réalisation, la barrière optique IR peut être constituée d'un composant unique, dénommé optorupteur, qui ne se commute qu'à une distance d'approche courte, inférieure à 15 cm dans la pratique et qui fonctionne sur le même principe. La surface de l'interrupteur peut alors être plane.
Le gradateur:
Pour cet organe optionnel, il existe des circuits intégrés appropriés, notamment le modèle dénommé STGP10NC60HD (IGBT), élaboré par STMicroelectronics), conçus pour la gradation de charges résistives et inductives alimentées par le secteur. Un état logique très bref sur l'entrée se traduit par une commutation ON /OFF de l'appareil connecté, tel qu'une lampe. Un état logique reconnu pendant un certain laps de temps (en pratique supérieur à 400 ms) sur l'entrée se traduit par le lancement d'un cycle de gradation préprogrammé. Par exemple, la longueur totale d'un cycle, allant de la luminosité maximale à l'éclairage minimal) peut être d'environ 7 s. Il suffit alors, dès que la luminosité voulue est atteinte, supprimer l'état logique sur l'entrée. Sous un aspect optionnel, la barrière IR et les LED peuvent être conçues et agencées pour rester en circuit lorsque l'interrupteur se trouve être en position fermée (- ON), ce qui présente l'avantage de permettre à l'utilisateur de savoir quel interrupteur est commuté s'il en existe plusieurs dans une même pièce ou dans son champ de vision. Dans une forme de réalisation, le circuit peut disposer d'un dispositif de démarrage en douceur (soft start) qui limite autant que possible les crêtes de courant à la mise sous tension de la charge et prolonge ainsi très sensiblement la durée de vie des appareils électriques concernés.
Avantageusement, un tel dispositif détecte également une disparition de la tension secteur (situation qu'il reconnaît en l'absence de trois périodes successives) et si la tension réapparaît en moins de 1 s, le circuit intégré concerné reprend, après démarrage en douceur, l'intensité lumineuse qu'il avait auparavant.
En variante, on peut également faire varier l'intensité lumineuse en agissant sur la résistance d'entrée, par exemple en utilisant un potentiomètre numérique permettant de modifier la valeur de la résistance en fonction d'un mot binaire, tandis que la programmation du potentiomètre s'effectue par l'intermédiaire d'un bus série. Le nombre de cycles de comptage et de décomptage est fonction de la durée d'appui et il faut alors pour établir une communication série avec le potentiomètre un microcontrôleur qui est un circuit intégré programmable permettant d'envoyer le mot binaire désiré au moment voulu. On peut également l'utiliser comme timer pour activer la barrière et les LED pendant par exemple 15 secondes. Dans ce cas, les seuls circuits intégrés sont le microcontrôleur et le potentiomètre numérique. Ce système présente pour avantage d'être évolutif; cependant, sa programmation doit être établie pour chaque unité du dispositif. Dans toutes les formes de réalisation, on prévoit ainsi: que la mise en marche de la lumière s'effectue avec l'intensité lumineuse qui était celle de la précédente fermeture; - que chaque arrêt de la commande de gradation inverse le sens de gradation; que la gradation soit réalisée avec une vitesse très lente, de telle manière que l'utilisateur puisse sélectionner l'intensité qu'il désire (par exemple par l'établissement d'un temps de cycle d'environ 7 secondes); que par une coupure brève du faisceau lumineux on obtienne la mémorisation de l'intensité lumineuse en cours et l'arrêt de la lumière.
Le système d'activation:
Malgré son coût plus élevé, un microcontrôleur programmable est préconisé. L'activation des différentes fonctionnalités est effectuée de manière séquentielle: (A) Détecter une présence, (B) Allumer l'interrupteur pendant environ 15 secondes, (C) Pendant ce temps, activer la barrière infra-rouge, (D) Si la barrière infra-rouge est activée, le gradateur fonctionne.
Plus précisément, l'organigramme de contrôle est le suivant: • Coupure brève du faisceau lumineux: mise en marche de la lumière avec l'intensité lumineuse qui était présente lors de la précédente fermeture.
• Coupure pendant plus de 0,5 s du faisceau lumineux: le variateur intervient en modulant l'intensité de la lumière depuis un niveau nul jusqu'au maximum, puis inversement.
• Le retrait de la main (arrêt de la coupure du faisceau lumineux) interrompt la variation dans l'état en cours; cet état est mémorisés.
• Chaque arrêt de commande de gradation inverse le sens de gradation.
• Une coupure brève du faisceau lumineux induit une mémorisation de l'intensité lumineuse en cours et l'arrêt de la lumière.
En pratique, le dispositif selon l'invention présente sur sa face avant, sur le circuit imprimé, des zones dénudées qui permettent de se connecter au microcontrôleur de manière à pouvoir le programmer.
Le microcontrôleur est programmé avec un langage de programmation approprié. Sur la base de l'organigramme du contrôle indiqué ci-dessus, l'homme du métier est apte à élaborer une telle programmation sur la base de ses connaissances propres et des indications du fournisseur, si nécessaire.
En ce qui concerne l'alimentation du dispositif selon l'invention, elle peut être de trois types: une alimentation classique utilisant un transformateur; une alimentation sans transformateur (capacitive et résistive) une alimentation à découpage.
Si seul le facteur économique est pris en considération, c'est l'alimentation capacitive et résistive qui est préférée, mais elle ne peut fournir en règle générale que 20 mA sous 5 V.
On préfère alors plus particulièrement l'alimentation à découpage, qui est une génération récente d'alimentation électrique fournissant une puissance élevée (280 mA sous 5 V) pour un faible encombrement et applicable à des tensions du secteur aussi bien de 11 V que de 220 V. De plus, elle est intégralement réalisable en CMS.
Du fait de contraintes réglementaires anti-parasites, il conviendrait d'utiliser une self ayant une inductance importance., nécessitant un volume important dont la taille ne pourrait pas être réduite.
On a trouvé selon l'invention que l'on peut remplacer cette self volumineuse par un semi-conducteur de puissance IGBT, et ainsi miniaturiser le dispositif.
A la mise sous tension, l'augmentation de l'intensité lumineuse se fait avantageusement en douceur, pour ne pas agresser les utilisateurs et prolonger sensiblement la durée de vie des ampoules. Dans une forme de réalisation optionnelle, le dispositif comporte une sonde thermique. Celle-ci est de préférence agencée pour assurer une coupure complète du circuit en cas de surchauffe du dispositif. Dans la pratique, la limite maximale choisie pour le déclenchement de la coupure du circuit sous l'impulsion de la sonde thermique est d'environ 125°C. L'interrupteur /gradateur selon l'invention peut être, indifféremment, fixé verticalement ou en oblique par exemple sur une paroi, ou encore posé ou fixé (c'est-à-dire collé, vissé, soudé, etc.) sur une surface horizontale.
L'homme du métier comprendra que le dispositif selon l'invention se place en pratique entre des éléments en amont et des éléments en aval, eux- mêmes classiques. Ces éléments classiques sont de préférence d'une part les éléments traditionnels des installations électriques, éventuellement avec isolations et sécurités spéciales pour l'extérieur, et d'autre part les appareils (luminaires, appareils électriques divers, etc.) avant lesquels il est techniquement possible d'interposer un dispositif selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif interrupteur/ gradateur de courant électrique intégrant, en un ensemble fonctionnel dans un circuit électrique approprié: • au moins un organe apte à agir comme interrupteur sur un circuit électrique, et en option comme gradateur en boucle continue de l'intensité électrique dans ledit circuit;
• au moins un dispositif pour l'édairement du dit organe; • une zone définissant une barrière optique, dont la coupure par une main ou par tout objet opaque agit sur ledit interrupteur en fermant le circuit électrique et sur ledit gradateur en déclenchant une phase prédéfinie de variation de l'intensité dans ledit circuit électrique; « au moins un dispositif détecteur de mouvement; et
• en option, une sonde thermique,
• en option, au moins un élément de structure formant boîtier ou coque pour habiller l'ensemble des éléments fonctionnels susdits.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs d'édairement par diodes électroluminescentes (2) ou LED, et un organe (4) formant barrière optique, ainsi qu'un dispositif de détection de mouvement (5), de préférence intégrés dans un boîtier.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, dans un circuit électrique approprié: un interrupteur (1), un détecteur de mouvement (5), - une barrière optique ou cellule optique (4), des LED (2) pour la détection du dispositif dans l'obscurité ou sous faible édairement, et un variateur (3) d'intensité du courant électrique alimentant un appareil et asservi par un microcontrôleur programmable.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est fixé verticalement ou en oblique par exemple sur une paroi, ou encore posé ou fixé sur une surface horizontale.
5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détecteur est un détecteur infrarouge (IR) de mouvement, activé par le mouvement d'individus dans l'aire de portée que l'on a définie ou qui est réglable.
6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les LED (2) sont alimentées par le circuit électrique relié à une source de courant, qui est en pratique le réseau électrique, ou encore une batterie ou une pile.
7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif comporte un temporisateur permettant d'activer les LED (2) et la barrière optique (4), constituée de préférence par une LED faisant face à une diode photosensible, avec entre les deux un espace vacant, pendant une durée prédéfinie.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite période prédéfinie est d'environ 15 secondes.
9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est agencé pour que l'interruption de la barrière optique par une main ou par un objet opaque quelconque, ferme le circuit électrique et alimente l'appareil électrique relié à ce dispositif.
10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est agencé pour que l'interruption de courte durée de la barrière optique corresponde à un passage de l'état ouvert à l'état fermé (ON-OFF ) ou de l'état fermé à l'état ouvert (OFF-ON) du circuit électrique, et que l'interruption de durée prolongée corresponde à une phase de variation de l'intensité dans le circuit électrique, de manière successivement croissante puis décroissante, en boucle continue.
11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte en outre avantageusement un boîtier ou coque en matériau quelconque, de préférence en matière transparente, translucide ou opaque, qui recouvre et/ ou enrobe les éléments de circuit électrique et les éléments fonctionnels susdits.
12. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur de mouvement reposant sur le principe d'un capteur pyroélectrique infrarouge (PIR).
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit détecteur intègre un timer.
14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit détecteur est suivi d'un amplificateur et d'un comparateur, de façon à procurer un signal logique en sortie.
15. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur comprenant une photodiode, un amplificateur, un régulateur de tension et un trigger.
16. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit comporte un dispositif de démarrage en douceur apte à limiter les crêtes de courant à la mise sous tension de la charge.
17. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est apte à détecter une disparition de la tension secteur, par exemple en l'absence de trois périodes successives, et, si la tension réapparaît en moins de 1 s, à reprendre, après démarrage en douceur, l'intensité lumineuse qu'il avait auparavant.
18. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est apte à faire varier l'intensité lumineuse en agissant sur la résistance d'entrée, notamment en utilisant un potentiomètre numérique permettant de modifier la valeur de la résistance en fonction d'un mot binaire, tandis que la programmation du potentiomètre s'effectue par l'intermédiaire d'un bus série.
19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que nombre de cycles de comptage et de décomptage est fonction de la durée de coupure de la barrière optique, tandis que le dispositif comporte en outre un microcontrôleur constituant un circuit intégré programmable permettant d'envoyer le mot binaire désiré au moment voulu et éventuellement de servir également comme rimer pour activer la barrière et les LED pendant environ 15 secondes.
20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les seuls circuits intégrés sont le microcontrôleur et le potentiomètre numérique.
21. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une sonde thermique.
22. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que son alimentation est de l'un des trois types suivants: une alimentation classique utilisant un transformateur; une alimentation sans transformateur (capacitive et résistive); ou une alimentation à découpage.
23. Utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 22 pour la réalisation d'un interrupteur /gradateur de lumière qui puisse être activé /désactivé sans contact.
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