專利名稱：超微功耗紅外感應開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種微功耗值守開關(guān)技術(shù)，尤其是涉及一種用于電池供 電的電器微功耗值守開關(guān)技術(shù)，特別適用于電子鎖具領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微功耗值守開關(guān)技術(shù)一直是家電行業(yè)的熱門話題。為了方便使用，很多
家用設(shè)備的電源是24小時常開的，以等待用戶的隨時開啟，這就會消耗一部 分電能。對于用220V供電的設(shè)備會造成能源浪費，而在用電池供電的設(shè)備中 則會很快耗盡電池，這是用戶所不希望的。
指紋鎖，IC卡鎖，無線感應卡鎖，紅外遙控鎖等現(xiàn)代電控門鎖，有很大 一部分是用電池供電的。這就涉及到一個無人開門時的值守功耗問題。
用一個機械接觸式的開關(guān)來開關(guān)供電電源，是可以解決這個問題的，但 作為一種高檔次的產(chǎn)品，機械開關(guān)使用不方便，可靠性也較差。例如指紋鎖， 本來一伸手指就能開門的，現(xiàn)在要先按開關(guān)接通電源，再用指紋開門，開門 后還要記得關(guān)閉電源。設(shè)計者往往是不大愿意采用的，取而代之的是一些非 接觸式的感應開關(guān)。例如用熱釋電紅外傳感器的感應開關(guān)，電容式的感應開 關(guān)等等，但這些設(shè)計都只能做到毫安級的值守功耗。包括一些國外進口電控 鎖，例如韓國的一些指紋鎖，IC卡鎖，實測平均電流在1.6毫安以上。以普 通堿性5號電池容量2000tnAh來計算，這類毫安級裝置只能支撐2 ~ 3個月， 就需更換電池了。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，如何能提供一種結(jié)構(gòu)簡單，自身功耗低，工作可靠的微功 耗值守開關(guān)技術(shù)成為迫在眉睫的問題。
本實用新型的設(shè)計人憑借多年從事各類電子技術(shù)和鎖具的研究、開發(fā) 與生產(chǎn)經(jīng)驗，經(jīng)反復研究論證后，終得出本發(fā)明中的一種用于電控門鎖的 超微功耗紅外感應開關(guān)制品。
本實用新型一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于，設(shè)有占空比為
1/500以下的脈沖發(fā)生器形成小于2毫秒紅外光產(chǎn)生的控制脈沖信號，其 后連接設(shè)有脈沖輸出驅(qū)動電路，驅(qū)動電路連接有紅外光發(fā)射管，紅外光發(fā)射 管通過紅外光與紅外光接收管相耦合控制，紅外光接收管控制單穩(wěn)態(tài)延時 器，單穩(wěn)態(tài)延時器的輸出連接有輸出驅(qū)動電路。
本實用新型進一步特征在于所述的脈沖發(fā)生器的占空比為1/2000以下， 脈沖發(fā)生器形成的紅外光產(chǎn)生的控制脈沖信號小于200微秒，所述脈沖驅(qū)動 電路設(shè)有一開關(guān)》文大管T4。
所述脈沖發(fā)生器構(gòu)成包括一D觸發(fā)器仏A，其觸發(fā)D端接地，輸出Q端接 有形成寬脈沖積分回路時間常數(shù)T2電阻R2、電容C"輸出5端接有形成窄脈 沖積分回路時間常數(shù)L電阻Rs、電容d，其中L與T,之比大于500。
所述脈沖發(fā)生器構(gòu)成包括一D觸發(fā)器IU,其觸發(fā)D端接地，輸出Q端接 有形成寬脈沖積分回路時間常數(shù)T2電阻R2、電容C"輸出。端接有形成窄脈 沖積分回路時間常數(shù)L電阻Rs、電容d,其中L與L之比大于2000。
所述脈沖發(fā)生器構(gòu)成包括一D觸發(fā)器IU,其觸發(fā)D端接地，輸出Q端接 有形成寬脈沖積分回路時間常數(shù)T2電阻R2、電容C2串聯(lián):接地，電阻R2并接一 連接于D觸發(fā)器U2A的Q端和R端的二極管D"輸出5端接有形成窄脈沖積 分回路時間常數(shù)T,電阻Rs、電容d串聯(lián)接地，電阻Rs并接一連接于D觸發(fā)器 U2A的Q端和S端的二極管D2，直流電源聯(lián)接到D觸發(fā)器U2A的UCC端和CP端。
所述脈沖發(fā)生器構(gòu)成包括一 D觸發(fā)器U2A，其輸出端5端接脈沖輸出驅(qū)動 電路，脈沖輸出驅(qū)動電路包括輸入通過一限流電阻接到的三極管T,的基極， 三極管T,的輸出端一路通過一電阻或經(jīng)一發(fā)光二極管LED1和電阻l串聯(lián)連接 電源，另一路通過一電阻R2連接到開關(guān)放大管，開關(guān)放大管為三極管丁4。
所述脈沖輸出驅(qū)動電路的三極管T4輸出連接到紅外光發(fā)射管LED2，紅 外光發(fā)射管LED2經(jīng)電阻R,接地。
所述紅外光發(fā)射管LED2通過紅外光與紅外光接收管Te相耦合，紅外光接 收管L通過電阻Ru連接到電源，紅外光接收管L和電阻Rn的連接端接單穩(wěn) 態(tài)延時器的D觸發(fā)器U2B的CP端。
所述D觸發(fā)器IU、 U2B由一片CMOS雙D觸發(fā)器構(gòu)成，所述電源是微功耗 穩(wěn)壓器仏構(gòu)成的。
所述單穩(wěn)態(tài)延時器構(gòu)成包括一 D觸發(fā)器U2B,其觸發(fā)端D接電源，另 一觸發(fā)端S接地，輸出Q—路通過積分回路電阻R:。、電容C3串聯(lián)接地，積 分回路電阻R!。、電容C3串聯(lián)中點接D觸發(fā)器U2B的R端；輸出Q的另一路 通過電阻R13、電容C4串聯(lián)的中點連接輸出驅(qū)動電路的三極管L和三極管 的L級聯(lián)放大開關(guān)電路輸出。
本實用新型提供了 一種微安級值守功耗的紅外感應開關(guān)。
本實用新型由脈沖發(fā)生器，脈沖輸出驅(qū)動，紅外光發(fā)射管，紅外光接收管， 單穩(wěn)態(tài)延時器，開關(guān)輸出驅(qū)動，微功耗穩(wěn)壓器等單元組成。
所述脈沖發(fā)生器由CMOS雙D觸發(fā)器經(jīng)過特殊處理，產(chǎn)生一個占空比達到 3000以上的脈沖串來驅(qū)動一個紅外光發(fā)射管，每個有效工作脈沖寬度僅為 0. 1毫秒；
所述紅外光發(fā)射管的限流電阻為幾十歐姆阻值，因此能產(chǎn)生一個電流為 幾百毫安幅值的較強紅外發(fā)射脈沖；
所述紅外光接收管僅在收到紅外光發(fā)射管經(jīng)過遮擋物的反射脈沖后，才 觸發(fā)一個由CMOS D觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)延時開關(guān)，由于是邊沿觸發(fā)的，因此 0.1毫秒脈寬的脈沖也能使之可靠地工作；
所述微功耗穩(wěn)壓器把供電電源穩(wěn)定到一個較低值，以確保裝置的工作穩(wěn) 定性。
由于本實用新型采用了上述技術(shù)方案，CMOS雙D觸發(fā)電路本身工作電流 為l微安，紅外光接收管在無信號時暗電流為0. l微安，其余放大電路的非 導通電流亦為O. l微安，對于紅外發(fā)射脈沖，幾百毫安電流幅值，0.1毫秒脈 寬，300毫秒以上周期，每秒鐘所累計消耗的能量也是一個極微小的值，從而 構(gòu)成一種超微功耗的紅外感應開關(guān)，使得用戶設(shè)備的值守功耗得以大幅度下
降，有效地延長了電池供電設(shè)備的值守期限。
本實用新型適用于電池供電設(shè)備，因而可以廣泛應用于有低耗電量要求 的家用場合。


附圖1為CMOS雙D觸發(fā)器真值表。
附圖2為本實用新型電氣原理及A、 B點的波形示意圖。
附圖3為本實用新型電氣原理示意框圖。
具體實施例
本實用新型由脈沖發(fā)生器，脈沖輸出驅(qū)動，紅外光發(fā)射管，紅外光接收 管，單穩(wěn)態(tài)延時器，開關(guān)輸出驅(qū)動，微功耗穩(wěn)壓器等單元組成。
所述脈沖發(fā)生器由CMOS雙D觸發(fā)器之一的D觸發(fā)器U2A及外圍元件接成 特殊用途構(gòu)成。
U2A的時鐘端CP接高電平，數(shù)據(jù)端D接低電平。電源端Vcc接高電平，電 源端Gnd接低電平。
U2A的輸出端Q'、電阻R8、 二極管D2、電容C1構(gòu)成微秒級窄脈沖積分回路， 用于對U2A的S端置位。U2A的輸出端Q、電阻R2、 二極管D"電容C2構(gòu)成毫 秒級寬脈沖積分回路,用于對U2A的R端復位。
從圖1CM0S雙D觸發(fā)器真值表中可得知，本裝置在上電時的初始狀態(tài)為 IU的輸出端Q為"0" ， Q'為"1";寬脈沖積分回路的C2通過D1、 Q快速放 電；窄脈U2A 的5端由"1" 回到"0"，觸發(fā)器完成一次翻轉(zhuǎn)過程；
接著窄脈沖積分回路的C1通過D2、 Q'快速放電；寬脈沖積分回路的Q的"
1" 電平通過R,對C2充電，當C2電平上升到R端的轉(zhuǎn)折電壓VTR時，觸發(fā)器
U2A被復位，此時U2A的Q端由"1" 回到，，0" ， IU的Q端由，'0" 變?yōu)? 1",觸發(fā)器再次完成一次翻轉(zhuǎn)過程；
這樣，D觸發(fā)器就完成了一個脈沖振蕩周期。U2A的^端就能輸出一個 周期T-L十T2的脈沖波。
窄脈沖積分回路的時間常數(shù)T, 0. 66 Rsd為脈沖截止時間。例如設(shè)計 成1\ = 100微秒，可取Rs-47K， C 3300 pF。
寬脈沖積分回路的時間常數(shù)T2 0. 66 RA為脈沖持續(xù)時間。例如設(shè)計 成T2 - 300毫秒，可取R2-10M, C2 - 0. 047jliF。
這樣，脈沖波的占空比就能達到1比3000。
所述脈沖輸出驅(qū)動部分由電阻R5、電阻Rh NPN三極管L、發(fā)光二極管 LER構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換及反向回路，電阻113、 PNP三極管L、電阻R,構(gòu)成驅(qū)動紅 外發(fā)射二極管LED2的直流開關(guān)放大回路，直流開關(guān)放大回路能對于窄脈沖可 靠地工作。
U2A的輸出端。通過R5控制T,的導通與截止，R" LEDi為1\負載，LED, 用以指示脈沖發(fā)送狀態(tài)。仏A的輸出端5脈沖信號經(jīng)L電平轉(zhuǎn)換及反向后，由 L的集電極輸出端通過R3控制L的導通與截止。R,、 LED2為T4的負載。
所述紅外光發(fā)射管LED2在IU的巧的控制下，由于限流電阻R,選用了幾 十歐姆較小的阻值，故能輸出幾百毫安電流幅值的高占空比的較強紅外脈沖。 調(diào)整RJ且值，可改變本裝置的紅外感應距離。
所述單穩(wěn)態(tài)延時器由CMOS D觸發(fā)器U2B接成特殊用途構(gòu)成。
U3的數(shù)據(jù)端D接高電平，置位端S接低電平。
U2B的輸出端Q、電阻R,。、電容C3構(gòu)成秒級寬脈沖積分回路，用于對仏B 的R端復位，產(chǎn)生一個單穩(wěn)態(tài)延時信號。
時間常數(shù)T^ 0. 66 RwC3為脈沖持續(xù)時間。例如i殳計成T3 - 2. 0秒，可取 R10-1.4M， C3 = 2.2jaF。
所述紅外光接收管L的集電極輸出端， 一路接上拉負載電阻Ru,另一路 接到D觸發(fā)器U2B的時鐘端CP,作為秒級單穩(wěn)態(tài)延時器的觸發(fā)信號。
當所述紅外光發(fā)射管LED2前端沒有遮擋物時，紅外光接收管L只有0.1 微安的暗電流，U2B單穩(wěn)態(tài)延時器不動作，U2B輸出端Q為"0" 電平；
當所述紅外光發(fā)射管LED,前端有遮擋物時，紅外光接收管T6導通，IJ2B秒
級單穩(wěn)態(tài)延時器被觸發(fā)，U2B輸出端Q由"0" 翻轉(zhuǎn)到"1" 電平；
U2B輸出端Q的"1" 電平通過IU對C3充電，當C3電平上升到R端的轉(zhuǎn)
折電壓V^時，觸發(fā)器仏B被復位，此時U2B的Q端由"1" 電平回到，，0" 電
平，完成一次延時過程；
所述開關(guān)輸出驅(qū)動部分由電阻Ru、電容C,、 NPN三極管L、電阻117構(gòu)成
電平轉(zhuǎn)換及反向回路；電阻R" PNP三極管Ts構(gòu)成直流開關(guān)放大回路。 所述單穩(wěn)態(tài)延時器U2B輸出端Q通過Ru控制L導通與截止。 U2B輸出端Q延時脈沖經(jīng)T3電平轉(zhuǎn)換及反向后，由Ts集電極輸出端通過
R4控制L導通與截止。L為O.C.門輸出結(jié)構(gòu)，L的集電極輸出端即為主系統(tǒng)
的電源控制端。
本裝置與用戶主系統(tǒng)電源共地。
所述微功耗穩(wěn)壓器仏把本裝置供電電源穩(wěn)定到一個較低值后，再對CMOS 雙D觸發(fā)器l/2A,化B供電。例如采用HT7130，靜態(tài)電流僅3. (M敬安。當供電 電池用舊了，電壓下降了，本裝置的特性參數(shù)仍可保持不變，而所述微功耗 穩(wěn)壓器仏本身功耗又能做到很小，這也是本裝置能維持超微功耗特性的一個 重要措施。
本裝置共用了 一片CMOS雙D觸發(fā)器，充分利用了雙D觸發(fā)器特殊接 法的資源特性，避開了用單片機等其它手段實施所引起的資源浪費，為微 功耗值守開關(guān)市場開拓了一個可行的低成本實施方案。
另外，上述僅對本實用新型中的一具體實施例加以說明，但并不能作 為本發(fā)明的保護范圍，凡是依據(jù)本發(fā)明中的設(shè)計精神所作出的等效變化或 修飾，如僅僅是極性相反或三極管由NPN改為PNP而相應改變的電路等， 均應認為落入本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1. 一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于，設(shè)有占空比為1/500以下的脈沖發(fā)生器形成小于2毫秒紅外光產(chǎn)生的控制脈沖信號，其后連接設(shè)有脈沖輸出驅(qū)動電路，驅(qū)動電路連接有紅外光發(fā)射管，紅外光發(fā)射管通過紅外光與紅外光接收管相耦合控制，紅外光接收管控制單穩(wěn)態(tài)延時器，單穩(wěn)態(tài)延時器的輸出連接有輸出驅(qū)動電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所迷的一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于所述 的脈沖發(fā)生器的占空比為1/2000以下，脈沖發(fā)生器形成的紅外光產(chǎn)生的控制脈 沖信號小于200微秒，所述脈沖驅(qū)動電路設(shè)有一開關(guān)放大管(T4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于所述 脈沖發(fā)生器構(gòu)成包括一D觸發(fā)器(IU),其觸發(fā)(D)端接地，輸出(Q)端接有形成 寬脈沖積分回路時間常數(shù)(T2)電阻(R2)、電容(CJ,輸出(⑦端接有形成窄脈沖 積分回路時間常數(shù)(TJ電阻(Rs)、電容(d)，其中(T》與(T!)之比大于500。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所迷的一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于所述 脈沖發(fā)生器構(gòu)成包括一D觸發(fā)器(IU)，其觸發(fā)(D)端接地，輸出(Q)端接有形成 寬脈沖積分回路時間常數(shù)(T2)電阻(R2)、電容(C2)，輸出(Q)端接有形成窄脈沖 積分回路時間常數(shù)(T,)電阻(Rs)、電容(d),其中(T2)與(T1)之比大于2000。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征 在于所述脈沖發(fā)生器構(gòu)成包括一D觸發(fā)器(IU),其觸發(fā)(D)端接地，輸出(Q) 端接有形成寬脈沖積分回路時間常數(shù)(T2)電阻(R2)、電容(C2)串聯(lián)接地，電阻(R2) 并接一連接于D觸發(fā)器(U2A)的(Q)端和(R)端的二極管(D1),輸出(Q)端接有形 成窄脈沖積分回路時間常數(shù)(T1)電阻(Rs)、電容(C1)串聯(lián)接地，電阻(Rs)并接一 連接于D觸發(fā)器(U2A)的(Q)端和(S)端的二極管(D2)，直流電源聯(lián)接到D觸發(fā)器 (U2A)的(UCC)端和(CP)端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于所述 脈沖發(fā)生器構(gòu)成包括一D觸發(fā)器(IU),其輸出端(Q)端接脈沖輸出驅(qū)動電路， 脈沖輸出驅(qū)動電路包括輸入通過一限流電阻接到的三極管(T1)的基極，三極管0\)的輸出端一路通過一電阻或經(jīng)一發(fā)光二極管(LEDI)和電阻(IO串聯(lián)連接 電源，另一路通過一電阻(R》連接到開關(guān)放大管，開關(guān)放大管為三極管(T4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于所 述脈沖輸出驅(qū)動電路的三極管0\)輸出連接到紅外光發(fā)射管(LED2)，紅外光 發(fā)射管(LED2)經(jīng)電阻(R9)接地。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于所述 紅外光發(fā)射管(LED》通過紅外光與紅外光接收管(T6)相耦合，紅外光接收管(T6) 通過電阻(Ru)連接到電源，紅外光接收管(T6)和電阻(Ru)的連接端接單穩(wěn)態(tài)延 時器的D觸發(fā)器(U2B)的(CP)端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于所述 D觸發(fā)器(U2A) 、 (U2B)由一片CMOS雙D觸發(fā)器構(gòu)成，所述電源是微功耗穩(wěn)壓器 (仏)構(gòu)成的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于 所述單穩(wěn)態(tài)延時器構(gòu)成包括一D觸發(fā)器(U2B),其觸發(fā)端(D)接電源，另一觸 發(fā)端(S)接地，輸出(Q)—路通過積分回路電阻(RJ、電容(C》串聯(lián)接地，積 分回路電阻(IU)、電容(C3)串聯(lián)中點接D觸發(fā)器(U2B)的(R)端；輸出(Q)的另 一路通過電阻(R13)、電容(C4)串聯(lián)的中點連接輸出驅(qū)動電路的三極管(T3)和 三極管的(T5)級聯(lián)放大開關(guān)電路輸出。
專利摘要本實用新型涉及一種微功耗值守開關(guān)技術(shù)，尤其是涉及一種用于電池供電的電控門鎖的微功耗值守開關(guān)技術(shù)。本實用新型一種超微功耗紅外感應開關(guān)，其特征在于，設(shè)有占空比為1/500以下的脈沖發(fā)生器形成小于2毫秒紅外光產(chǎn)生的控制脈沖信號，其后連接設(shè)有脈沖輸出驅(qū)動電路，驅(qū)動電路連接有紅外光發(fā)射管，紅外光發(fā)射管通過紅外光與紅外光接收管相耦合控制，紅外光接收管控制單穩(wěn)態(tài)延時器，單穩(wěn)態(tài)延時器的輸出連接有輸出驅(qū)動電路。本實用新型使得用戶設(shè)備的值守功耗得以大幅度下降，有效地延長了電池供電設(shè)備的值守期限。特別適用于電池供電設(shè)備，因而可以廣泛應用于有低耗電量要求的家用場合。
文檔編號H03K17/795GK201210671SQ20082000736
公開日2009年3月18日 申請日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
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