专利名称：一种非接触感应开关装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种开关装置，特别是涉及一种非接触感应开关装置及其控制方法。
背景技术：
在各类公知的开关装置中广泛使用的是机械式按键开关和按钮开关，现有的电 子、电器装置以及电气设备如电梯按钮和墙壁开关按键属此类开关装置。这些开关装置需 人手接触到并施加一定的力方可实现操作，很不卫生，多人使用的尤其是公共场所使用的 开关装置很容易传播病毒和细菌。2003年SARA病毒的传播已经给我们一个警示，目前甲型 Hmi流感在世界各地的传播使得人们迫切需要一种非接触的感应式开关装置。已公开的非接触感应开关装置，如CN 2619415Y非接触式/接触式双功能电梯按 钮开关，其特征是在按钮开关面板上的内凹接触式按钮开关前部内凹部分周边设置一对或 多对红外线发射管和红外线接收管，红外线发射管和红外线接收管组成的光电开关与接触 式按钮开关的触电并联。还有CN 2909701Y电气开关的免碰触光遮断感应开关结构，其特 征在于，电气开关上设有至少一个以上的凹陷部，凹陷部内设有光感应器，光感应器是由呈 面对面安装的发光组件及接收组件所组成，接收组件接收发光组件所发出的光线，接收组 件与一信号检测电路连接，且该信号检测电路并与一控制电路连接；当其中一接收组件无 法接收到发光组件的光线时，该接收组件将传送一光遮断感测信号给信号检测电路，信号 检测电路再将此感测信号传送给控制电路，控制电路依据该光遮断感测信号控制电气开关 的开/关动作。这类非接触感应开关装置的优点是非接触式的感应操作可防止病毒细菌的 传播，有一定的安全性，CN 2909701Y的缺点是光发射组件和接收组件距离按钮区域很近， 人手需缓慢地小心地操作，稍不小心就会接触到按钮表面，仍有机会接触病毒，失去了非接 触操作的意义。CN2909701Y的缺点是光发射组件和接收组件距离按钮区域较远，随然能减 少触碰按钮区域的机会，但其凹陷于表面很深的感应空间给人一种不安全感，按钮上的功 能字符在一定的角度上很难看清，需要很大的空间。有一种与光遮断感应开关相反的基于红外线反射原理的感应开关，为了增强红外 线反射感应触发的可靠性，须将感应距离设置较远，一般在30mm至50mm之间，这还会产生 靠近开关的人或物体对开关误触发的可能，而且很难做成如多位墙壁开关、电梯及机床按 钮类的开关组合。还有一种基于检测人手与感应电极接近使感应电极电容的变化而产生非接触感 应信息，并将此信息传输给感应电路经处理后发出按键信息，如专利公开号CN 201243272Y 非接触式触控开关改良结构，“当手指轻轻接触所述介质转换接口 3的感应区时，改变感应 区内的介质常数，通过电子转换而启动开关”，其操作仍然是触摸感应区(如电子PDA产品 等类似触摸屏原理)，以此增加稳定性和可靠性。此外，市场上出售的一种玻璃面板的触摸 式电子墙壁开关也是基于这个原理，只是其感应电极与人手之间的距离为玻璃的厚度。如 果将感应电极输入感应信息这一原理用在完全非接触的感应开关中，须增加感应电极与人 手之间的有效感应距离，提高感应灵敏度，效感应距离越大，越不容易误接触到感应电极覆盖件，操作使用越方便，但抗干扰能力会越来越低，使得可靠性降低。因此，这种感应电极式 开关由于感应距离和可靠性关系问题很难真正做到非接触感应控制。由此可见，现有技术中非接触感应开关操作原理是当人手接近按钮、按键的感应 区以及光发射、接收器件等感应信息输入单元的感应区已经达到有效感应触发距离并将此 信息传送给控制单元并且发出相应开关指令后，人手仍然有进一步向感应信息输入单元靠 近并接触到感应信息单元表面的可能，这会使人们在操作开关时要非常小心缓慢，增加了 使用难度。在感应信息单元表面设置发光指示以及在开关内设置声音提示有可能减少这种 误接触，但不能从根本上解决。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种非接触感应开关装置，当人手与感应信息 输入单元感应区表面的距离达到有效感应触发距离H时，感应区表面瞬时向避开人手的方 向运动Δ距离，避免人手触摸到感应区表面。本发明所采用的技术方案是一种非接触感应开关装置，包括装置本体，其特征在于还包括感应信息输入单元，可非接触的输入人手感应信息，具有感应信号输出端；电动装置，可在电激励下产生运动，具有固定端和动力输出端，其固定端与装置本 体连接，其动力输出端至少与所述感应信息输入单元连接，并可至少带动感应信息输入单 元或其中的部件运动；控制单元，接受感应感应信息输入单元的感应信号，产生可使电动装置运动的电 激励，其信号输入端与所述感应信息输入单元的信号输出端连接，其电激励输出端与所述 电动装置的电激励输入端连接。一种非接触感应开关的控制方法，其特征在于包括以下步骤在开关装置中预先设定好有效感应触发距离H，感应信息输入单元可随时录入人 手接近感应信息输入单元感应区表面的信息并将感应信息传输给控制单元；人手逐渐接近感应信息输入单元的感应区表面；当人手与感应信息输入单元感应区表面的距离达到开关的有效感应触发距离H 时，感应信息输入单元把接收到的这一信息传输给控制单元；控制单元判定此信息的有效性，如是有效的，则向与其连接的电动装置发送一电 激励，并同时发出相应的开关指令；电动装置被控制单元激励后迅速带动与其连接的感应信息输入单元感应区表面 瞬时向避开人手的方向运动△距离，以有效地避免人手与感应信息输入单元的接触。相对于现有技术本发明具有以下突出的实质性特点和显著的进步1、当人手达到开关的有效感应触发距离H时，本发明的开关装置在一瞬间自动将 感应区表面向避开人手的方向运动△距离，有效地避免人了人手与感应区的接触。2、本发明开关装置的有效感应触发距离H可比现有技术的的有效感应触发距离 小，不仅抗干扰能力强，可靠性高，而且开关面板简洁明了，占用空间小。3、在人手逐渐接近作为按钮或按键感应区时突然向里移动，会给人一种操作者使用人手发功(气功)使按钮或按键按下神奇感觉，新潮时尚。
下面通过实施例并结合附图对本发明做详细的说明。
图1是本发明的基本原理框图2是本发明的具体原理框图一；
图3是本发明的具体原理框图二 ；
图4是本发明的具体原理框图三；
图5是本发明第一-实施例的结构原理图6是本发明第一-实施例的操作原理图7是本发明第二实施例的结构原理图8是本发明第二实施例的操作原理图9是本发明第三实施例的结构原理图10是本发明第_Ξ实施例的操作原理图11是本发明第四实施例的结构原理图12是本发明第四实施例的操作原理图13是本发明第五实施例的结构原理图14是本发明第五实施例的操作原理具体实施例方式参见图1，本发明的开关装置由感应信息输入单元，控制单元和电动单元组成。感 应信息输入单元，可非接触的输入人手感应信息，具有感应信号输出端。电动装置，可在电 激励下产生运动，具有固定端和动力输出端，其固定端与装置本体连接，其动力输出端至少 与所述感应信息输入单元连接，并可至少带动感应信息输入单元或其中的部件运动。控制 单元，接受感应感应信息输入单元的感应信号，产生可使电动装置运动的电激励，其信号输 入端与所述感应信息输入单元的信号输出端连接，其电激励输出端与所述电动装置的电激 励输入端连接。更进一步的描述感应信息输入单元具有光发射接收器件或感应电极作为感应信 息的录入。其第一种原理是发射的光是否被接近的人手阻隔或反射使接收的光转换为电信 号产生变化，该变化的电信号信息作为非接触感应信息被录入。通常可采用红外发射和接 收管，也可以采用红外接收模块。第二种原理是人手与感应电极接近使感应电极电容的变 化作为非接触感应信息被录入。参见图2，控制单元包括感应电路和驱动电路。对于具有光发射接收器件的感应 信息输入单元的技术方案，感应电路具有向红外发射管提供工作电源(或脉冲信号供电模 式，可获得更低的电力消耗)，还具有提供红外接收管或接收模块工作的电源以及电阻等元 器件。电阻等器件也可以安放在红外发射接收电路板上。为了使录入的感应信号更加稳定， 抗干扰能力强，可以设置信号整形处理电路。对于感应电极感应信息输入单元的技术方案， 感应电路可采用分立元件的技术方案，也可以采用现成的触摸感应芯片(模块)，感应距离 可通过芯片的外围器件来调整。驱动电路主要由电阻和三极管组成，也可以用场效应管。电、磁铁以及磁极的采用可根据电动装置的具体形式选取， 这在现有技术中由很多例子，如扬声器，电磁铁，继电器，磁保持继电器，电磁阀等等。属于 感应信息输入单元的红外发射接收器件与感应电路连接，感应电路与控制电路连接，控制 电路与电动装置的线圈连接，电动装置的动力输出端至少连接感应信息单元的感应区，有 的技术方案也可以连接感应信息输入单元整体或其中一部分，这些在以下实施例种有具体 描述。参见图3，与图2不同的是控制单元还包括微控制器，它可以提供更强大的信号分 析处理能力和控制能力。参见图4，功能较强的微控制器加上合理的程序设计甚至可以替代或部分替代感 应电路的功能从而取消感应电路。第一实施例参见图5，感应信息输入单元1包括按键(或按钮)11，感应区表面13，安装在按 键11内的感应电极12。电动装置2包括安装在感应信息输入单元1的按键11内部的线圈 21，安装在装置本体3上的磁极23，与磁极23连接的磁铁22，磁铁22外面装有磁极24。为 了使感应区表面13能回复原位，在装有线圈21的感应信息输入单元1的内端部与磁极23 之间装有弹簧4。弹簧4也可以安放在作为固定部件的装置本体3及其固定连接物与与作 为运动部件的感应信息输入单元1的适当部位。本实施例电动装置的动力输出端是线圈。 线圈21和感应电极12的连接导线应采用柔软的导线以延长使用寿命。感应电极12也可 以采用弹簧作为连接导体。参见图6，在开关装置的设计制造中预先设定好有效感应触发距离H，感应信息输 入单元1可随时录入人手接近感应信息输入单元感应区表面13的信息并将感应信息传输 给控制单元。使用时人手逐渐接近感应信息输入单元的感应区表面13，当人手与感应信息 输入单元感应区表面13的距离达到开关的有效感应触发距离H时，感应信息输入单元1把 接收到的这一信息传输给控制单元，控制单元判定此信息的有效性，如是有效的，则向与其 连接的电动装置2发送一电激励，并同时发出相应的开关指令，电动装置2被控制单元激励 后迅速带动与其连接的感应信息输入单元1感应区表面13瞬时向避开人手的方向运动Δ 距离，以有效地避免人手与感应信息输入单元的接触。第二实施例参见图7，感应信息输入单元1包括按键11，感应区表面13，安装在按键11内的感 应电极12。电动装置2包括安装在感应信息输入单元1的按键11内部的线圈21，安装在 装置本体3上的磁铁22。面板5覆盖在装置本体3上。参见图8，其工作原理与第一实施例基本相同，使用时人手逐渐接近跷板式感应 信息输入单元的感应区表面，当人手与跷板式感应信息输入单元下面的感应区表面距离达 到开关的有效感应触发距离H时，跷板式感应信息输入单元把接收到的这一信息传输给控 制单元，控制单元判定此信息的有效性，如是有效的，则向与其连接的电动装置发送一电激 励，并同时发出开的指令，电动装置被控制单元激励后迅速带动与其连接的跷板式感应信 息输入单元感应区表面瞬时向避开人手的方向运动△距离，以有效地避免人手与感应信 息输入单元的接触。人手与上面的感应区表面距离达到开关的有效感应触发距离H时，控 制单元发出关的指令，电动装置被控制单元激励后迅速带动与其连接的跷板式感应信息输
7入单元感应区表面瞬时向避开人手的方向运动Δ距离。本实施例中的电动装置也可以采用其它实施例中的技术方案。第三实施例参见图9，感应信息输入单元1包括按键(或按钮)11，感应区表面13，安装在按键 11侧面的红外发射管和接收管14。电动装置2包括安装在感应信息输入单元1的按键11 内部的衔铁27，安装在装置本体3上的极靴26，与极靴26连接的铁心25，安装在铁心25上 的线圈21。面板5与装置本体3连接在一起，为了便于组装，也可以通过紧固件连接在一 起。装置中还设有导向部件以及使感应区表面复位用的弹簧(图中未画出)。参见图10，其工作原理与第一实施例基本相同，只是感应信息输入单元用红外发 射接收器件替代感应电极，在此不做重复描述。第四实施例参见图11和图12，与第三实施例不同之处是电动装置2只带动感应信息输入单元 1中的感应区11运动(感应区表面13随之运动)。第五实施例参见图13和图14，与第三实施例不同之处是感应信息输入单元1中的光发射接收 器件14不是直接相对设置，而是有一定的夹角，其感应信息输入原理不是靠阻断光线而是 靠反射光线。其典型设计可采用红外发射接收器件。此实施例的优点是感应信息输入单元表面较平整，外形美观，感应距离较大，便于 操作。本发明的一种非接触感应开关的控制方法，具体包括以下步骤首先在开关装置设计生产中预先设定好有效感应触发距离H，感应信息输入单 元可随时录入人手接近感应信息输入单元感应区表面的信息并将感应信息传输给控制单 元；具体操作控制步骤1、人手逐渐接近感应信息输入单元的感应区表面；2、当人手与感应信息输入单元感应区表面的距离达到开关的有效感应触发距离H 时，感应信息输入单元把接收到的这一信息传输给控制单元；3、控制单元判定此信息的有效性，如是有效的，则向与其连接的电动装置发送一 电激励，并同时发出相应的开关指令；4、电动装置被控制单元激励后迅速带动与其连接的感应信息输入单元感应区表 面瞬时向避开人手的方向运动△距离，以有效地避免人手与感应信息输入单元的接触。本发明中的电动装置可采用磁保持式电动装置，也可采用电动机、直线电动机。本发明各实施例中的电动装置技术方案可根据具体设计相互借鉴、互换。本发明可广泛应用于电梯键盘，机床控制键盘，墙壁开关等电子电气控制领域。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术 人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、 等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围内。
权利要求
一种非接触感应开关装置，包括装置本体，其特征在于还包括感应信息输入单元，可非接触的输入人手感应信息，具有感应信号输出端；电动装置，可在电激励下产生运动，具有固定端和动力输出端，其固定端与装置本体连接，其动力输出端至少与所述感应信息输入单元连接，并可至少带动感应信息输入单元或其中的部件运动；控制单元，接受感应感应信息输入单元的感应信号，产生可使电动装置运动的电激励，其信号输入端与所述感应信息输入单元的信号输出端连接，其电激励输出端与所述电动装置的电激励输入端连接。
2.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于所述电动装置包括线圈，至少包括磁铁、铁芯、衔铁中的一种，其线圈端子作为电动装 置的电激励输入端，其动力输出端和固定端根据不同的电动方式从线圈、磁铁、铁芯及衔铁 中选取至少一种。
3.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于所述感应信息输入单元包括感应电极及其覆盖件，感应电极与控制单元的信号输入端 的电连接端作为感应信息输入单元的信号输出端。
4.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于所述感应信息输入单元包括光发射和接收器件及其覆盖件，光发射和接收器件的信号 输出端作为感应信息输入单元的信号输出端。
5.如权利要求4所述的开关装置，其特征在于所述光发射和接收器件为红外光发射和接收器件。
6.如权利要求1和2所述的开关装置，其特征在于所述控制单元包括感应电路和驱动电路，感应电路的信号输入端作为控制单元的信号 输入端与感应信息输入单元的信号输出端连接，感应电路的信号输出端与驱动电路的信号 输入端连接，驱动电路的电激励输出端作为控制单元的电激励输出端与所述电动装置作为 电激励输入端的线圈端子连接。
7.如权利要求1和2所述的开关装置，其特征在于所述控制单元包括感应电路、驱动电路以及微控制器，感应电路的信号输入端作为控 制单元的信号输入端与感应信息输入单元的信号输出端连接，感应电路的信号输出端与微 控制器的信号输入端连接，微控制器的信号输出端与驱动电路的信号输入端连接，驱动电 路的电激励输出端作为控制单元的电激励输出端与所述电动装置作为电激励输入端的线 圈端子连接。
8.一种非接触感应开关的控制方法，其特征在于包括以下步骤在开关装置中预先设定好有效感应触发距离H，感应信息输入单元可随时录入人手接 近感应信息输入单元感应区表面的信息并将感应信息传输给控制单元；人手逐渐接近感应信息输入单元的感应区表面；当人手与感应信息输入单元感应区表面的距离达到开关的有效感应触发距离H时，感 应信息输入单元把接收到的这一信息传输给控制单元；控制单元判定此信息的有效性，如是有效的，则向与其连接的电动装置发送一电激励，并同时发出相应的开关指令；电动装置被控制单元激励后迅速带动与其连接的感应信息输入单元感应区表面瞬时 向避开人手的方向运动△距离，以有效地避免人手与感应信息输入单元的接触。
全文摘要
本发明涉及一种非接触感应开关装置及其控制方法。该开关装置包括感应信息输入单元，可非接触的输入人手感应信息，具有感应信号输出端；电动装置，可在电激励下产生运动，具有固定端和动力输出端，其固定端与装置本体连接，其动力输出端至少与所述感应信息输入单元连接，并可至少带动感应信息输入单元或其中的部件运动；控制单元，接受感应感应信息输入单元的感应信号，产生可使电动装置运动的电激励，其信号输入端与所述感应信息输入单元的信号输出端连接，其电激励输出端与所述电动装置的电激励输入端连接。当人手与感应信息输入单元感应区表面的距离达到有效感应触发距离H时，感应区表面瞬时向避开人手的方向运动Δ距离，避免人手触摸到感应区表面。
文档编号H03K17/945GK101908872SQ20091010766
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月5日 优先权日2009年6月5日
发明者金德奎 申请人:金德奎