СЕНСОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к низковольтному аппаратостроению, и предназначено для включения, отключения и регулировки мощности, проходящей через нагрузку. Нагрузкой могут являться потребители электроэнергии с напряжением питания 200-250 вольт переменного тока, суммарной мощностью не более 1000 ватт. Например: лампы накаливания, в том числе и галогенные, низковольтные галогенные лампы, включенные через трансформатор, электродвигатели.
Известны сенсорные регуляторы различного исполнения SU №896612, RU №№2067354, 2214165, 2289104, 2325047, 2007109841, 2007119287, US №№5349330, 6403904, 6621029, 7336260, 2002/0159267, DE №102007023530, FR №2736179, JP №№10-308135, 2008-112334, CN №№1601903, 2901703.
В качестве ближайших аналогов можно выбрать патентные документы: CN №2901703, US №2002/0159267.
Известный наиболее близкий к заявленному сенсорный регулятор содержит Сенсорный регулятор, содержащий сенсорную панель с поверхностью, чувствительной к прикосновению, связанную с противоположной стороны клеммами с силовым модулем, включающим установленные в едином корпусе датчик превышения допустимой мощности и короткого замыкания нагрузки, датчик сетевого напряжения, датчик напряжения питания и блок питания, силовой модуль выполнен с возможностью скрытого монтажа в стеновую разветвительную коробку (US №2002/0159267, прототип).
Недостатками известного сенсорного выключателя являются ограниченность функциональных возможностей, не оптимальная компоновка, недостаточная долговечность.
Сущность полезной модели состоит в том, что сенсорный регулятор содержит сенсорную панель блок с поверхностью, чувствительной к прикосновению, и сенсорным блоком, расположенным с противоположной стороны и связанным с силовым модулем, включающим установленные в едином корпусе микроконтроллер и подключенные к нему блок питания, датчик температуры силового модуля, датчик превышения допустимой мощности и короткого замыкания, датчик сетевого напряжения, датчик напряжения питания, силовой ключ и детектор перехода сетевого напряжения через "0", при этом микроконтроллер соединен с нагрузкой и с сетью через силовой ключ, подключенный к блоку питания, при этом регулятор снабжен вторым датчиком превышения допустимой мощности и короткого замыкания, включенным между силовым ключом и нагрузкой, микроконтроллер выполнен, по меньшей мере, восьмиразрядным с оперативным запоминающим устройством и с энергонезависимой памятью, датчик температуры силового модуля выполнен в виде терморезистора, а сенсорный блок и силовой модуль связаны между собой с помощью двух, установленных на противоположных краях панели соединителей, вилки которых жестко закреплены на панели, а розетки - в силовом блоке, из которых один соединитель включен в сигнальную цепь, а другой - в цепь питания сенсорного блока.
При этом датчик напряжения питания, датчик сетевого напряжения и детектор перехода сетевого напряжения через "0" выполнены каждый в виде цепи согласования указанного напряжения с соответствующим входом микроконтроллера, к микроконтроллеру подключены средства световой индикации, выполненные в виде светодиодов, установленных на сенсорной панели с возможностью подсветки поверхности, чувствительной к прикосновению, регулятор выполнен с возможностью скрытого монтажа в стеновую разветвительную коробку, а чувствительная к прикосновению поверхность сенсорной панели выполнена вандалостойкой, с нанесенными на ней зонами управления мощностью, изображенными например, в виде, по меньшей мере, одной из геометрических фигур: круга, кривой, спирали, треугольника, полосы, и/или в виде отдельно стоящих цифр.
Предпочтительно, микроконтроллер снабжен программым обеспечением, выполненным с возможностью реализации запоминания последней насторойки по уровню мощности, включения нагрузки при запуске циклической функции с заданным временным периодом задержки, включения нагрузки в режиме волнообразного изменения мощности на определенный временной промежуток, включения в установленное время на максимальную мощность на определенный промежуток времени и выключения по окончании этого промежутка, выключения при отсуствиии команд по истечении определенного промежутка времени, отключения нагрузки при превышении уровня различных параметров, включения переменной яркости подсветки в выключенном состоянии по заданному алгоритму
Кроме того, сенсорная панель установлена в охватывающую ее по периметру жесткую панель, зафиксированную разъемными соединениями.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного сенсорного регулятора и расширение арсенала сенсорных регуляторов.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задач, состоит в расширении функциональных возможностей, улучшении компоновочных характеристик и повышении долговечности регулятора.
На чертеже фиг.1 изображена конструктивная схема сенсорного регулятора, на фиг.2 - принципиальная блок-схема сенсорного регулятора, на фиг.3 - пример алгоритма циклической функции с временным периодом задержки, на фиг.4 - пример алгоритма волнообразного изменения мощности, на фиг.5 - пример алгоритма включения в установленное время на максимальную мощность, на фиг.6 - пример алгоритма включения при отсуствиии команд по истечении определенного промежутука времени.
Сенсорный регулятор содержит сенсорную панель 2 с сенсорным блоком 22, связанный с силовым модулем 14 контроля и управления, представляющим собой силовую часть сенсорного регулятора. Модуль 14 включает в себя соединенный с сенсорной панелью 2 программируемый микроконтроллер 1 (например, микроконтроллер PIC16F84A-04), к которому подключены блок 10 питания, датчик 4 температуры внутри модуля 14, датчик 5 превышения допустимой мощности и короткого замыкания нагрузки 11, датчик 6 сетевого напряжения, датчик 7 напряжения питания, детектор 8 перехода сетевого напряжения через "0". При этом микроконтроллер 1 соединен с нагрузкой 11 и с сетью 220 В через силовой ключ 9, подключенный к блоку 10 питания. Датчик 5 выполнен на основе трансформатора ударного действия.
Регулятор снабжен вторым датчиком 5 превышения допустимой мощности и короткого замыкания нагрузки 11, включенным между силовым ключом 9 и нагрузкой 11, микроконтроллер 1 выполнен, по меньшей мере, восьмиразрядным с оперативным запоминающим устройством и с энергонезависимой памятью, датчик 4 температуры силового модуля выполнен в виде терморезистора. Сенсорный блок 22 и силовой модуль 14 связаны между собой с помощью двух, установленных на противоположных краях панели соединителей 12, вилки 23 которых жестко закреплены на панели 2, а розетки 24 - в силовом модуле 14, из которых один соединитель включен в сигнальную цепь, а другой - в цепь питания сенсорного блока 22.
Датчик 7 напряжения питания, датчик 6 сетевого напряжения и детектор 8 перехода сетевого напряжения через "0" выполнены каждый в виде цепи согласования указанного напряжения с соответствующим входом микроконтроллера 1.
К микроконтроллеру 1 подключены средства световой индикации, выполненные в виде светодиодов 3, установленных на сенсорной панели с возможностью подсветки поверхности, чувствительной к прикосновению.
Силовая часть регулятора (модуль 14) скрытно смонтирована корпусом 20 в стандартную крепежную стеновую разветвительную (распаечную) коробку 13.
Чувствительная к прикосновению поверхность сенсорной панели выполнена вандалостойкой, с нанесенными на ней зонами 15, 16 управления мощностью, изображенными например, в виде, по меньшей мере, одной из геометрических фигур: круга, кривой, спирали, треугольника, полосы, их сочетания, и/или в виде отдельно стоящих цифр.
Сенсорная панель 2 установлена в охватывающую ее по периметру накладную жесткую панель 17, зафиксированную разъемными резьбовыми соединителями (винтами или шурупами) к стеновой разветвительной коробке 13. Сенсорную панель 2 охватывает по периметру полый бурт 18 жесткой панели 17, опертой на стену. Оборудование силового модуля 14 установлено в едином корпусе 20.
Микроконтроллер 1 снабжен программым обеспечением, выполненным с возможностью реализации запоминания последней насторойки по уровню мощности, включения нагрузки при запуске циклической функции с заданным временным периодом задержки, включения нагрузки в режиме волнообразного изменения мощности на определенный временной промежуток, включения в установленное время на максимальную мощность на определенный промежуток времени и выключения по окончании этого промежутка, выключения при отсуствиии команд по истечении определенного промежутка времени, отключения нагрузки при превышении уровня различных параметров, включения переменной яркости подсветки в выключенном состоянии по заданному алгоритму.
На фиг.3 обозначены:
T1 - временная задержка до включения функции.
Т2 - временная задержка длительностью 5 часов.
Т3 - временная задержка длительностью 25 часов.
Т4 - временная задержка длительностью 22 часа.
На фиг.4 обозначены:
T1 - период (счетчик времени) от момента включения функции.
СН1 - действующая переменная уровня мощности.
SV - максимальный уровень мощности для данного режима.
VOLMIN - минимальный уровень мощности для данного режима.
На фиг.5 обозначен:
T1 - период (счетчик времени) от момента включения функции.
На фиг.6 обозначен:
T1 - период (счетчик времени) от момента включения освещения.
Регулятор может быть соединен с нагрузкой, включающей несколько потребителей (не изображено).
Сенсорный регулятор работает следующим образом.
После подачи питания на регулятор через блок 10 питания микроконтроллер 1 опрашивает датчик 6 сетевого напряжения и в зависимости от значения (уровня) вычисляет первоначальный максимально возможный уровень мощности подводимой к нагрузке 11 с учетом потребности в питании схемы самого регулятора.
Сенсорная панель 2 представляет собой поверхность чувствительную к прикосновению. Принцип действия панели 2 основан прикосновении к ее сенсорам пальца руки (или другим проводящим предметом). Панель 2 различает любое быстрое прикосновение или отслеживает движение пальца вдоль линии расположения чувствительных элементов. Сенсорная панель 2 позволяет осуществлять регулирование путем прикосновения к нанесенной зоне (15, 16). Современные сенсорные панели 2 позволяют распознавать зону воздействия и разного рода движения пальцев. Включение и отключение освещения осуществляется касанием одного сенсора блока 22. Программирование производится с помощью программатора, присоединенного к стандартному разъему микроконтроллера 1.
Микроконтроллер 1 опрашивает подключенную к нему сенсорную панель 2 для определения срабатывания ее сенсоров, и в зависимости от результата включает, отключает или регулирует мощность нагрузки. Происходит это следующим образом: если микроконтроллер 1 получил с панели 2 команду на включение нагрузки 11, он ожидает информацию от детектора 8 перехода синусоиды сетевого напряжения через "0" (т.е. о начале полупериода), после чего с помощью маломощного электрического сигнала управления открывает элементы ключа 9 на время соответствующее ранее определенному значению максимально возможного уровня мощности. Таким образом, микроконтроллер 1 получающий от детектора 8 сигнал о начале полупериода синхронизирован с фазой переменного сетевого напряжениия. В результате микроконтроллер 1 плавно управляет мощностью, подаваемой в нагрузку 11, путем изменения времени, в течение которого элемент ключа 9, соединяющий нагрузку 11 с блоком 10 питания, замкнут в течение данного периода. Этот процесс повторяется до тех пор пока микроконтроллер 1 не получит других команд от сенсорной панели 2. силовой элемент - полупроводниковый управляемый прибор, имеющий только два устойчивых электрических состояния - закрытое или открытое (выключенное или включенное); переход из закрытого состояния в открытое, т.е. включение силового элемента, осуществляется с помощью маломощного электрического сигнала управления. Выключенное состояние а силового элемента характеризуется очень большим значением сопротивления, а включенное состояние - очень малым сопротивлением.
Если микроконтроллер 1 получил команду на плавную регулировку мощности нагрузки 11, то в зависимости от сработавшего сенсора панели 2 и времени удержания этого сенсора, он изменяет значение максимально возможного уровня мощности, и параллельно отслеживая информацию от детектора 8 перехода сетевого напряжения через "0", открывает элементы ключа 9 на время соответствующее этому значению максимально возможного уровня мощности.
Если микроконтроллер 1 получил команду на отключение нагрузки 11, он отключает элементы ключа 9 через которые питается нагрузка.
В случае, если нагрузка 11 отключена, микроконтроллер 1 включает светоизлучающие диоды, которые обеспечивают подсветку сенсорной панели 2 в темноте.
Если во время работы регулятора происходит просадка сетевого напряжения, микроконтроллер 1 получает об этом информацию через датчик 7 напряжения питания и автоматически понижает мощность нагрузки 11 для обеспечения необходимого питания всей схемы.
Помимо описанных выше функций микроконтроллер 1 постоянно опрашивает датчик 4 температуры внутри модуля 14 и датчик 5 превышения допустимой мощности и короткого замыкания нагрузки 11. В случае несоответствия полученных параметров заданным значениям микроконтроллер 1 выключает нагрузку 11 посредством отключения элементов ключа 9 и выдает световой сигнал посредством диодов 3.
Микроконтроллер 1 имеет возможность, запоминать последную насторойку по уровню мощности. Данная возможность реализована программным способом. Для этого сразу после изменения, уровень мощности выраженный в цифровом виде, записывается в энергонезависимую память микроконтроллера 1. Каждый раз после срабатывания сенсора (ВКЛ) или возобновления питания регулятора (например после сбоя в энергоснабжении) уровень мощности из энергонезависимой памяти переносится в действующую переменную уровня мощности.
Микроконтроллер 1 обеспечивает возможность реализации циклической функции работы нагрузки 11 с временным периодом задержки по заданному алгоритму:
Микроконтроллер 1 обеспечивает возможность включения нагрузки 11 в режиме волнообразного изменения мощности на определенный временной промежуток:
Микроконтроллер 1 обеспечивает возможность включения нагрузки 11 в установленное время на максимальную мощность на определенный промежуток времени, а по окончании этого промежутка выключаться.
Микроконтроллер 1 обеспечивает возможность включения нагрузки 11 при отсуствиии команд по истечении определенного промежутука времени.
Кроме того, микроконтроллер 1 имеет возможность отключать нагрузку 11 при превышении уровня различных параметров.
Кроме того, микроконтроллер 1 имеет возможность включать переменную яркость подсветки в выключенном состоянии по заданному алгоритму.
Переменная яркость подсветки сенсорной панели достигается применением широтно-импульсного способа питания светодиода 3 подсветки. При работе данной функции, ширина импульсов питающих светодиод 3 подсветки вариируется.
В случае объединения силовых модулей 14 нескольких регуляторов в один корпус 20 с одной общей составной сенсорной панелью 2, становится возможным управлять несколькими нагрузками 11 раздельно. Наличие второго датчика 5 превышения допустимой мощности и короткого замыкания нагрузки 11 обеспечивает более надежную защиту от превышения допустимой мощности и короткого замыкания нагрузки 11 непосредственно в цепи последней. Такое включение датчиков 5 существенно (в 10 и более раз) продлевает срок службы нагрузки. Выполнение связи сенсорного блока 22 и силового модуля 14 с помощью двух, установленных на противоположных краях панели соединителей 12, вилки 23 которых жестко закреплены на панели, а розетки 24 - в силовом модуле 14, обеспечивает надежное крепление вандалостойкой панели 2 и ее устойчивость при случайном нажатии с повышенным усилием.
Благодаря реализованному программному обеспечению микроконтроллера 1 создаются широкие возможность по автоматическому управлению нагрузкой без вмешательства человека. С помощью одного такого выключателя можно будет программно управлять любым потребителем в помещении, в котором отсутствуют люди или они не могут прерывать свою работу для многократного нажатия на панель 2. Благодаря этому подобные регуляторы могут использоваться и для управления кондиционерами, электрическими машинами, средствами пожаротушения и т.д.
Таким образом, создан эффективный сенсорный регулятор и расширен арсенал сенсорных регуляторов.
При этом расширены функциональные возможности в части диапазона благодаря программному регулированию нагрузки, улучшении компоновочных характеристик благодаря монтажу всей силовой части в стенную коробку и повышены долговечность и надежность регулятора благодаря защите сенсорной панели жесткой панелью, плавному включению напряжения на нагрузке и наличию защиты от перегрева и короткого замыкания нагрузки, а также синхронизации сигнала управления микроконтроллера для открытия элементов силового ключа с началом полупериода сетевого напряжения.