СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ДВЕРЦЫ
DOOR POSITION DETECTION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к емкостной системе обнаружения, содержащей электрическую цепь системы обнаружения, соединенную с первой и второй антеннами, первая антенна размещена на первом объекте, а вторая антенна размещена на втором объекте, подвижном по отношению к упомянутому первому объекту.
Уровень техники
Емкостные системы обнаружения общеизвестны как способные обеспечивать управление и работу различных приборов на основе детектирования присутствия человеческого тела. Такие системы в общем описаны, например, в патентах США №№445312 и 5621290. В этих документах чувствительный электрод размещен на оконной раме автомобильного окна. Как только часть человеческого тела, такая как рука, приближается к чувствительному электроду, емкость между этим электродом и электродом заземления возрастает. Это возрастание емкости изменяет частоту выходного сигнала электрода, которая сравнивается с эталоном, и перемещающий окно двигатель срабатывает на основе этого изменения. Система обнаружения может реагировать на полупроводящие элементы, такие как человеческое тело, но пластмассы и дерево не вызовут никакого эффекта.
В еще не опубликованной заявке Швеции SE №0402261-2 раскрывается емкостная система обнаружения, предназначенная для решения проблемы обнаружения небольшой части тела между дверцей и корпусом холодильного шкафа, оснащенного емкостной системой обнаружения. В нормальном состоянии корпус шкафа будет делать дверную антенну нечувствительной, поскольку его сильное влияние на емкость гораздо больше, чем меньшее влияние на емкость, вызванное частью тела. Для решения этой задачи раскрытое изобретение содержит между дверцей и корпусом холодильника электромагнитный экран, установленный наподобие прокладки на краю корпуса шкафа. Экран должен устранять влияние, вызываемое корпусом шкафа. Этот экран имеет фиксированное положение по отношению к корпусу холодильника и постоянную емкость относительно него. Дверца электрически соединена с этим экраном и перемещение дверцы не изменяет емкости дверцы относительно корпуса холодильника.
Однако раскрытая система имеет недостаток в виде высокой стоимости конструкции. Эта рамка должна быть в виде тонкой проводящей фольги (например, медной), но с эстетической точки зрения она должна быть покрыта какими-то пластмассовыми элементами и все стороны этой рамки должны электрически соединяться друг с другом и с панелью управления. В закрытом состоянии дверные покрывающие рамочные элементы воздействуют на прокладку с большим давлением, и пластмасса должна быть достаточно твердой (дорогой), чтобы выдержать эти условия.
Другая проблема состоит в том, что рамка не является истинным экраном. Размер дверцы (см. фиг.1) много больше, чем общая площадь рамки. Это означает, что между дверцей и корпусом холодильника создается электромагнитное поле С3. Это добавит лишнюю меняющуюся емкость в измерительную цепь системы. Фактически, экран (поскольку он не является реальным экраном) можно было бы заменить «нормальным» постоянным конденсатором С1, расположенным на панели управления. Тогда мы вернемся к емкостной системе обнаружения для холодильного шкафа без экрана. Емкость С3 будет зависеть от угла открытия дверцы и влиять на общую емкость упомянутой цепи (см. фиг.2). Кроме того, поскольку рамка гораздо ближе к корпусу холодильника, ее емкость С1 много выше (примерно 2-3 нФ, а это значит в 10 раз больше, чем емкость С2 между человеческим телом и дверцей).
Поэтому у нас будет не одна постоянная емкость между экраном и корпусом, а две соединенные в параллель емкости С1, С3-между рамкой и холодильником и между дверцей и холодильником, с общей емкостью в 10 раз выше, чем между человеческим телом и дверцей (С2). Фиг.1-2 иллюстрируют это. Кроме того, нам придется иметь дело с изменениями С3 из-за угла раскрытия дверцы. Из-за этого нам понадобится АЦП (ADC) (аналого-цифровой преобразователь) с высоким разрешением (динамический диапазон примерно 20000) и сложная обработка сигналов с усилением только части сигнала в полном диапазоне, чтобы иметь возможность обнаруживать перемещение человеческого тела. Проблема будет состоять в определении того, зависит ли изменение общей емкости от перемещения дверцы или присутствия человеческого тела.
Сущность изобретения
Поэтому цель настоящего изобретения состоит в создании емкостной системы обнаружения, применяемой для дверцы или крышки, которая удерживается рамкой, влияющей на емкость, причем система способна легко и надежно обнаруживать малую часть человеческого тела. Эта цель достигается согласно изобретению, как оно определено в отличительной части п.1 формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет описано далее со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 показывает емкостную воспринимающую систему-прототип в применении к холодильному шкафу;
фиг.2 показывает соответствующую измерительную цепь для системы на фиг.1;
фиг.3 показывает емкостную воспринимающую систему в применении к холодильному шкафу согласно настоящему изобретению;
фиг.4 показывает элементную структуру измерительной системы для системы на фиг.3;
фиг.5 показывает соответствующую измерительную цепь для системы на фиг.3-4;
фиг.6 показывает «емкость в зависимости от угла открывания дверцы».
Описание варианта осуществления изобретения
Фиг.1-2 показывают вариант осуществления прототипа, раскрытого в неопубликованной заявке на патент Швеции SE №0402261-2, а фиг.3-6 показывают вариант осуществления емкостной системы обнаружения в соответствии с настоящим изобретением. Этот иллюстративный вариант осуществления не следует интерпретировать как ограничение изобретения. Его назначение состоит в иллюстрации того, как можно применить изобретение, и для дальнейшей иллюстрации объема изобретения.
На фиг.1 известная емкостная система обнаружения применена к холодильному шкафу 10, имеющему корпус с наружным металлическим листом, окружающим шкаф. Шкаф содержит дверцу 11, шарнирно подвешенную на петлях к корпусу. Как описано в уровне техники, эта система содержит электромагнитный экран 12 между дверцей и корпусом холодильника, установленный как прокладка на краю корпуса шкафа. Он имеет соединение 13 с дверцей. Экран должен устранять влияние, вызванное корпусом шкафа. Фиг.2 показывает соответствующую измерительную цепь (суммирующую токи), образованную этой конструкцией, которая в свою очередь соответствует нижеприведенному расчету полной емкости:
Сполн=С1+С2+С3.
С1 представляет собой емкость, образованную между экраном и корпусом шкафа. Она имеет высокое значение (нФ). С2 представляет собой переменную емкость, образованную между дверцей и заземлением, которая зависит от перемещения или присутствия человеческого тела у дверцы. Она имеет низкое значение (пФ). С3 представляет собой невычисляемую переменную емкость, образуемую между дверцей и корпусом шкафа. Она имеет высокое значение (нФ) и зависит от угла открывания дверцы. При измерении полной емкости на выходе 14 цепи (фиг.2) будет очень затруднительно определить перемещение человеческого тела (изменения С2). Проблема будет в определении того, зависит ли полная емкость от перемещения дверцы или от присутствия человеческого тела.
Фиг.3-6 показывают вариант осуществления системы согласно настоящему изобретению. На фиг.3 показан шкаф 10 с навесной дверцей 11. Наружный металлический лист покрывает корпус шкафа. Согласно настоящему изобретению экран 12 заменен электродом 15 на верхней стороне холодильника. Этот электрод сделан из металлической полоски, размещенный на верхней панели (не показано), на которой размещен пользовательский интерфейс, печатная плата и прочие электронные компоненты. Электрод будет работать как антенна для цепи емкостной системы обнаружения. Система будет способна обнаруживать положение дверцы для решения вышеупомянутых проблем, присущих прототипу.
На фиг.3 показаны емкости, образованные новой конструкцией системы. С1 представляет собой постоянную емкость, образованную между электродом 15 и корпусом 10 шкафа. С2 представляет собой переменную емкость, образованную между дверцей и заземлением, которая зависит от присутствия или перемещения человеческого тела около дверцы. С3 представляет собой переменную емкость, образованную между дверцей и корпусом шкафа. Она зависит от угла открывания дверцы. С4 представляет собой переменную емкость, образованную между электродом и дверцей. Она зависит от угла открывания дверцы. Как описано далее, для обнаружения приближения человеческого тела 16 к дверце в системе будет использоваться значение этой емкости С4.
Фиг.4 показывает элементную структуру измерительной цепи, а фиг.5 -соответствующую измерительную цепь для емкостной системы обнаружения согласно настоящему изобретению. Фиг.4 показывает различные антенны (корпус 10 шкафа, электрод 15, дверца 11, человеческое тело 16), которые влияют на полную емкость, измеренную на выходе 17 цепи (фиг.5). Теперь рассмотрим вычисление полной емкости на выходе 17:
Сполн=С+1/(1/С4+1/(С2+С3)).
В настоящем изобретении значения емкости (С1 и С4) электрода намного ниже (менее чем 10 пФ) по сравнению с емкостями дверцы и человеческого тела С2/С3 (200-400 пФ в общей сложности), и поэтому влияние С2 и С3 на емкость металлической полоски незначительно, например
если C1=10 пФ, С4=10 пФ, С3=300 пФ, С2=100 пФ (пользователь касается дверцы), тогда полная емкость равна
С=C1+1/(1/С4+1/(С2+С3))=10+1/(/10+1/(300+100))=19,76 пФ.
Если C1=10 пФ, С4=10 пФ, С3=300 пФ, С2=0 пФ (пользователь далеко от дверцы), тогда полная емкость равна
С=C1+1/(1/С4+1/(С2+С3))=10+1/(/10+1/(300+0))=19,67 пФ.
Таким образом, перемещение человеческого тела рядом с дверцей и даже касание дверцы не будет иметь реального влияния на результаты измерения положения дверцы (в особенности когда дверца открыта и емкость С4 значительно меньше).
На фиг.6 показано, что, когда дверца открыта, ее положение под верхней боковой металлической полоской изменяется, и также изменяется площадь общих перекрывающихся поверхностей. Следовательно, емкость этого переменного конденсатора будет зависеть (но не линейно) от угла открывания, см. график. Наиболее сильное изменение будет иметь место, когда дверца только начинает открывание, и будет очень малым, когда дверца почти открыта. Эта система обнаружения будет иметь очень высокую точность при определении закрытого состояния дверцы и низкую точность при открытом состоянии дверцы. Для правильной работы холодильника надежная идентификация закрытого состояния дверцы более критична, нежели открытого, так что не очень высокая точность для открытого состояния приемлема.
В результате систему легко можно откалибровать при ее запуске таким образом, чтобы система «знала» полную емкость на выходе 17 для разных углов открывания. Пользователь получит инструкцию о необходимости выполнения калибровки при установке шкафа в доме. Затем система всегда будет иметь информацию о положении дверцы и может вычислить ожидаемый полный емкостной сигнал для определенного угла дверцы без действий пользователя (перемещение и касание дверцы) и вычесть его из реального сигнала. Поэтому будет получен чистый сигнал пользовательских действий. Это позволит получить работающую емкостную систему обнаружения для холодильного шкафа.
На практике емкостная система обнаружения при калибровке будет выявлять положение второго объекта путем измерения полной емкости в электрической цепи и сравнения ее с хранящимся в памяти графиком соотношения между емкостью и положением второго объекта. Цепь системы обнаружения после выявления местоположения второго объекта будет обнаруживать перемещение и/или положение части тела пользователя рядом со вторым объектом.
Другое преимущество состоит в том, что можно удалить два механических выключателя, обычно используемых в холодильниках (выключатель сигнализации открывания дверцы и выключатель внутреннего освещения), вследствие чего ожидается снижение стоимости из-за упрощения механической конструкции.
Для специалиста очевидно, что изобретение не ограничено емкостной системой обнаружения, приспособленной только для холодильного шкафа. Его можно использовать в любом приборе с движущейся частью, в котором реализуется антенное устройство для емкостной системы обнаружения.