集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，包括司機(jī)控制器手柄及警惕開關(guān)，警惕開關(guān)包括紅外線式接近傳感器電路，紅外線式接近傳感器電路包括紅外線發(fā)射二極管、紅外光電三極管、信號(hào)處理電路及供電電源，供電電源為紅外線發(fā)射二極管、紅外光電三極管及信號(hào)處理電路供電，紅外線發(fā)射二極管用于發(fā)出波長(zhǎng)單模不可見紅外線光，紅外光電三極管用于接收紅外線光，紅外線發(fā)射二極管發(fā)出的紅外線光經(jīng)司機(jī)手掌的反射進(jìn)入紅外光電三極管內(nèi)，信號(hào)處理電路根據(jù)紅外光電三極管接收的紅外光信號(hào)產(chǎn)生高低兩種電平，以體現(xiàn)警惕操作變化輸出。本發(fā)明相比其它的電容、電阻式警惕操作檢測(cè)方式，有較高的可靠性。
【專利說(shuō)明】
集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于軌道交通機(jī)車車輛工業(yè)領(lǐng)域，涉及一種司機(jī)控制器手柄。
【背景技術(shù)】
[0002]司機(jī)控制器和機(jī)車警惕裝置是兩種不同功能的電器設(shè)備。司機(jī)控制器是司機(jī)用來(lái)操縱機(jī)車運(yùn)行的主令控制器，能控制機(jī)車的運(yùn)行工況和行車速度。機(jī)車警惕裝置是為了防止司機(jī)在列車行駛時(shí)出現(xiàn)打瞌睡、離崗行為，以及司機(jī)發(fā)生緊急病傷等意外情況喪失對(duì)機(jī)車的控制能力時(shí)，使機(jī)車具有自動(dòng)停車的安全控制系統(tǒng)。
[0003]目前司機(jī)控制器類產(chǎn)品中常用的是機(jī)械自恢復(fù)按鈕式的機(jī)車警惕裝置，比如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?201020173010.2、201120292157.8、201320070412.3、201420444798.4所涉及的機(jī)車警惕裝置。機(jī)車警惕按鈕在長(zhǎng)期頻繁按壓使用情況下，存在按鈕老化和動(dòng)作機(jī)構(gòu)卡滯等現(xiàn)象，同時(shí)也增加了司機(jī)的操縱步驟，加重了司機(jī)的操縱負(fù)擔(dān)。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01420223739.4所涉及的一種觸摸式機(jī)車警惕裝置，雖然避免了使用機(jī)械開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)車車輛警惕功能，但是系統(tǒng)復(fù)雜、并且由于引入了對(duì)電容和電阻的動(dòng)態(tài)測(cè)量，易受外界的電場(chǎng)和磁場(chǎng)變化的干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種適用于司機(jī)控制器類產(chǎn)品的光電式警惕開關(guān)的機(jī)車警惕裝置，該裝置在司機(jī)操作司機(jī)控制器時(shí)即可以可靠地實(shí)現(xiàn)機(jī)車警惕裝置的使用要求，簡(jiǎn)化了司機(jī)的操作步驟。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明所提供的集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，包括司機(jī)控制器手柄及警惕開關(guān)，其特殊之處在于:
[0008]所述警惕開關(guān)包括紅外線式接近傳感器電路，所述司機(jī)控制器手柄的頭部設(shè)置有凹槽，所述紅外線式接近傳感器電路設(shè)置在凹槽內(nèi)；
[0009]所述紅外線式接近傳感器電路包括紅外線發(fā)射二極管4、紅外光電三極管5、信號(hào)處理電路及供電電源，所述供電電源為紅外線發(fā)射二極管4、紅外光電三極管5及信號(hào)處理電路供電，所述紅外線發(fā)射二極管4用于發(fā)出波長(zhǎng)單模不可見紅外線光，所述紅外光電三極管用于接收紅外線光，所述紅外線發(fā)射二極管4發(fā)出的紅外線光經(jīng)司機(jī)手掌的反射進(jìn)入紅外光電三極管5內(nèi)，所述信號(hào)處理電路根據(jù)紅外光電三極管接收的紅外光信號(hào)產(chǎn)生高低兩種電平，以體現(xiàn)警惕操作變化輸出。
[0010]以上為本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，基于該基本結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還做出以下優(yōu)化限定:
[0011]為避免可見光等其它外界光線的干擾，上述單模不可見紅外線光的波長(zhǎng)約為950nmo
[0012]進(jìn)一步的，正對(duì)紅外線式接近傳感器電路設(shè)置有可見光濾波片，所述可見光濾波片阻隔可見光波段的光線進(jìn)入手柄凹槽，而使950nm波長(zhǎng)附近的紅光線低衰減通過(guò)。
[0013]進(jìn)一步的，上述信號(hào)處理電路包括運(yùn)算放大器U1、電阻R4、電阻R6、電位器R3、電阻R7、電阻R2及電阻R6，
[0014]所述運(yùn)算放大器Ul為工作于電壓比較器的運(yùn)算放大器;所述電阻R6從Ul的輸出端引入正反饋，構(gòu)成窗口遲滯比較器；
[0015]所述運(yùn)算放大器Ul的負(fù)向輸入端通過(guò)電阻R4與電位器R3連接，所述電位器R3用于運(yùn)算放大器比較閾值的設(shè)定，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R3調(diào)節(jié)信號(hào)處理電路的檢測(cè)距離；
[0016]所述運(yùn)算放大器Ul的正向輸入端通過(guò)電阻R5與紅外光電三極管5的發(fā)射極連接，所述紅外光電三極管5的發(fā)射極還通過(guò)電阻R7接地；
[0017]所述運(yùn)算放大器Ul的輸出端輸出警惕操作信號(hào)，所述運(yùn)算放大器Ul的輸出端還通過(guò)電阻R2與運(yùn)算放大器Ul的電源端連接，以對(duì)紅外發(fā)光管起限制電流作用；所述運(yùn)算放大器Ul的輸出端還通過(guò)電阻R6與運(yùn)算放大器Ul的正向輸入端連接輸出負(fù)反饋。
[0018]再進(jìn)一步的，上述供電電源由軌道交通機(jī)車車輛的儀表照明電源中引出。
[0019]再進(jìn)一步的，本發(fā)明的供電電源還包括穩(wěn)壓二極管D2，所述穩(wěn)壓二極管D2設(shè)置在供電電源的正端與負(fù)端之間。
[0020]再進(jìn)一步的，上述紅外線式接近傳感器電路還包括在紅外線發(fā)射二極管(4)和紅外光電三極管(5)之間阻隔紅外光線通過(guò)的隔光塊(8)，
[0021]所述凹槽的內(nèi)表面還設(shè)置有黑色噴塑涂覆。
[0022]再進(jìn)一步的，為提高系統(tǒng)工作的可靠性，本發(fā)明紅外線式接近傳感器電路印制在PCB板上。
[0023]再進(jìn)一步的，為便于零件加工和器件布局，上述凹槽的形狀為矩形，所述PCB板及可見光濾波片為的大小與凹槽大小相配合，所述PCB板及可見光濾波片的形狀與凹槽的形狀相同。
[0024]再進(jìn)一步的，為了連接的簡(jiǎn)單、可靠，本發(fā)明的PCB板與手柄通過(guò)螺釘連接，所述可見光濾波片鑲嵌在凹槽的頂部。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是:
[0026]1、本發(fā)明的司機(jī)控制器手柄集成了警惕開關(guān)，并引入了光電檢測(cè)手段，相比其它的電容、電阻式警惕操作檢測(cè)方式，有較高的可靠性。
[0027]2、有觸點(diǎn)開關(guān)，在長(zhǎng)時(shí)間使用后，受環(huán)境空氣等影響，觸頭金屬材料表面會(huì)形成一層氧化膜或微粒沉積膜，該氧化會(huì)嚴(yán)重影響開關(guān)接通低電壓(〈10V)、小電流(〈10mA)信號(hào)的可靠性，這種情況在開關(guān)觸點(diǎn)表面鍍金后能有所改善，但不能完全避免，而采用光電式無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)后的警惕開關(guān)，能完全保證低電壓、小電情況下的可靠接通。
[0028]3、相比有觸點(diǎn)開關(guān)式的警惕按鈕，減小了司控手動(dòng)操作的勞動(dòng)強(qiáng)度一一即在司機(jī)正常操作司機(jī)控制器過(guò)程中“不知不覺”就完成了警惕開關(guān)的按壓。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2-1為帶有隔光塊的紅外線式接近傳感器電路板的立體視圖；
[0031]圖2-2為帶有隔光塊的紅外線式接近傳感器電路板的平面視圖；
[0032]圖3為本發(fā)明的司機(jī)控制器手柄內(nèi)嵌的電路板組件的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄包括司機(jī)控制器手柄以及安裝在司機(jī)控制器手柄底部的空心手柄連桿；司機(jī)控制器手柄的頂面有可見光濾波片;手柄頭部中空，內(nèi)嵌有紅外線式接近傳感器電路;紅外線式接近傳感器電路和機(jī)車警惕裝置電路相連。
[0034]以下結(jié)合附圖及實(shí)施示例對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說(shuō)明。
[0035]如圖1所示:在司機(jī)控制器手柄頂端嵌有半透明的濾光片I，濾光片的作用是濾除可見光對(duì)手柄內(nèi)嵌電路板組件3上的紅外線光電接收三極管5的影響。在濾光片的下方通過(guò)2個(gè)螺釘2安裝有電路板組件3。電路板組件3上有紅外線發(fā)射二極管4和紅外線接收三極管4及信號(hào)處理電路。
[0036]紅外線式接近傳感器電路的原理圖見圖3。紅外線式接近傳感器電路的工作電源可取自軌道交通機(jī)車車輛司機(jī)控制器儀表照明的DC24V電源，這在實(shí)際應(yīng)用中是容易做到的。24V電源經(jīng)過(guò)電阻Rl限流后驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射二極管發(fā)出波長(zhǎng)約為950nm的單模不可見紅外線光。該紅外線可透過(guò)手柄頂端的濾波片I，在司機(jī)沒有操作手柄時(shí)，沒有紅外光線反射回手柄。在司機(jī)的手接近操作手柄(Slmm)時(shí)，紅光線由紅外線發(fā)射二極管4發(fā)出后，遇到司機(jī)手掌，反射回紅外光電三極管5。
[0037]信號(hào)處理電路包括運(yùn)算放大器Ul、電阻R4、電阻R6、電位器R3、電阻R7、電阻R2及電阻R6，U1為工作于電壓比較器的運(yùn)算放大器，電阻R6從Ul的輸出端引入正反饋，構(gòu)成窗口遲滯比較器。
[0038]由于受反射物體檢測(cè)距離的遠(yuǎn)近，不同人的手皮膚表面差異，以及是否戴手套等情況不同，反射回來(lái)的紅光線的多少是不同的，因此需要對(duì)電壓比較和判斷的閾值進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)定，達(dá)到最佳的檢測(cè)效果。如果大于1mm，那么就是人手還沒有接觸到手柄，警惕開關(guān)的狀態(tài)就發(fā)生了改變，這是不對(duì)的。一般情況下，距離小于1mm，才可以認(rèn)為人手已經(jīng)可靠接觸在了手柄上。為此，本發(fā)明的運(yùn)算放大器Ul的負(fù)向輸入端通過(guò)電阻R4與電位器R3連接，電位器R3用于運(yùn)算放大器比較閾值的設(shè)定，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R3調(diào)節(jié)信號(hào)處理電路的檢測(cè)距離。
[0039]運(yùn)算放大器Ul的正向輸入端通過(guò)電阻R5與紅外光電三極管5的發(fā)射極連接，紅外光電三極管5的發(fā)射極還通過(guò)電阻R7接地；當(dāng)有紅外線反射回來(lái)時(shí)，R7上的電壓會(huì)增大，經(jīng)過(guò)電路比較器Ul輸出高低兩種電平，以體現(xiàn)警惕操作變化輸出。機(jī)車車輛在檢測(cè)到警惕變化輸出后，根據(jù)警惕操作的安全規(guī)則進(jìn)行時(shí)限判定和處理，比如在一定時(shí)間內(nèi)警惕操作無(wú)變化，即驅(qū)動(dòng)司機(jī)室的喇叭和指示燈等對(duì)司機(jī)發(fā)出告警信息，如再過(guò)一定時(shí)間警惕操作仍無(wú)變化，則啟動(dòng)緊急安全停車機(jī)構(gòu)。
[0040]為了提高本發(fā)明紅外線式接近傳感器電路工作的可靠性，本發(fā)明紅外線式接近傳感器電路的全部元器件都布局在手柄凹槽內(nèi)，通過(guò)回路內(nèi)部引入干擾的可能較小，與此形成對(duì)比的是DC24V電源線從軌道交通機(jī)車車輛的儀表照明電源中引來(lái)，布線長(zhǎng)度較大，易竄入過(guò)電壓干擾，因此電源正負(fù)間設(shè)置了穩(wěn)壓二極管D2，以防止過(guò)電壓干擾造成器件Ul和Dl及Ql燒損。
[0041]另外，如圖2所示，為避免紅外光線經(jīng)過(guò)手柄內(nèi)腔內(nèi)的途徑通過(guò)，在紅外線發(fā)射二極管4和紅外光電三極管5之間有阻隔紅外線通過(guò)的隔光塊8，同時(shí)凹槽內(nèi)腔表面做了反光率極低的黑色噴塑涂覆。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，包括司機(jī)控制器手柄及警惕開關(guān)，其特征在于: 所述警惕開關(guān)包括紅外線式接近傳感器電路，所述司機(jī)控制器手柄的頭部設(shè)置有凹槽，所述紅外線式接近傳感器電路設(shè)置在凹槽內(nèi)； 所述紅外線式接近傳感器電路包括紅外線發(fā)射二極管(4)、紅外光電三極管(5)、信號(hào)處理電路及供電電源，所述供電電源為紅外線發(fā)射二極管(4)、紅外光電三極管(5)及信號(hào)處理電路供電，所述紅外線發(fā)射二極管(4)用于發(fā)出波長(zhǎng)單模不可見紅外線光，所述紅外光電三極管用于接收紅外線光，所述紅外線發(fā)射二極管(4)發(fā)出的紅外線光經(jīng)司機(jī)手掌的反射進(jìn)入紅外光電三極管(5)內(nèi)，所述信號(hào)處理電路根據(jù)紅外光電三極管接收的紅外光信號(hào)產(chǎn)生高低兩種電平，以體現(xiàn)警惕操作變化輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，其特征在于: 所述單模不可見紅外線光的波長(zhǎng)為950nm± 55nm。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，其特征在于: 正對(duì)紅外線式接近傳感器電路設(shè)置有可見光濾波片，所述可見光濾波片阻隔可見光波段的光線進(jìn)入手柄凹槽，而使950nm波長(zhǎng)附近的紅光線低衰減通過(guò)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，其特征在于: 所述信號(hào)處理電路包括運(yùn)算放大器U1、電阻R4、電阻R6、電位器R3、電阻R7、電阻R2及電阻R6， 所述運(yùn)算放大器Ul為工作于電壓比較器的運(yùn)算放大器;所述電阻R6從Ul的輸出端引入正反饋，構(gòu)成窗口遲滯比較器； 所述運(yùn)算放大器Ul的負(fù)向輸入端通過(guò)電阻R4與電位器R3連接，所述電位器R3用于運(yùn)算放大器比較閾值的設(shè)定，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R3調(diào)節(jié)信號(hào)處理電路的檢測(cè)距離； 所述運(yùn)算放大器Ul的正向輸入端通過(guò)電阻R5與紅外光電三極管(5)的發(fā)射極連接，所述紅外光電三極管(5)的發(fā)射極還通過(guò)電阻R7接地； 所述運(yùn)算放大器Ul的輸出端輸出警惕操作信號(hào)，所述運(yùn)算放大器Ul的輸出端還通過(guò)電阻R2與運(yùn)算放大器Ul的電源端連接，以對(duì)紅外發(fā)光管起限制電流作用;所述運(yùn)算放大器Ul的輸出端還通過(guò)電阻R6與運(yùn)算放大器Ul的正向輸入端連接輸出負(fù)反饋。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，其特征在于:所述供電電源由軌道交通機(jī)車車輛的儀表照明電源中引出。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，其特征在于: 所述供電電源還包括穩(wěn)壓二極管D2，所述穩(wěn)壓二極管D2設(shè)置在供電電源的正端與負(fù)端之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，其特征在于: 所述紅外線式接近傳感器電路還包括在紅外線發(fā)射二極管(4)和紅外光電三極管(5)之間阻隔紅外光線通過(guò)的隔光塊(8)， 所述凹槽的內(nèi)表面還設(shè)置有黑色噴塑涂覆。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，其特征在于: 所述紅外線式接近傳感器電路印制在PCB板上。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，其特征在于: 所述凹槽的形狀為矩形，所述PCB板及可見光濾波片為的大小與凹槽大小相配合，所述PCB板及可見光濾波片的形狀與凹槽的形狀相同。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成光電式警惕開關(guān)的司機(jī)控制器手柄，其特征在于: 所述PCB板與手柄通過(guò)螺釘連接，所述可見光濾波片鑲嵌在凹槽的頂部。
【文檔編號(hào)】B61C17/12GK105905122SQ201610389565
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】李宏, 郭濤, 王山石, 劉曉玥, 馬林森
【申請(qǐng)人】西安沙爾特寶電氣有限公司