一種智能開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種負(fù)載電路和控制電路完全隔離的節(jié)能型智能開關(guān)，它包括：電池，微處理器，感應(yīng)器和繼電器，其中的繼電器采用磁保持繼電器或者電動(dòng)保持繼電器。感應(yīng)器可選擇音頻傳感器、觸摸傳感器、加速度傳感器、陀螺儀、震動(dòng)開關(guān)或機(jī)械開關(guān)中的一種或多種組合。負(fù)載不工作時(shí)，微處理器處于休眠狀態(tài)，操作感應(yīng)器后其中斷信號(hào)將喚醒微處理器，而微處理器分析感應(yīng)信號(hào)后使繼電器閉合，同時(shí)微處理器進(jìn)入計(jì)時(shí)狀態(tài)。再次操作感應(yīng)器將斷開繼電器，如計(jì)時(shí)完成還無人操作，微處理器將自動(dòng)斷開繼電器，整個(gè)智能開關(guān)進(jìn)入休眠節(jié)能狀態(tài)。本發(fā)明的感應(yīng)器在選用震動(dòng)開關(guān)時(shí)，多個(gè)震動(dòng)開關(guān)通過簡單的并聯(lián)或者串聯(lián)就能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制。
【專利說明】
一種智能開關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電路的通斷控制開關(guān)，特別是家居照明用的面板開關(guān)和家用電器插座的控制開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的家用照明中使用機(jī)械觸點(diǎn)式開關(guān)，它的最大優(yōu)點(diǎn)是簡單且不耗電。但是，如果打開后忘記關(guān)閉，燈具保持通電狀態(tài)，就會(huì)造成很大的浪費(fèi)。因此現(xiàn)在有些智能開關(guān)加入了控制用的微處理器(或者控制電路)，可以實(shí)現(xiàn)按時(shí)自動(dòng)切斷電源。由于微處理器的存在，開關(guān)的觸發(fā)(或者感應(yīng))部件變得非常豐富，除了機(jī)械按鈕或撥動(dòng)式開關(guān)外，還有聲控、觸摸等方式。但這些開關(guān)存在一些問題，首先:開關(guān)內(nèi)負(fù)載高壓強(qiáng)電(如中國的220Vac市電)和控制弱電無法完全隔離，存在一些干擾，所以出現(xiàn)夜間燈閃情況(特別是對(duì)led這種非常敏感的器件)，干擾睡眠；再者:控制電路的感應(yīng)部分和繼電器需要長時(shí)間供電(或處于工作狀態(tài))，依然存在電能浪費(fèi)；最后:開關(guān)的感應(yīng)模塊有較大的局限，如聲控開關(guān)通常用于室外樓道而不適合用于室內(nèi)安靜的情境，觸摸開關(guān)的操作范圍較小(通常為開關(guān)面板中心約I平方厘米的面積)，而且需用裸露干凈的手指觸摸，戴手套或者手臟時(shí)無法操作。
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)載電路和控制電路完全隔離的節(jié)能型智能開關(guān)，本發(fā)明的另一目的是提供一種操作更加便捷的節(jié)能型智能開關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]電子控制的智能開關(guān)的耗電主要來自控制強(qiáng)電負(fù)載電路開合的繼電器，繼電器的維持需要耗電。本發(fā)明中，用自保持繼電器(磁保持繼電器或電動(dòng)保持繼電器)代替常規(guī)的繼電器。和普通的繼電器開關(guān)不同，磁保持繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)或者靜觸點(diǎn)采用永久性磁鐵，因此開關(guān)在動(dòng)作執(zhí)行(開或合)完成后，兩個(gè)觸點(diǎn)因?yàn)樽陨淼拇帕Χ３植蛔?，因此不需維持供電(市場(chǎng)上有一類磁保持繼電器在保持階段仍需供電，但耗電量較動(dòng)作時(shí)降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到微安級(jí)別，因此也可以忽略不計(jì))。電動(dòng)保持繼電器是利用微型電機(jī)移動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)使開關(guān)閉合或者斷開，在動(dòng)作完成后，由于動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)自身具有的彈力或者摩擦力維持其狀態(tài)，因此不需繼續(xù)供電。
[0005]由于繼電器的維持不再需要耗電(或者耗電極低)，而現(xiàn)在的微處理器能耗也非常低，因此控制器件可以采用電池供電，這樣就不用從高壓負(fù)載電路(如照明燈火線，家用電器插座等)變壓取電。因此，負(fù)載電路和控制器的低壓供電實(shí)現(xiàn)了隔離，消除了高壓負(fù)載電路對(duì)控制電路的干擾。
[0006]為進(jìn)一步降低能耗，微處理器采用具有休眠模式的器件，為了實(shí)現(xiàn)控制，就需要增加一個(gè)中斷觸發(fā)器(觸發(fā)器產(chǎn)生電平信號(hào)，輸出到微處理器的中斷口，作為喚醒信號(hào))。這個(gè)中斷觸發(fā)器即是本發(fā)明所述智能開關(guān)與操作人之間的動(dòng)作界面，因此也稱為操作感應(yīng)器。感應(yīng)器必須能提供用于喚醒微處理器的中斷信號(hào)，最簡單的感應(yīng)器是按鈕或撥動(dòng)式機(jī)械開關(guān)，其結(jié)構(gòu)和工作過程就如同手機(jī)、電腦等各類電器上的開關(guān)按鈕。這種按鈕式的開關(guān)接入微處理器后還可以增加一些附加的功能，比如按鍵持續(xù)的時(shí)間，按鍵的次數(shù)等，這些變化經(jīng)過微處理器分析可以被區(qū)別用于不同控制指令，實(shí)現(xiàn)不同的操作。
[0007]目前市場(chǎng)上的音頻傳感器，觸摸傳感器，震動(dòng)傳感器(如MEME加速度計(jì)，震動(dòng)開關(guān))，角度傳感器(如:陀螺儀等)都可以作為本發(fā)明的感應(yīng)器，它們不僅能提供最初始的喚醒中斷信號(hào)，還可以提供更多的信號(hào)用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的指令識(shí)別。
[0008]本發(fā)明感應(yīng)器的較佳選擇是震動(dòng)開關(guān)，它是一類結(jié)構(gòu)化，體型小，成本低廉的器件。震動(dòng)開關(guān)最廣泛的應(yīng)用之一是兒童的閃光鞋，它是將震動(dòng)開關(guān)、電池和led置于鞋底，走動(dòng)時(shí)引起開關(guān)頻繁閉合控制led產(chǎn)生閃亮的效果。震動(dòng)開關(guān)分為彈簧型和滾珠型兩大類，用這種震動(dòng)開關(guān)取代按鈕開關(guān)，不僅可以獲得中斷觸發(fā)信號(hào)，而且因?yàn)樗鼈儽旧砭褪钦饎?dòng)傳感器，因此實(shí)現(xiàn)更多的功能。采用震動(dòng)開關(guān)作為感應(yīng)器有以下優(yōu)勢(shì):首先，容納震動(dòng)開關(guān)的整個(gè)殼體都是智能開關(guān)和操作人的界面(整個(gè)開關(guān)殼體任意位置都是觸控點(diǎn)，不像按鈕局限在按鈕本身，觸摸屏局限在屏本身)，而殼體表面材料和形狀有更多的選擇，只要能很好傳遞震動(dòng)信號(hào)，就是良好的操作區(qū)，因此殼體的外觀將極其豐富多樣；另外，震動(dòng)的強(qiáng)度、頻度都從中斷口輸入到微處理器，因此可以實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜的指令識(shí)別，即實(shí)現(xiàn)更多的智能操控；再有，由于震動(dòng)開關(guān)本質(zhì)上是機(jī)械開關(guān)，因此可以實(shí)現(xiàn)簡單的并聯(lián)(常開型彈簧開關(guān))或者串聯(lián)(常閉型滾珠開關(guān))實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制(如一個(gè)房間內(nèi)多個(gè)開關(guān)控制同一燈具)。
[0009]由于微處理器的存在，因此可以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)值可以是保存在微處理器的固定值，如果需要可變值，只需增加一個(gè)撥碼器(連接微處理器的I/o 口，直接讀入數(shù)值)來設(shè)定修改；計(jì)時(shí)值也可以利用按鈕按下時(shí)間長短或者連續(xù)按鍵次數(shù)或者震動(dòng)傳感器的振動(dòng)強(qiáng)度，音頻信號(hào)強(qiáng)度等隨時(shí)修改定。智能開關(guān)在第一次觸發(fā)喚醒后，可以根據(jù)檢查分析的信號(hào)確定定時(shí)關(guān)閉時(shí)長，計(jì)時(shí)完成后斷開開關(guān)進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0010]如上所述，若選用彈簧型震動(dòng)開關(guān)作為感應(yīng)器，其待機(jī)時(shí)無耗電；微處理器采用STC15系列(提供5個(gè)以上喚醒中斷)，其休眠是耗電量低至I μΑ。因此，用一次性18650性鋰電池(容量以100mAh計(jì))，智能開關(guān)可以待機(jī)1000000小時(shí)，遠(yuǎn)超10年。假設(shè)選用了電機(jī)保持繼電器輸出，并假設(shè)其耗電量為10mA，每次動(dòng)作執(zhí)行用時(shí)ls，則用上述電池的智能開關(guān)可以執(zhí)行動(dòng)作360000次，若一天動(dòng)作10次，則智能開關(guān)可以用36000天，即4年多。如果開關(guān)具有延時(shí)關(guān)閉功能，在計(jì)時(shí)階段，微處理器的耗電量會(huì)比完全休眠時(shí)略高。
[0011]本發(fā)明所述的智能開關(guān)包括了電池，感應(yīng)器，微處理器和自保持繼電器。這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了負(fù)載高壓強(qiáng)電和控制低壓電路的分離，因?yàn)槭褂昧说湍芎牡钠骷鼡Q一次電池可以使用多年。感應(yīng)器則根據(jù)應(yīng)用的環(huán)境和需要做選擇，其中較佳方案為震動(dòng)開關(guān)，它具有結(jié)構(gòu)簡單，外形小，成本低，方便使用等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1通用智能開關(guān)結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2多點(diǎn)控制的智能開關(guān)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示的智能開關(guān)，它包括電池1，觸摸傳感器20，微處理器30，撥碼器40和磁保持繼電器50，所有器件置于一個(gè)殼體內(nèi)。電池提供其他器件所需的低壓控制電源，負(fù)載不工作時(shí)微處理器處于休眠狀態(tài)，繼電器為開路狀態(tài)。當(dāng)使用者觸摸開關(guān)后，感應(yīng)器先產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)給微處理器，將其從休眠狀態(tài)喚醒。微處理器可以立即或者在對(duì)感應(yīng)器信號(hào)進(jìn)行分析確認(rèn)后觸發(fā)繼電器，使其閉合。閉合的繼電器使負(fù)載電路導(dǎo)通工作(如:點(diǎn)亮照明燈，啟動(dòng)電器等)。由于繼電器具有自保持功能，不需持續(xù)大電流供電，微處理器則進(jìn)入計(jì)時(shí)狀態(tài)(有些微處理器具有計(jì)時(shí)喚醒功能，因此計(jì)時(shí)狀態(tài)能耗也非常低)。在負(fù)載電路工作時(shí)(微處理器計(jì)時(shí)狀態(tài)中)，使用者再次觸摸開關(guān)，微處理器確認(rèn)信號(hào)后切斷繼電器，使負(fù)載電路斷開，微處理器也立即進(jìn)入休眠狀態(tài)。如果沒有人為操作斷開負(fù)載電路，微處理器計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開繼電器，然后智能開關(guān)進(jìn)入休眠節(jié)能狀態(tài)。
[0015]在圖1所示的實(shí)施例中，繼電器選擇的是磁保持繼電器，它可以換成電動(dòng)保持繼電器。感應(yīng)器采用的是觸摸傳感器，它可以換成MEMS加速計(jì)或者震動(dòng)開關(guān)(只需觸碰智能開關(guān)的殼體就能完成操作)，陀螺儀(轉(zhuǎn)動(dòng)殼體完成操作)，音頻傳感器(通過喊話或者聲音識(shí)別完成操作)，甚至普通的機(jī)械按鈕或開關(guān)。為了修改計(jì)時(shí)值，本實(shí)施例中增加了撥碼器40。當(dāng)然，計(jì)時(shí)時(shí)長也可以根據(jù)開關(guān)接通時(shí)從感應(yīng)器檢查到的信號(hào)來定，比如:觸摸次數(shù)，震動(dòng)的強(qiáng)弱，聲音的大小，按鍵持續(xù)時(shí)間長度或者按鈕次數(shù)等。
[0016]圖2顯示的是多點(diǎn)控制的智能開關(guān)，它包括電池10，微處理器30，電動(dòng)保持繼電器51和多個(gè)震動(dòng)開關(guān)。器件分布在多個(gè)殼體內(nèi)，主殼體60內(nèi)包含電池10，微處理器30，繼電器51和1#震動(dòng)開關(guān)21。智能開關(guān)初始時(shí)微處理器為休眠狀態(tài)，繼電器為開路，當(dāng)人為觸碰主殼體60時(shí)，震動(dòng)開關(guān)震動(dòng)產(chǎn)生中斷信號(hào)喚醒微處理器，微處理器會(huì)根據(jù)震動(dòng)的強(qiáng)弱判定是否閉合繼電器并計(jì)算閉合持續(xù)的時(shí)間。繼電器閉合后，微處理器開始計(jì)時(shí)，再次觸碰主殼體60時(shí)可以斷開繼電器；或者在計(jì)時(shí)完成后自動(dòng)斷開繼電器。
[0017]本實(shí)施例中，2#震動(dòng)開關(guān)22和3#震動(dòng)開關(guān)23則分別置于其他殼體中，它們和主殼體60內(nèi)的1#震動(dòng)開關(guān)通過導(dǎo)線連接(連線可以長達(dá)數(shù)十米也不影響性能)。三個(gè)震動(dòng)開關(guān)可以相互并聯(lián)(采用彈簧型常開震動(dòng)開關(guān))或者串聯(lián)(采用滾珠型常閉震動(dòng)開關(guān))方式接入微處理器的同一中斷口。當(dāng)然，三個(gè)震動(dòng)開關(guān)可以分別接入微處理器不同的中斷口實(shí)現(xiàn)各自獨(dú)立控制(微處理器對(duì)三個(gè)傳感器信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立分析)。
[0018]本實(shí)施例提供的分散布置多傳感結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用至少包括以下情境:
日常照明中多個(gè)開關(guān)控制同一盞燈(如:臥室的床頭和門口，樓上和樓下，長廊的兩頭);
因插座安裝在角落而不方便控制時(shí)，這種延長的開關(guān)可以按需要放置在觸手可及的地方。
[0019]在實(shí)際應(yīng)用中，如插座的控制，因?yàn)椴遄诮锹淅锊槐阌谟|碰，可以取消主殼體60內(nèi)的感應(yīng)器，只保留主殼體外的一個(gè)感應(yīng)器，該感應(yīng)器可以離主殼體數(shù)米遠(yuǎn)。這種結(jié)構(gòu)更加方便操作，而且由于感應(yīng)器只連接了低壓控制電源，因此不像傳統(tǒng)落地?zé)羰褂玫拈_關(guān)那樣存在觸電風(fēng)險(xiǎn)。
[0020]前文中提到各種可用于本發(fā)明的感應(yīng)器，因其特性不同在具體實(shí)施時(shí)需要認(rèn)真考慮智能開關(guān)的結(jié)構(gòu)和安裝位置，比如用陀螺儀的智能開關(guān)就不適合固定安裝，而因采用可旋轉(zhuǎn)的懸掛安裝方式(整個(gè)開關(guān)懸掛或者陀螺儀在獨(dú)立的懸掛殼體中)；用觸摸傳感器的智能開關(guān)最好是固定安裝，而懸掛安裝就增加了操作難度；用音頻傳感器的智能開關(guān)整體或者容納傳感器的殼體也不適合安裝在隱蔽的角落。
[0021]為了顯示計(jì)時(shí)值，可以增加led指示燈，蜂鳴器或者顯示屏，以方便確認(rèn)自動(dòng)斷開繼電器的時(shí)間。
[0022]本發(fā)明實(shí)施時(shí)，除了用撥碼器修改計(jì)時(shí)值外，也可以增加數(shù)據(jù)線接口，利用智能設(shè)備(如手機(jī)，移動(dòng)電腦等)修改更多參數(shù)(包括計(jì)時(shí)值，傳感器的靈敏度等)。甚至增加無線通訊模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的管理和控制。
[0023]實(shí)際應(yīng)用中，附加的計(jì)時(shí)指示模塊和設(shè)置模塊等可以置于主殼體中也可以置于其他保護(hù)感應(yīng)器的殼體。
[0024]以上僅以幾個(gè)較佳實(shí)施例說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)意圖，電池的選擇，自保持繼電器的選擇，感應(yīng)器的選擇，參數(shù)設(shè)置方式，參數(shù)顯示方式，感應(yīng)器的數(shù)量和殼體的數(shù)量以及各器件在多個(gè)殼體內(nèi)的分布選擇等均可以在本發(fā)明的描述中得到啟發(fā)而進(jìn)行變更，若這些修改在本發(fā)明權(quán)利要求所述技術(shù)范圍內(nèi)，則這些修改依然屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種節(jié)能型負(fù)載電路控制智能開關(guān)，它至少包括:低壓控制電源，微處理器，感應(yīng)器和繼電器，其特征在于: 低壓控制電源為電池； 感應(yīng)器為音頻傳感器、觸摸傳感器、加速度傳感器、陀螺儀、震動(dòng)開關(guān)或機(jī)械開關(guān)中的一種或多種組合； 繼電器為磁保持繼電器或者電動(dòng)保持繼電器； 感應(yīng)器帶有電平信號(hào)輸出且連接到微處理器的中斷口，用于喚醒平時(shí)處于休眠狀態(tài)中的微處理器； 微處理器還用于采樣并分析感應(yīng)器信號(hào)，并根據(jù)分析結(jié)果控制繼電器，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電路的閉合或斷開，繼電器斷開后智能開關(guān)進(jìn)入休眠狀態(tài)； 繼電器閉合后微處理器進(jìn)入計(jì)時(shí)狀態(tài)，計(jì)時(shí)完成將自動(dòng)斷開繼電器，且整個(gè)智能開關(guān)進(jìn)入休眠狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征在于:感應(yīng)器為彈簧型或者滾珠型震動(dòng)開關(guān)；震動(dòng)開關(guān)不僅用于產(chǎn)生喚醒微處理器的中斷，而且用于檢測(cè)震動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)弱，此信號(hào)用于修改計(jì)時(shí)值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征在于:感應(yīng)器為震動(dòng)開關(guān)、加速度傳感器或陀螺儀中的一種；感應(yīng)器單獨(dú)置于一個(gè)殼體內(nèi)，智能開關(guān)的其他部分置于另一個(gè)殼體內(nèi)，兩殼體之間通過線纜連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征在于:感應(yīng)器包括兩個(gè)以上的彈簧型震動(dòng)開關(guān)；每個(gè)感應(yīng)器置于獨(dú)立的殼體，殼體之間通過線纜連接，震動(dòng)開關(guān)之間相互并聯(lián)接入到微處理器的同一個(gè)中斷口。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征在于:感應(yīng)器包括兩個(gè)以上的滾珠型震動(dòng)開關(guān)；每個(gè)感應(yīng)器置于獨(dú)立的殼體，殼體之間通過線纜連接，震動(dòng)開關(guān)之間相互串聯(lián)接入到微處理器的同一個(gè)中斷口。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征在于:感應(yīng)器包括兩個(gè)以上的震動(dòng)開關(guān)；每個(gè)震動(dòng)開關(guān)置于獨(dú)立的殼體，殼體之間通過線纜連接，每個(gè)震動(dòng)開關(guān)接入到微處理器的獨(dú)立中斷口。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的智能開關(guān)，其特征在于:智能開關(guān)還包括用于計(jì)時(shí)指示的led燈、蜂鳴器或者顯示屏。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的智能開關(guān)，其特征在于:智能開關(guān)還包括撥碼器，用于修改計(jì)時(shí)值。9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的智能開關(guān)，其特征在于:智能開關(guān)還包括智能設(shè)備數(shù)據(jù)線接口，用于修改參數(shù)。10.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的智能開關(guān)，其特征在于:智能開關(guān)還包括無線信號(hào)收發(fā)模塊，由于遠(yuǎn)程管理和控制。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK105867201SQ201510022803
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年1月19日
【發(fā)明人】陳奎發(fā)
【申請(qǐng)人】陳奎發(fā)