一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關的制作方法
【專利摘要】一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，它涉及一種通過前相切相方式調(diào)節(jié)照明設備亮度的并可組網(wǎng)進行遠程控制的智能觸摸開關。它采用先進的單片機芯片進行設計，利用RS485總線與上位機進行通訊，利用無線通訊的方式進行組網(wǎng)，實時監(jiān)測照明裝置的亮度級別并加以遠程控制。它包括可控硅調(diào)光電路、交流電過零檢測電路、MCU控制電路、觸摸按鍵電路、RS485通訊電路、無線通訊電路、工作電源和無線工作電源。所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關能夠?qū)崟r與上位機通訊、檢測觸摸按鍵動作，根據(jù)來自上位機或觸摸按鍵的調(diào)光控制命令，在交流電過零點時，由MCU發(fā)出控制信號脈沖來控制可控硅調(diào)光電路，完成對照明設備亮度級別的控制。
【專利說明】
一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種智能調(diào)光開關設備，特別涉及一種可組網(wǎng)前相切相的調(diào)節(jié)燈光亮度的智能設備。
【背景技術】
[0002]—種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關是具有靈活組網(wǎng)功能的燈光亮度調(diào)節(jié)設備，可廣泛用于樓宇燈光系統(tǒng)、工廠照明、智能家居中，為公司、企業(yè)在照明節(jié)能方面提供便利，是最重要的節(jié)能實施元件之一，具有非常好的發(fā)展前景。一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關是一種智能化的設備，通過采用先進的單片機芯片進行設計，充分利用現(xiàn)代科學技術，對建筑、工廠等的照明系統(tǒng)進行可組網(wǎng)的實時監(jiān)測與控制，根據(jù)實際使用需要，科學合理的控制建筑物、工廠內(nèi)的照明設備，可以遠程讀取現(xiàn)場照明設備的亮度級別，根據(jù)上位機發(fā)送的命令，遠程控制照明設備的開關和亮度級別，達到對照明系統(tǒng)節(jié)能控制的目標。
[0003]本發(fā)明采用了基于RS485總線的通用型標準Modbus-RTU串行通訊協(xié)議，采用前相切相的調(diào)光方式，可靈活便捷地應用在各公司、企業(yè)的照明節(jié)能控制系統(tǒng)中，打破了各公司產(chǎn)品、系統(tǒng)間固有的技術壁皇，利用先進單片機芯片進行控制，對建筑物、工廠車間等的照明系統(tǒng)進行實時監(jiān)測與控制，根據(jù)實際工作需求，遠程與現(xiàn)場均可調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)亮度，實現(xiàn)對照明系統(tǒng)節(jié)能控制的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是通過如下方案予以實現(xiàn)的:一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，它包括可控硅調(diào)光電路、交流電過零檢測電路、MCU控制電路、觸摸按鍵電路、RS485通信電路、無線通訊電路、工作電源和無線工作電源。所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關在工作電源和無線工作電源所供給的穩(wěn)定電壓下，實時與上位機通訊、檢測觸摸按鍵動作，并能夠在觸摸開關之間進行無線通訊，根據(jù)來自上位機或觸摸按鍵的調(diào)光控制命令，在交流電過零點時，由MCU發(fā)出控制信號脈沖來控制可控硅調(diào)光電路，從而完成對照明設備亮度級別的控制。
[0005]所述的可控硅調(diào)光電路包括雙向可控硅、M0C3021光耦芯片及外圍電路，完成對雙向可控硅串接照明裝置亮度調(diào)節(jié)的功能。
[0006]所述的交流電過零檢測電路是由TIL117光耦芯片、TC4584反相器芯片及外圍電路組成，完成對交流220V電壓由負變正、由正變負兩種過零點的檢測功能。
[0007]所述的MCU控制電路是由PIC18F26K22主芯片和外圍電路組成，完成對現(xiàn)場觸摸按鍵實時檢測、與上位機及其他智能觸摸開關通訊，并控制可控硅調(diào)光電路進行亮度級別調(diào)節(jié)等功能。
[0008]所述的觸摸按鍵電路是由ADPT008觸摸檢測芯片及其外圍電路組成，完成對一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關觸摸按鍵檢測功能，并將檢測結(jié)果發(fā)送至MCU。
[0009]所述的RS485通信電路是一種利用RS485接口接入信號，按照基于RS485的通用型標準Modbus-RTU串行通訊協(xié)議進行通信的，RS485通信電路由485總線驅(qū)動電路、保護電路組成。
[0010]所述的無線通訊電路是由nRF2401無線通訊芯片及外圍電路組成，完成無線通訊、組網(wǎng)功能。
[0011]所述的工作電源采用微型變壓器、穩(wěn)壓芯片與其外圍電路組成，完成將220V交流電轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的5V直流電，對本發(fā)明中的MCU控制電路、觸摸按鍵電路、RS485通信電路及無線工作電源進行電源供應。
[0012]所述的無線工作電源包括LMl117芯片及其外圍電路，完成將直流5V轉(zhuǎn)為直流3.3V，為無線通訊電路進行電源供電的功能。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關在單片機芯片PIC18F26K22的控制下，通過可控硅調(diào)光電路對建筑、工廠等的照明系統(tǒng)進行開關操作與亮度調(diào)節(jié)操作，通過RS485通信電路遠程實時監(jiān)測與控制，根據(jù)不同工況，合理地控制建筑物、工廠內(nèi)的照明設備，是一種智能節(jié)能設備。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的調(diào)光觸摸開關原理框圖；圖2是雙向可控硅調(diào)光工作原理圖；圖3是雙向可控硅調(diào)光電路原理圖:圖4是交流電過零檢測電路的原理圖；圖5是MCU控制電路的原理圖；圖6是觸摸按鍵電路原理圖；圖7是RS485通訊電路原理圖；圖8是無線通訊電路原理圖；圖9是工作電源原理圖；圖10是無線工作電源原理圖。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】:如附圖1所示，本【具體實施方式】所述一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關包括可控硅調(diào)光電路、交流電過零檢測電路、MCU控制電路、觸摸按鍵電路、RS485通訊電路、無線通訊電路、工作電源和無線工作電源，所述的雙向可控硅調(diào)光工作原理圖如附圖2所示，前相切相的調(diào)光方式是通過控制雙向可控硅的開啟、斷開時間，來控制交流電在一個周期內(nèi)電壓的有效值，以起到控制照明設備開關及亮度級別的功能，由交流電過零檢測電路檢測出交流電的過零點，MCU控制電路根據(jù)不同照明亮度級別發(fā)出控制信號來開啟雙向可控硅，控制信號是脈沖形式，在下一個過零點處雙向可控硅自動關閉，其調(diào)光電路原理圖如附圖3所示，可控硅調(diào)光電路是由BTA16-600C雙向可控硅、M0C3021光耦芯片及外圍電路組成，雙向可控硅串接入照明回路，Lin為交流220V輸入，Tl為雙向可控硅BTA16-600(:41^2、6分別為雙向可控硅的三個端子42端接1^11交流輸入41端接1^114俞出，6極為雙向可控硅的控制端，控制端G需要30mA的電流來開啟雙向可控硅，使Al、A2端導通;限流電阻R2、R3分別接1.2K和180歐電阻，濾波電容Cl接0.02uF;光耦芯片選用M0C3021，上拉電阻Rl接180歐姆，限流電阻R4接1K電阻，RCl接MCU的控制引腳；當M⑶通過RCl發(fā)送高電平控制信號，三極管導通，M0C3021的引腳1、2隨之導通，與光耦芯片引腳4相連的雙向可控硅的控制端G將獲得約30mA的電流以開啟可控硅。
[0016]所述的交流電過零檢測電路是由TIL117光耦芯片、TC4584反向施密特觸發(fā)器芯片及外圍電路組成，其電路原理圖如附圖4所示，Lin、N為交流電的輸入端，限流電阻R6接200K電阻，上拉電阻R5接100歐姆，兩片TIL117光耦芯片反接，當交流電Lin為正，N為負時，Ul光耦導通，引腳5端被拉低，在TC4584反相器的I引腳有低電平輸入，2引腳輸出高電平，實現(xiàn)波形整型與反向輸出的功能，其中RBO接MCU的外部中斷，當2引腳輸出高電平，RBO高電平觸發(fā)MCU中斷，M⑶以此來判斷檢測到交流電的過零點；當Lin為負，N為正時，U2光耦導通，與上同理。通過交流電過零檢測電路檢測出交流電由正變負、由負變正的零點時刻，并在此時刻向MCU發(fā)送信號觸發(fā)中斷，使MCU能夠確定正弦波交流電的半個周期的起始時刻。
[0017]所述M⑶控制電路是由PIC18F26K22芯片及外圍電路組成，完成對現(xiàn)場觸摸按鍵實時檢測、與上位機及其他調(diào)光觸摸開關通訊，并控制可控硅調(diào)光電路進行亮度級別調(diào)節(jié)等功能，MCU控制電路原理圖如附圖5所示。PIC18F26K22作為MCU，是Microchip公司的低功耗、高速微處理控制器，芯片外圍電路中，上電復位選用電阻200K、電容0.1uF的阻容復位電路，在上電時可靠復位，使MCU控制電路工作正常JCU中的RAO?RA3用作檢測觸摸按鍵動作，根據(jù)現(xiàn)場觸摸按鍵改變照明設備的亮度級別;D1~D4為LED，指示當前照明設備的亮度級別，限流電阻R8?RlO接IK電阻；PIC18F26K22芯片的RC2、RC6和RC7用于RS485通信，通過RS485總線與上位機通訊，實現(xiàn)實時接收上位機遠程控制的命令，并將照明設備當前的亮度級別通過RS485總線傳輸至上位機，完成遠程控制調(diào)光、組網(wǎng)控制等功能；PIC18F26K22芯片的RA5、RC3、RC4、RC5與無線通訊芯片nRF2401進行通訊，完成無線組網(wǎng)的功能，外接電阻R12?Rl3接1K電阻；PICl8F26K22芯片的RBO接外部中斷，RBO實時接收過零檢測信號；PIC18F26K22芯片的RCl輸出控制信號，向雙向可控硅的控制端G發(fā)送控制信號，對照明設備進行亮度調(diào)節(jié)。
[0018]所述觸摸按鍵電路是由控制芯片ADPT008和外圍電路組成，ADPT008是一款觸摸感應芯片，能實時檢測有無鍵按下，當有鍵按下時，能夠?qū)顟B(tài)信息發(fā)送給MCU。其原理圖如附圖6所示，ADPT008的4個觸摸感應通道，完成對4個電容式觸摸按鍵的檢測功能，實現(xiàn)對燈光系統(tǒng)現(xiàn)場控制的“開”、“關”、“加”、“減”四個功能的檢測，檢測結(jié)果通過ADPT008的信號輸出引腳OUTO?0UT3傳給M⑶的RAO?RA3，完成通過觸摸按鍵調(diào)節(jié)照明設備亮度級別的功能。ADPT008外圍電路中，觸摸盤匹配電阻R15?R18接1K電阻，T0~T3接4路觸摸盤，電容C9用來調(diào)節(jié)整個觸摸按鍵的靈敏度，C9選為26.7nF，觸摸按鍵焊盤選擇為直徑15mm，實際使用效果較好，濾波電容C7、C10、C11接0.luF，濾波電容C8接10nF，起抗干擾作用。
[0019]所述RS485通訊電路是由485總線驅(qū)動電路、保護電路組成，采用在工業(yè)控制中常用的標準Modbus-RTU通訊協(xié)議，以RS485總線方式與上位機遠程調(diào)節(jié)照明設備亮度級別，靈活進行組網(wǎng)，通信電路原理圖如圖7所示，RS485通訊電路選擇ADM485，RS485通信抗干擾性好，信號穩(wěn)定，通信可靠，選用具有瞬變電壓抑制的收發(fā)器ADM485，能承受峰值為400V過壓瞬變，抗±15Kv的靜電放電沖擊，抑制共模干擾，最多可掛接32個站，信號發(fā)送頻率達1MHZ，傳輸信號距離達1200米。并在ADM485的輸出B端外加上拉和下拉電阻R，以提供接收器輸入開路和總線浮空的保護功能。D5、D6接瞬變二極管Ρ6ΚΕΡ6.8Α，匹配電阻R19、R20接1K電阻，提高總線的抗電磁干擾能力，在長線傳輸中能夠有效抑制反射波干擾，通過UART接口 RC2、RC6和RC7與MCU引腳相接，A、B為RS485總線接口。
[0020]所述無線通訊電路是由nRF2401無線通訊芯片及外圍電路組成，完成無線通訊、組網(wǎng)功能，其電路原理圖如附圖8所示。無線通訊芯片選用nRF2401單片射頻收發(fā)芯片，電路工作于2.4?2.5GHz I SM頻段，具有低功耗、傳輸速率高、組網(wǎng)便捷的特點，實現(xiàn)通過nRF2401完成無線組網(wǎng)通訊的功能。nRF2401通過SPI通訊端口與MCU通訊，nRF2401可工作在單工/雙工通訊方式下，PIC單片機作為主機，nRF2401作為從機，時鐘信號CLKl接PIC單片機的RC3引腳，DATA通過兩個1K電阻接MCU的RC4和RC5引腳，DRl接PIC單片機的RBl引腳，通過DRl的電平跳變通知單片機接收到數(shù)據(jù)。nRF2401外接晶振Xl接16M，C19、C20接22PF電容，濾波電容C12接10NF，C13接1NF，C18接33NF，14引腳所接的RF I/O為天線，CE接PIC單片機的RA5引腳，CS接PIC單片機的RA4引腳。
[0021]所述的工作電源由微型變壓器、MB6S整流橋、三端穩(wěn)壓芯片LM7805穩(wěn)壓芯片及外圍電路組成，其電路原理圖如附圖9所示，外圍電路包括濾波電容、隔離直流電容及保護二極管等。供電電源交流220V經(jīng)Lin、N接入，經(jīng)220V轉(zhuǎn)9V微型變壓器、整流橋芯片及LM7805芯片產(chǎn)生直流5V電壓，為MCU控制電路、觸摸按鍵電路、RS485通信電路及無線工作電源進行供電。
[0022]所述的無線工作電源由LMl117芯片及其外圍電路組成，完成將直流5V轉(zhuǎn)為直流3.3V，為無線通訊電路進行電源供電的功能，原理圖如附圖10所示，經(jīng)工作電源產(chǎn)生的直流5V電壓為本電路供電，使用LMl117低壓差DC/DC電壓調(diào)節(jié)芯片，將直流5V轉(zhuǎn)為3.3V供給無線通訊電路中的nRF2401芯片工作使用，其外圍電路由0.0 IuF、I OuF容值的濾波電容組成，在VCC與地之間加入不同濾波電容，對電源進行高頻、低頻濾波。
【主權項】
1.一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，它包括可控硅調(diào)光電路、交流電過零檢測電路、MCU控制電路、觸摸按鍵電路、RS485通訊電路、無線通訊電路、工作電源和無線工作電源，其特征在于所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關的單片機芯片PIC18F26K22通過UART端口與RS485電路連接，通過SPI接口與無線通訊電路連接，通過輸入/輸出引腳與交流電過零檢測電路和觸摸按鍵電路連接，工作電源與MCU控制電路、觸摸按鍵電路、RS485電路和無線工作電源相連接，無線工作電源與無線通訊電路連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，其特征在于，所述可控硅調(diào)光電路由BTA16-600C雙向可控硅芯片、M0C3021光耦芯片及外圍電路組成，光耦芯片與雙向可控硅的控制端連接，控制雙向可控硅的導通與關斷。3.根據(jù)權利要求1所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，其特征在于，其中所述的交流電過零檢測電路由TILl 17光耦芯片、TC4584反相器芯片及外圍電路組成，交流電220V由兩片光耦芯片連接接入。4.根據(jù)權利要求1所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，其特征在于，其中所述的MCU控制電路是由PIC18F26K22芯片和外圍電路組成，M⑶在交流電過零點進行程序延時，通過設置延時時間的長短，來控制照明設備工作在不同的亮度級別。5.根據(jù)權利要求1所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，其特征在于，其中所述的觸摸按鍵電路是由ADPT008觸摸檢測芯片及其外圍電路組成，觸摸芯片的輸出引腳與MCU引腳連接。6.根據(jù)權利要求1所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，其特征在于，其中所述的通信電路是由ADM485芯片、RS485總線驅(qū)動電路和保護電路組成。7.根據(jù)權利要求1所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，其特征在于，無線通訊電路是由nRF2401無線通訊芯片及外圍電路組成。8.根據(jù)權利要求1所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，其特征在于，所述的工作電源由220V轉(zhuǎn)9V微型變壓器、LM7805穩(wěn)壓芯片與其外圍電路組成。9.根據(jù)權利要求1所述的一種可組網(wǎng)的前相切相調(diào)光觸摸開關，其特征在于，其中所述的無線工作電源由LMl 117芯片及其外圍電路組成，由工作電源供給電壓，與無線通訊電路相連接。
【文檔編號】H05B37/02GK105848389SQ201610335848
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】國帥, 孫宇, 王惠穎
【申請人】哈爾濱電工儀表研究所