CN101477350B - 一种功能可调的智能开关及其实现方法 - Google Patents

Abstract

一种功能可调的智能开关及其实现方法，具有嵌入式芯片控制模块，以及通过引脚线路分别独立与之连接的物理开关模块、电源模块、液晶屏模块，且该液晶屏模块上整合有操作输入模块；其特征在于：该智能开关还具有一连接芯片控制模块的开关功能设定模块；且该芯片控制模块设有信号采集单元、处理单元、存储单元，以及控制单元，并存储有多个执行程序。通过开关功能的预设并藉由液晶显示的芯片控制，实现了一个智能开关多用途随意选择的突破，具有功能完整、成本低廉、操作简单、故障率低的有益效果，有效降低了产业链上、下游各环节的成本，提高了智能开关的利用率，对能源节约及环境保护都有着重大的作用和意义。

Description

一种功能可调的智能开关及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种智能开关，尤其涉及一种以液晶显示、输入和嵌入式芯片控制的单线制或双线制智能开关。

背景技术

开关的用途在于对灯具等电器设备的开启和关闭进行控制。目前存在的开关分为机械式开关和智能开关两大类，而在现有的生活及工作中，使用的开关大部分都是机械式开关。该类型开关的特点是：通过面板在固定位置的往复运动，带动内部金属片的开合，从而达到整个电路通断的效果。该类型开关已经应用多年，发展出塑料结构，木质结构，陶瓷结构，胶木结构等众多品种。随着嵌入式技术及液晶显示技术的不断发展，以及人们审美观点的不断提高，智能开关近年来也得到了显著的发展和应用。该类型开关的特点是：以不同尺寸的液晶显示屏作为显示面板，以触摸屏或其他电控装置(例如射频遥控器、声控设备、光控设备、网络设备等)为输入设备，通过嵌入式芯片系统进行输入信号的检测，逻辑判断，显示屏显示内容控制，以及控制信号的输出；借助该输出控制信号，通过继电器、可控硅或三极管等电子元件最终实现整个电路通断的效果。

然而无论是日常通用的机械式开关，还是新颖时尚的单线制或双线制智能开关，其都有一个共同的特点，即单个开关的功能在下生产线时就已经被固定。基于这样的特点，会给开关的生产厂家、开关的经销商以及开关的最终用户带来以下缺陷及不足：

1)、针对开关生产企业：

前期开发成本增加——根据开关实现的控制功能，可以将开关分为开/关、调光、只开、只关、延时、渐亮、渐灭、点动八种功能；而根据开关的控制方式可以将开关分为单控及双控两种模式。由于开关功能及控制方式的不同，现有无论是机械式开关还是智能开关，其开关按钮、外部面板、内部铡刀模块及结构都需要单独设计和开模，成本昂贵，且产品一旦确定，改动的成本将同样不菲；

生产难度及成本增加——不同按钮功能的开关作为不同系列的产品，其生产流程及工序都会有所区别，这将导致生产复杂度的增加，进而带来生产成本的增加；

库存成本增加——由于不同按钮功能的各系列开关之间没有通用性和替代性，为满足市场供应需求，生产企业必须在库存中留有所有系列的开关，导致库存成本增加。

2)、针对开关经销商：开关销售基本通过分布在各地的经销商渠道完成，由于开关按钮功能不同而导致产品型号不同，以及产品之间的不可替换性，也必然会导致经销商的资金大量地占用在囤积各种型号的产品上，活动资金相对减少，从而降低了经销商的竞争力和灵活性；

3)、针对最终用户：在装修完成后，若需要更改电路的控制方式，轻则需要更换现有开关，造成原有开关的浪费；重则需要重新在墙体上切割布线槽及开关槽，破坏室内原有装修，造成巨大损失。

发明内容

针对上述现有机械式开关及智能开关的缺陷，本发明的目的旨在提供一种功能可调的智能开关及其实现方法，解决产品功能单一化，生产、存储成本高昂，资金占用高，销售竞争力和灵活性差以及使用后期扩展性差，不易更改的问题。

为实现上述目的，本发明所采取的技术手段是：

本发明的功能可调的智能开关包括硬件与软件两部分有机结合而成，总体来看，硬件系统包括开关功能设定模块、嵌入式芯片控制模块、物理开关模块、电源模块、液晶屏模块、操作输入共六个模块；软件系统包括开关功能硬件检测程序、软件设定开关按钮功能程序、功能参数设定程序、开关功能程序、操作输入方式自识别程序、面板区域位置与按钮对应程序、开关功能界面显示程序共七个程序。其中开关功能程序包括单控/双控切换子程序、开/关功能子程序、调光功能子程序、只开功能子程序、只关功能子程序、延时功能子程序、渐亮/渐灭功能子程序、点动功能子程序。具体深入地说：

硬件部分：

所述开关功能设定模块，其主要作用是通过预先设计好的编码规则，在该模块上进行相应的设定，形成针对不同功能的编码组合。该开关功能设定模块是基于含四开关的双列直插式拨位开关(DIP开关)制成的单片模块结构，且该开关功能设定模块与所述嵌入式芯片控制模块通过引脚线路独立相连；进一步地，所述按钮功能编码采用四位二进制编码规则，其中所述编码首位取值对应单控/双控的设定，而编码后三位取值分别对应开/关、调光、只开、只关、延时、渐亮、渐灭及点动功能的设定。此外，该开关功能设定模块也可以是基于通信端口及控制总线(如触摸屏、红外、射频、蓝牙、串口、互联网、GRPS/GSM等)制成的信号接收模块，实现在线或远程设定。

所述嵌入式芯片控制模块，是整个智能开关的电信号采集、处理、控制输出的核心模块，与其他所有硬件模块相连。该芯片控制模块具有用于读取按钮功能编码的信号采集单元、用于将所读取的信号处理匹配对应执行程序的处理单元、用于记忆一组多个执行程序的存储单元、依照执行程序向物理开关模块输出指令的控制单元、执行程序写入/读取单元、晶振单元、以及看门狗单元等外围电路单元。在智能开关上电自检后，该芯片控制模块首先通过开关功能硬件检测程序检测开关功能设定模块，由信号采集单元获得按钮功能编码；继而由处理单元将之与记忆在存储单元内对应的执行程序匹配，并由控制单元向液晶屏模块输出开关功能界面显示的指令；最后执行基于操作输入模块的按钮循环检测，对发生在操作输入模块上的操作信号进行芯片控制模块的识别，并依照预设的执行程序，以程序指令驱动物理开关模块执行相应的功能动作。

所述物理开关模块，是利用光耦、可控硅、继电器、三极管等电子元件组成的电子开关电路，在接收到嵌入式芯片发来的通断控制指令后，可以控制强电电路的通断，实现传统机械开关通断的作用，完成弱电控制强电的输出。

所述电源模块，是将220V的交流强电转换为智能开关各模块电路运作所需要的直流低电电路，其可以为单线制(只有火线)和双线制(零线、火线)输入。

所述操作输入模块，为基于液晶屏的触摸屏模块、射频遥控模块、光控模块、声控模块，或为基于网络操控的输入模块其中一种或多种搭配整合。而其中所述触摸屏模块为指按式输入，其类型可包括阻抗式、静电电容式、光学式及超音波式等触摸屏。

所述液晶屏模块，为现有任何可以进行图像、文字等数据显示的各种液晶显示屏。

软件部分：

首先通过所述开关功能设定模块设定对应于不同按钮功能的编码信号，并将该编码信号通过信号采集单元输入芯片控制模块内；继而由处理单元匹配记忆在存储单元内对应的执行程序，并由控制单元向液晶屏模块输出开关功能界面显示的指令；最后执行基于操作输入模块的按钮循环检测，对发生在液晶屏模块上的操作信号进行芯片控制模块的识别，并依照预设的执行程序，以程序指令驱动物理开关模块执行相应的功能动作。其中所述执行程序包括①开关功能硬件检测程序、②软件设定开关按钮功能程序、③开关功能界面显示程序、④面板区域位置与按钮对应程序、⑤开关功能程序、⑥操作输入方式自识别程序、⑦功能参数设定程序；所述由芯片控制模块发出的指令包括面向液晶屏模块的显示指令，用于向液晶屏模块输出开关功能界面显示程序和面板区域位置与按钮对应程序；以及面向物理开关模块的执行指令，用于驱动智能开关执行相应的开关功能。

所述开关按钮功能检测程序，是该智能开关每次上电通过自检后由所述芯片控制模块自动调用的第一个程序。该程序的主要作用是通过检测与开关按钮功能设定模块连接的相应引脚，获得开关功能的编码。通过比对编码，获得对应设置的按钮功能。开关功能界面显示程序在获得按钮功能后，在液晶显示屏面板显示设定功能的按钮图形作为虚拟按钮。

所述软件设定开关按钮功能程序，指独立于开关功能设定模块的硬件基础上，软件设定开关按钮功能的方法。该程序作为开关功能设定模块发生故障或用户使用的操作偏好的一种补充。

所述功能参数设定程序，是针对开关功能设定为调光、延时、渐亮、渐灭四个功能时，用于调节每次调光动作的亮度变化、延时的时间、每次渐亮动作的时间、每次渐灭动作的时间。

所述开关功能界面显示程序，指智能开关在设定或修改开关功能成功后，液晶屏显示相应的功能界面，并配合相应开关功能的执行。

所述面板区域位置与按钮对应程序，是指在液晶屏面板面积固定的情况下，由于开关功能发生变化，而导致虚拟按钮的位置及面积大小会发生相应变化。通过该程序将与液晶屏整合的操作输入模块上各点坐标在虚拟按钮功能不同的各种情况下与物理开关模块建立对应的关系，以保证正确的开关控制。

所述操作输入方式自识别程序，针对不同方式的模块输入信号(例如触摸屏输入、声控输入、光控输入或触摸屏与射频遥控相结合输入的信号)进行识别、响应，并对应指向各设定及具体执行程序。

所述开关功能程序包括如下子程序：单控/双控切换子程序、开/关功能子程序、调光功能子程序、只开功能子程序、只关功能子程序、延时功能子程序、渐亮/渐灭功能子程序、点动功能子程序。

进一步地，所述单控/双控切换子程序，在嵌入式芯片控制模块通过开关功能硬件设定程序检测开关功能设定模块，获得按钮功能编码为0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111时，智能开关所有的按钮为单控模式；若获得按钮功能编码为1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111时，智能开关按钮为双控模式。当工作在单控模式下时，智能开关面板上的一个按钮对应一路电子开关，可以单独控制各自电路的通断；当按钮工作在双控模式下时，智能开关面板上的每一个按钮按顺序对应两路电子开关，形成一个双控电路。

进一步地，所述开/关功能子程序，在嵌入式芯片控制模块通过开关功能硬件设定程序检测开关功能设定模块，获得按钮功能编码为0000或1000时，智能开关所有的按钮功能为开/关。在智能开关面板上的各按钮被触动时，嵌入式芯片控制模块会调用该功能子程序。其效果为该按钮每次触动都会实现相应电路的通断。

进一步地，所述调光功能子程序，在嵌入式芯片控制模块通过开关功能硬件设定程序检测开关功能设定模块，获得按钮功能编码为0001或1001时，智能开关所有的按钮的功能为调光。在智能开关面板上的各按钮被触动时，嵌入式芯片控制模块会调用该功能子程序。其效果为该按钮每次触动会逐渐调亮/调暗所控电路灯的亮度。

进一步地，所述只开功能子程序，在嵌入式芯片控制模块通过开关功能硬件设定程序检测开关功能设定模块，获得按钮功能编码为0010或1010时，智能开关所有的按钮的功能为只开。在智能开关面板上的各按钮被触动时，嵌入式芯片控制模块会调用该功能子程序。其效果为该按钮每次触动都会接通相应电路，若电路本身已处于接通状态，该按钮的触动将不改变相应电路的状态。

进一步地，所述只关功能子程序，在嵌入式芯片控制模块通过开关功能硬件设定程序检测开关功能设定模块，获得按钮功能编码为0011或1011时，智能开关所有的按钮的功能为只关。在智能开关面板上的各按钮被触动时，嵌入式芯片控制模块会调用该功能子程序。其效果为该按钮每次触动都会切断相应电路，若电路本身已处于切断状态，该按钮的触动将不改变相应电路的状态。

进一步地，所述延时功能子程序，在嵌入式芯片控制模块通过开关功能硬件设定程序检测开关功能设定模块，获得按钮功能编码为0100或1100时，智能开关所有的按钮的功能为延时。在智能开关面板上的各按钮被触动时，嵌入式芯片控制模块会调用该功能子程序。其效果为该按钮每次触动都会延时接通/切断相应电路，延时的时间可以通过功能参数设定程序进行设置。

进一步地，所述渐亮功能子程序，在嵌入式芯片控制模块通过开关功能硬件设定程序检测开关功能设定模块，获得按钮功能编码为0101或1101时，智能开关所有的按钮的功能为渐亮。在智能开关面板上的各按钮被触动时，嵌入式芯片控制模块会调用该功能子程序。其效果为该按钮每次触动都会自动增加相应控制电路中灯的亮度。

进一步地，所述渐灭功能子程序，在嵌入式芯片控制模块通过开关功能硬件设定程序检测开关功能设定模块，获得按钮功能编码为0110或1110时，智能开关所有的按钮的功能为渐灭。在智能开关面板上的各按钮被触动时，嵌入式芯片控制模块会调用该功能子程序。其效果为该按钮每次触动都会自动降低相应控制电路中灯的亮度。

进一步地，所述点动功能子程序，在嵌入式芯片控制模块通过开关功能硬件设定程序检测开关功能设定模块，获得按钮功能编码为0111或1111时，智能开关所有的按钮的功能为点动。在智能开关面板上的各按钮被触动时，嵌入式芯片控制模块会调用该功能子程序。其效果为该按钮在触动时，其控制的相应电路保持接通的状态；当离开按钮时，其控制的相应电路即切断。

本发明一种功能可调的智能开关投入实施后，可以有效而彻底地解决普通开关存在的不足，提供了一套功能完整、成本低廉、操作简单、故障率低的可行方案，降低了产业链上、下游各环节的成本，提高了智能开关的利用率，对能源节约及环境保护都有着重大的作用和意义。

附图说明

图1是本发明功能可调的智能开关的硬件原理图；

图2是本发明开关按钮功能设定模块的硬件原理图；

图3是本发明物理开关模块的硬件原理图；

图4是本发明一实施例的硬件模块数据的信号关系图；

图5是本发明一实施例的软件流程图；

图6a是本发明一实施例智能开关单控/双控功能切换的液晶屏显示界面；

图6b是图6a所示单控/双控功能切换的硬件原理图；

图7是本发明一实施例智能开关调光功能的液晶屏显示界面；

图8是本发明一实施例智能开关渐亮功能的液晶屏显示界面；

图9是本发明一实施例智能开关渐灭功能的液晶屏显示界面；

图10是本发明一实施例智能开关延时功能的液晶屏显示界面；

图11是本发明一实施例智能开关功能参数设定的液晶屏显示界面；

图12是本发明一实施例智能开关功能软件设定的液晶屏显示界面；

图13是本发明智能开关的软/硬件功能模块图。

具体实施方式

下面结合实施例附图对本发明的创新实质作详细说明，本发明提出的智能开关可以根据使用者的需求自行设定开关的功能，包括开/关、调光、只开、只关、延时、渐亮、渐灭、点动八种基本功能，并具有单控与双控的个性选择。

如图1所示，是本发明功能可调的智能开关的硬件原理图。其中的嵌入式主控芯片为该智能开关的核心部分，以下实施例中，凡嵌入式均指采用ATMEL公司TQFP44封装的ATmega16。

该款芯片是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减芯片控制模块在功耗和处理速度之间的矛盾。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器，所有寄存器都直接与运算逻辑单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。此外ATmega16还有如下特点：16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力)、512字节的EEPROM、1K字节的SRAM、32个通用I/O口线、32个通用工作寄存器、及用于边界扫描的JTAG接口构成的信号采集单元。ATmega16支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活定时器/计数器(T/C)，片内/外中断，可编程串行USART构成了该模块的处理单元。ATmega16具有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC；ATmega16还具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。当工作在空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续保持工作状态；在掉电模式时，晶体振荡器停止振荡，所有功能模块除中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；而在ADC噪声抑制模式时，终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；在待机模式下，只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；在扩展待机模式下，则允许振荡器和异步定时器继续工作。

ATmega16芯片是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISPFlash允许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区。在更新应用Flash存储区时引导Flash区的程序继续运行，实现了编程操作。通过将8位RISC CPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内，使得ATmega16成为一个功能强大的单片机，为本发明提供了灵活而低成本的实施方案。

如图1所示的硬件原理图中芯片控制模块的各引脚功能含义如表1所示：

引脚号	引脚功能	本实施例中功能
			1	PB5(MOSI)	液晶屏数据传输位D5
2	PB5(MISO)	液晶屏数据传输位D6
			3	PB7(SCK)	液晶屏数据传输位D7
4	REST	系统重启信号输入
			5	VCC	数字电压
6	GND	数字地
			7	XTAL2	晶振信号输出
8	XTAL1	晶振信号输入
			9	PD0(RXD)	LCD E液晶屏使能信号
10	PD1(TXD)	LCD CS1液晶屏片选信号
			11	PD2(INT0)	LCD CS2液晶屏片选信号
12	PD3(INT1)	LCD LT液晶屏背光控制信号
			13	PD4(OC1B)	SW0物理开关模块1通断控制信号/PWM波信号发出

14	PD5(OC1A)	SW1物理开关模块2通断控制信号/PWM波信号发出
			15	PD6(ICP1)	LCD WR液晶屏读/写信号
16	PD7(OC2)	SW2物理开关模块3通断控制信号/PWM波信号发出
			17	VCC	数字电压
18	GND	数字地
			19	PC0(SCL)	LCD CD液晶屏输入命令/数据切换
20	PC1(SDA)	S/D开关单控/双控切换
			21	PC2(TCK)	TCK系统测试时钟输入
22	PC3(TMS)	TMS系统测试模式选择
			23	PC4(TDO)	TDO系统测试数据输出
24	PC5(TDI)	TDI系统测试数据输入
			25	PC6(TOSC1)	SEN1开关功能设定位1
26	PC7(TOSC2)	SEN2开关功能设定位2
			27	AVCC	模拟电压
28	GND	模拟地
			29	AREF	系统A/D转换参考电压
30	PA7(ADC7)	SEN3开关功能设定位3
			31	PA6(ADC6)	RUN指示灯控制信号
32	PA5(ADC5)	DAC0触摸屏模拟电压X位置信号1
			33	PA4(ADC4)	DAC1触摸屏模拟电压Y位置信号2
34	PA3(ADC3)	XP触摸屏X轴1检测电压
			35	PA2(ADC2)	XM触摸屏X轴2检测电压

36	PA1(ADC1)	YP触摸屏Y轴1检测电压
			37	PA0(ADC0)	YM触摸屏Y轴2检测电压
38	VCC	数字电压
			39	GND	数字地
40	PB0(XCK/T0)	液晶屏数据传输位D0
			41	PB1(T1)	液晶屏数据传输位D1
42	PB2(AIN0/INT2)	液晶屏数据传输位D2
			43	PB3(AIN1/OC0)	液晶屏数据传输位D3
44	PB4(SS)	液晶屏数据传输位D4

表1

如图2所示，是本发明开关按钮功能设定模块的硬件原理图。由图中所示，通过调整(四开关)双列直插式拨位开关SW-DIP4中各开关的位置，即可通过SEN1、SEN2、SEN3、S/D所对应主控芯片上相应引脚的高低电平进行四位二进制编码组合，按照表2所对应的代码，可以方便调整智能开关的功能。拨位开关分别通过R21、R24、R25、R26与主控芯片ATmega16的第16、19、20、13四个引脚连接。主控芯片ATmega16可以通过查询这4个引脚的高低电平来判断当前开关设定的按钮功能。图中R17、R18、R19、R20的作用为上拉电阻，若拨位开关处于断开状态，其对应主控芯片的引脚为高电平。图中各电阻无电流流通；当拨位开关处于接通状态，电流将通过相应上拉电阻，经拨位开关流入接地，此时其对应主控芯片的引脚上为低电平。

开关编码	开关对应功能	开关编码	开关对应功能
				0000	单控-开/关	1000	双控-开/关
0001	单控-调光	1001	双控-调光
				0010	单控-只开	1010	双控-只开
0011	单控-只关	1011	双控-只关
				0100	单控-延时	1100	双控-延时
0101	单控-渐亮	1101	双控-渐亮
				0110	单控-渐灭	1110	双控-渐灭

0111

单控-点动

1111

双控-点动

表2

如图3所示，是本发明物理开关模块的硬件原理图。采用目前比较成熟的方案，即双向可控硅为开关通断控制部件。光耦起到电路隔断保护、过零检测及电流放大等作用。实施例中使用型号为BT138-600的双向可控硅，可以承受600V的峰值电压，12A的电流；使用型号为MOC3061的光耦，也可以承受600V的峰值电压。当主控芯片上物理开关通断控制引脚SW0、SW1、SW2为低电平时，MOC3061导通，双向可控硅导通，外部电路由L_IN进入，由L_OUT1、L_OUT2、L_OUT3导出，相应回路导通；当主控芯片上物理开关通断控制引脚SW0、SW1、SW2为高电平时，MOC3061不导通，双向光耦也不导通，相应回路断开。

当智能开关功能被设定为调光、渐亮、渐灭三种功能模式时，需要利用控制芯片ATmega16自带的四通道PWM，其输出引脚为OC0、OC1、OC1A、OC1B。在本实施例中，使用了OC1、OC1A、OC1B三个引脚分别控制物理开关模块。通过软件程序设置PWM输出波形的占空比，可以控制光耦MOC3061的通断时间，从而控制双向可控硅的导通时间，进而可以控制负载电压，达到负载的亮度控制。

以上所述为本发明实施方式中普遍共性的硬件结构部分，而对于例如操作输入方式多样性可选择的硬件结构部分，下面通过以触摸屏模块输入为优选的实施例进行结构及功能的详细说明：

如图4所示，是本发明实施例的硬件模块数据的信号关系图。从图上可以清楚地看到，信号关系主要涉及五大主要模块，分别为(PowerBoard2)电源模块、(Switch)开关模块、(Mcu)主控芯片模块、(LCD)液晶显示屏模块及(Touchscreen)触摸屏模块，其中(Touchscreen)触摸屏模块为指按式输入，其类型包括阻抗式、静电电容式、光学式及超音波式等触摸屏。其整合在液晶屏模块上，并与控制芯片通过引脚线路相连；(Switch)开关模块可分为按钮功能设定模块、物理开关模块。各模块引脚定义详见表1。

如图5所示，是发明实施例的软件流程图。在智能开关上电自检初始化后，首先控制芯片从硬件上及软件上检测开关按钮功能的设定情况，在判断开关为单控或双控后，接着判断按钮的具体功能。若按钮功能设定为开/关、只开、只关、点动四个功能时，直接调用开关功能界面显示程序，在液晶屏上显示相应界面；若按钮设定功能为调光、延时、渐亮、渐灭四个功能时，还需要调用功能参数设定程序，设定好相应变量后，再调用开关功能界面显示程序显示相应界面。在液晶显示屏面板显示设定功能的按钮图形作为虚拟按钮后，调用并运行触摸面板区域位置与按钮对应程序，获得触摸面板各点的命令有效区域，当触摸面板被触及时，即可进行相应的功能控制；当触摸面板待机未被触及时，则反复执行按钮循环检测。

如图6a至图11所示，分别为液晶屏显示界面上对应于不同功能设定的操作按钮及其当前共组状态示意图，这些附图是本发明智能开关在基于整合在液晶屏模块上的触摸屏模块输入方式所给出的，由芯片控制模块向液晶屏模块输出显示指令，用于向液晶屏模块输出开关功能界面显示程序和面板区域位置与按钮对应程序；以及面向物理开关模块的执行指令，用于驱动智能开关执行相应的开关功能。其中图6b为图6a所示单控/双控功能切换的硬件原理图。

图6a和图6b中，当主控芯片在查询按钮功能设定模块后，根据单控或双控的设定分别进行显示；当工作在单控模式下时，智能开关面板上的一个按钮对应一路电子开关(智能开关1的可控硅1和可控硅2分别控制两路电子开关)，可以单独控制各自电路的通断；当按钮工作在双控模式下时，智能开关面板上的每一个按钮按顺序对应两路电子开关，形成一个双控电路。

图7中，通过触摸图中两个箭头位置，可以调节所控制照明设备的亮度，也可以引申到任何需要进行变量控制的场合，例如转速控制、温度控制、湿度控制等。

图8中，时间表示控制负载从灭到全亮的时间，该时间参数可以通过在图11的功能参数设定显示界面进行设定。设定后，控制芯片根据该参数设定OC1、OC1A、OC1B三个引脚上输出PWM波形的占空比，从而在指定时间内实现渐亮的效果。

图9中，时间表示控制负载从全亮到灭的时间，该时间参数可以通过在图11的功能参数设定显示界面进行设定。设定后，控制芯片根据该参数设定OC1、OC1A、OC1B三个引脚上输出PWM波形的占空比，从而在指定时间内实现渐灭的效果。

图10中，时间表示控制负载从灭到全亮的时间，该时间参数可以通过在图11的功能参数设定显示界面进行设定。设定后，控制芯片根据该参数设定相应定时/计数寄存器中起始字，在寄存器计数满后，产生相应中断，导通控制电路，实现延时的功能效果。

图11为功能参数设定显示界面，通过触摸图中两个箭头位置，可以调节开关功能在调光、延时、渐亮、渐灭四个功能时的变量参数，即每次调光的增减度，每次延时、渐亮、渐灭的完成时间。参数可以从1～10进行设定。

图12为通过触摸屏软件设定智能开关相应功能的液晶屏显示界面，还可以通过与液晶屏绑定的其他操作输入模块，如红外、射频、蓝牙、互联网、GPRS/GSM等进行功能设定，实现在线或远程开关功能设定。

如图13所示，是本发明智能开关的软/硬件功能模块图。可见本发明功能可调的智能开关是基于硬件与软件两方面相结合设计的。

硬件部分包括开关功能设定模块、嵌入式芯片控制模块、物理开关模块、电源模块、液晶屏模块及操作输入模块共六个模块；其中芯片控制模块设有用于读取按钮功能编码的信号采集单元、用于将所读取的信号处理匹配对应执行程序的处理单元、用于记忆一组多个执行程序的存储单元，以及依照执行程序向物理开关模块输出指令的控制单元；电源模块，是将220V的交流强电转换为智能开关各模块电路运作所需要的直流低电电路，其可以为单线制(只有火线)和双线制(零线、火线)输入。

软件部分包括开关功能硬件检测程序、软件设定开关按钮功能程序、功能参数设定程序、开关功能程序、操作输入方式自识别程序、面板区域位置与按钮对应程序、开光功能界面显示程序共七个程序，其中开关功能程序包括单控/双控切换子程序、开/关功能子程序、调光功能子程序、只开功能子程序、只关功能子程序、延时功能子程序、渐亮/渐灭功能子程序、点动功能子程序。

通过触摸屏模块进行设定输入及使用操作的方式，是一种简单而直接，且已广泛应用于各种场合。然而，本发明功能可调的智能开关，其操作输入模块同样可以采用声控及与之匹配的声音信号采集、匹配、转换的模块；或者光控及感应信号光源并采集、转换的模块；或者射频遥控及与之相匹配的射频信号采集、匹配、转换的模块；又或者基于局域网的IP端口输入模块等形式。这些控制信号输入方式已为当前较为成熟的技术，通过对智能开关基于液晶屏模块周边的硬件改动及嵌入式芯片控制模块内存储单元相应的识别、调用程序写入，即可实现适合于不同用户要求的人性化且功能可调的智能开关。而且各种操作输入方式可以不必单独使用，在成本增加不大的情况下，可以将多种方式一同整合到液晶屏模块或嵌入式芯片控制模块中，取得锦上添花的多设定及操控方式的有益效果。由此可见，本发明提供了一套功能完整、成本低廉、操作简单、故障率低的可行方案，降低了产业链上、下游各环节的成本，提高了智能开关的利用率，对能源节约及环境保护都有着重大的作用和意义。

综上所述，本发明一种功能可调的智能开关及其实现方法的创新实质得到了充分的说明，突破了传统机械式开关及普通智能开关功能单一固化的缺陷，且其实用性及可行性显著。以上附图及描述仅作为本发明一优选实施例给出，并非以此限定本发明智能开关的功能可调性这一特征的实施范畴，该智能开关具有多样性的操作输入形式、其硬件模块的选择也不限于实施例中所举的型号，故凡对于本发明实施例及其附图进行简单修改或等效替换所形成的设计方案，能达到解决开关功能单一性问题之目的的设计，均应归于本发明申请保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种功能可调的智能开关，具有嵌入式芯片控制模块，以及与所述芯片控制模块分别通过引脚线路独立连接的物理开关模块、电源模块、液晶屏模块，且所述液晶屏模块上整合有操作输入模块，其特征在于：所述智能开关具有与所述芯片控制模块连接的开关功能设定模块，且所述芯片控制模块设有用于读取按钮功能编码的信号采集单元、用于将所读取的信号处理匹配对应执行程序的处理单元、用于记忆一组多个执行程序的存储单元，以及依照执行程序向物理开关模块输出指令的控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种功能可调的智能开关，其特征在于：所述芯片控制模块具有包括读写单元、晶振单元及看门狗单元的外围电路单元。

3.根据权利要求1所述的一种功能可调的智能开关，其特征在于：所述开关功能设定模块是基于四开关双列直插式拨位开关制成的单片模块结构；或是基于通信端口及控制总线制成的信号接收模块。

4.根据权利要求1所述的一种功能可调的智能开关，其特征在于：所述物理开关模块为由光耦、可控硅、继电器、三极管构成的电子开关电路，用于控制强电电路的通断。

5.根据权利要求1所述的一种功能可调的智能开关，其特征在于：所述电源模块为单线制输入或双线制输入，用于将交流强电转换为智能开关各模块电路所需的直流低电电路。

6.根据权利要求1所述的一种功能可调的智能开关，其特征在于：所述操作输入模块为基于液晶屏的触摸屏模块、射频遥控模块、光控模块、声控模 块，及基于网络操控输入模块的其中一种或多种整合。

7.根据权利要求6所述的一种功能可调的智能开关，其特征在于：所述触摸屏模块为指按式输入，其类型包括阻抗式、静电电容式、光学式及超音波式。

8.一种功能可调的智能开关实现方法，具有嵌入式芯片控制模块，以及与所述芯片控制模块分别通过引脚线路独立连接的物理开关模块、电源模块、液晶屏模块，所述芯片控制模块具有信号采集单元、处理单元、存储单元和控制单元，且所述液晶屏模块上整合有操作输入模块，其特征在于：所述智能开关具有一开关功能设定模块，首先通过所述操作输入模块面向开关功能设定模块设定对应于不同按钮功能的编码信号，并将该编码信号通过信号采集单元输入芯片控制模块内；继而由处理单元匹配记忆在存储单元内对应的执行程序，并由控制单元向液晶屏模块输出开关功能界面显示的指令；最后执行基于操作输入模块的按钮循环检测，对发生在液晶屏模块上的操作信号进行芯片控制模块的识别，并依照预设的匹配执行程序，以程序指令驱动物理开关模块执行相应的功能动作。

9.根据权利要求8所述的一种功能可调的智能开关实现方法，其特征在于：所述按钮功能编码采用四位二进制编码规则，其中所述编码首位取值对应单、双控的设定，而编码后三位取值分别对应开关、调光、只开、只关、延时、渐亮、渐灭及点动功能的设定。

10.根据权利要求8所述的一种功能可调的智能开关实现方法，其特征在于：所述执行程序包括 

①开关功能硬件检测程序，是所述智能开关上电自检后由所述芯片控制模块自动调用的第一个程序，通过检测与所述开关功能设定模块连接的相应引脚，获取并比对开关按钮功能的编码；

②软件设定开关按钮功能程序，是指独立于开关功能设定模块的硬件基础上，软件设定开关按钮功能的方法；

③开关功能界面显示程序，针对所设定的开关功能在所述液晶屏模块上显示相应的功能操作界面；

④面板区域位置与按钮对应程序，是指在液晶屏面板面积固定的情况下，针对开关功能的变化，将与液晶屏整合的操作输入模块液晶屏上各点坐标在不同按钮功能情况下与物理开关模块建立对应的关系；

⑤开关功能程序，根据以上程序执行后所选定的功能，调用预先设定的开关按钮功能程序并执行；

⑥操作输入方式自识别程序，针对不同方式的模块输入信号进行识别、响应，并对应指向各设定及具体执行程序。

11.根据权利要求10所述的一种功能可调的智能开关实现方法，其特征在于：所述执行程序还包含一功能参数设定程序，针对开关功能设定为调光、延时、渐亮、渐灭功能时，用于调节每次调光动作的亮度变化、延时动作的时长、每次渐亮动作的时间、每次渐灭动作的时间。

12.根据权利要求8所述的一种功能可调的智能开关实现方法，其特征在于：所述由芯片控制模块发出的指令包括面向液晶屏模块的显示指令，用于向液晶屏模块输出开关功能界面显示程序和面板区域位置与按钮对应程序；以及面向物理开关模块的执行指令，用于驱动智能开关执行相应的开关功能。 

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