CN101482734A - 一种低功耗控制电路及低功耗控制电路的工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低功耗控制电路，包括接收电路、控制芯片，接收电路信号连接控制芯片，控制芯片连接执行机构，其特征在于，还包括时钟发生控制电路，时钟发生控制电路分别信号连接接收电路和控制芯片。本发明由于采用时钟发生控制电路定时打开接收电路，而只有在接收电路有输出信号时，才能唤醒控制芯片，所以控制芯片一般都在休眠状态(或称待机状态)，而控制芯片待机时的功耗一般在零点几个微安左右，既远远小于控制芯片工作时的功耗(几个毫安左右)，也远远小于双频率控制芯片在低频状态的功耗(几十个微安左右)，所以本发明可以大大降低控制芯片的电能消耗，从而使控制电路节约电能。

Description

一种低功耗控制电路及低功耗控制电路的工作方法
技术领域
本发明涉及控制电路，尤其是涉及一种低功耗控制电路及其工作方法。
背景技术
随着科技的发展，越来越多的设备的执行依靠电路控制，如：电动窗帘、电动门窗、电灯等。这些控制电路一般包括接收电路、控制芯片，接收电路信号连接控制芯片，控制芯片连接执行机构(这里所述的执行机构可以是电动门、电动窗、电动窗帘、电灯等)，接收电路用于接收命令信息，控制芯片用于向执行机构发出各种执行命令。此外还配有电源电路向接收电路和控制芯片提供电源，由于接收电路和控制芯片一直处于工作状态，而接收电路和控制芯片工作时都需要消耗电能，但是实际上大部分时间内是没有命令信息输入的，因此在没有命令输入的情况下，接收电路和控制芯片消耗的电能都是无用的，这样就造成了电能的浪费。尤其是接收电路、控制芯片、执行机构全部采用电池供电的情况下，电池的电能大部分是消耗在接收电路、控制芯片上，而不是消耗在执行机构上，使得电池的电能很快就能消耗完，从而要不断地更换电池。如：直流管状电机的控制电路，一般情况下接收电路工作电流为7个毫安左右，控制芯片的工作电流也通常为7个毫安左右，如果电池是1800毫安时的电池块，可以供接收电路和控制芯片工作100多个小时，也就是说5天内就可以将电能消耗殆尽。但是1800毫安的电池块可以使380毫安电机(电机一般一次的运行时间为30秒)，可以运行570次，如果一天两次操作，几乎可以用一年。从此可以看出，所消耗的能量主要是用在平时的接收电路、控制芯片上。
现在中国专利200580009297.7公开了一种低功率Rf控制系统，其实质上是一种低功耗控制电路。该专利采用双频率控制芯片，一般情况下控制芯片处于低频控制状态，低频状态一般消耗在20-30微安左右，高频的时候为7个毫安左右，同时，接收模块也有两种状态，休眠状态和工作状态，休眠状态下为2个微安左右，工作状态下为7个毫安左右。控制芯片定时打开接收模块使其处于工作状态1毫秒左右。一般几十个毫秒打开一次接收电路，这样，接收电路的耗电率可以节省几十倍。控制芯片由于在很多时候处于低频状态下，所以也比原来的控制芯片一直处于高频状态下大大节省了电能，但是，由于控制芯片处于低频状态的情况下依然要消耗20-30微安左右，所以仍然要消耗不少能量。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题之一是提供一种低功耗控制电路，采用这种控制电路可以降低控制芯片的电能消耗，从而使控制电路节约电能。
本发明所述的低功耗控制电路，包括接收电路、控制芯片，接收电路信号连接控制芯片，控制芯片连接执行机构，其特征在于，还包括时钟发生控制电路，时钟发生控制电路分别信号连接接收电路和控制芯片。
所述的时钟发生控制电路包括开关电路、RC桥路、时钟发生控制电源电路、振荡使能控制电路，开关电路与RC桥路电连接，时钟发生控制电源电路向开关电路、RC桥路提供电源，控制芯片信号连接振荡使能控制电路，振荡使能控制电路信号连接开关电路。这是一种时钟发生控制电路的实施方式。
所述的开关电路为阈值振荡模拟开关电路。这种电路可以减少功耗。
所述的电源电路为降压电路。这样可以降低开关电路功耗，从而进一步降低时钟发生控制电路功耗。
所述的降压电路为二极管串联降压电路。这种降压电路降压比较准确。
所述接收电路为无线接收电路，该电路包括：高频接收选频电路、超外差接收电路、中频滤波器、晶体本机谐振电路、接收数据静噪电路，上述电路之间电连接。这样可以降低超外差接收电路出来的信号中出来的噪声。
所述接收数据静噪电路包括两个部分：模拟积分比例电路、逻辑处理电路，超外差接收电路的接收信号强度电平输出到模拟积分比例电路，超外差接收电路的数据处理回路数据和本机输出数据输出到逻辑处理电路，模拟积分比例的模拟量信号输出到逻辑处理电路，逻辑处理电路输出低噪声信号。这种设计可以通过模拟积分比例电路来判断收到的模拟信号是否为认可的载波频段，如果是就允许逻辑处理电路对信号进行处理；如果不是，就不允许逻辑处理电路对信号进行处理，这样就可以将非工作状态的输出信号屏蔽掉，从而可以实现无限接收电路零噪声输出。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种可以使控制电路实现低功耗的方法。
本发明所述的方法包括以下步骤：
A、控制芯片处于休眠状态，定时电路工作；
B、时钟发生控制电路产生定时时序信号，定时打开或关闭接收电路；
C、接收电路处于打开状态时，如果有同频信号，输出端口就会产生数据变化，转到步骤E；如果没有同频信号，输出端口一直维持高电平；
D、接收电路处于关闭状态时，接收电路不工作；
E、唤醒控制芯片，控制芯片输出控制命令使接收电路在控制芯片设定的时间内处于工作状态(例如200毫秒)，在该段工作时间内，对接收的信号做出解码判断，如果该信号为无效信号(和自己控制芯片内部储存的ID码不同)，就关闭接收电路，打开定时电路，控制芯片进入休眠状态，转到步骤B；如果该信号为有效信号，就执行相应的命令，命令执行结束后，关闭接收电路，打开定时电路，进入休眠状态，转到步骤B。
所述步骤E中，唤醒控制芯片后，控制芯片直接输出控制命令使接收电路在控制芯片设定的时间内处于工作状态，在该段工作时间内如果该信号为无效信号(和自己控制芯片内部储存的ID码不同)，就关闭接收电路，打开定时电路，控制芯片进入休眠状态，转到步骤B；如果该信号为有效信号，就执行相应的命令，并直接控制接收电路一直处于打开状态，命令执行结束后，关闭接收电路，打开定时电路，控制芯片进入休眠状态，转到步骤B。这种方法是控制芯片连接接收电路，在一定条件下直接控制接收电路处于打开状态。
所述步骤E中，唤醒控制芯片后，控制芯片输出命令给时钟发生控制电路，通过时钟发生控制电路使接收电路在控制芯片设定的时间内处于工作状态，在该段工作时间内如果该信号为无效信号(和自己控制芯片内部储存的ID码不同)，就关闭接收电路，打开定时电路，控制芯片进入休眠状态，转到步骤B；如果该信号为有效信号，就执行相应的命令，并输出命令给时钟发生控制电路，通过时钟发生控制电路控制接收电路一直处于打开状态，命令执行结束后，关闭接收电路，打开定时电路，控制芯片进入休眠状态，转到步骤B。这种方法是控制芯片不直接连接接收电路，而是通过时钟发生控制电路使接收电路在一定条件下处于打开状态。
本发明由于采用时钟发生控制电路定时打开接收电路，而只有在接收电路有输出信号时，才能唤醒控制芯片，所以控制芯片一般都在休眠状态(或称待机状态)，而控制芯片待机时的功耗一般在零点几个微安左右，既远远小于控制芯片工作时的功耗(几个毫安左右)，也远远小于双频率控制芯片在低频状态的功耗(几十个微安左右)，所以本发明可以大大降低控制芯片的电能消耗，从而使控制电路节约电能。
附图说明
图1是实施例中的控制电路的电路结构框图。
图2是实施例中的时钟发生控制电路的结构框图。
图3是实施例中的时钟发生控制电路的电路图。
图4是实施例中的接收电路结构方框图。
图5是实施例中的接收电路的电路结构示意图。
图6是实施例中的接收数据静噪电路结构方框图。
图7是实施例中的接收数据静噪电路的电路结构示意图。
图8是实施例中的控制芯片的工作流程图。
图9是实施例中的时钟发生控制电路工作时序图。
图10是实施例中的接收电路工作时序图。
图11是实施例中的控制芯片工作时序图。
图12是实施例中的接收电路工作时序图。
具体实施方式
实施例
参看图1
实施例中所述的低功耗控制电路是用在自动窗帘的直流电机的控制上，包括接收电路101、控制芯片102(多采用单片机)、时钟发生控制电路104、储存器107，接收电路101信号连接控制芯片102，控制芯片102连接储存器107、直流电机103(也就是执行机构中的一类)，时钟发生控制电路104分别信号连接接收电路101和控制芯片102。此外，还配有干15V的干电池105，电源电路106将干电池105输出的15V的电压变压为5V后给各个电路供电。
参看图2、图3
所述的时钟发生控制电路104包括开关电路2、RC桥路3、时钟发生控制电源电路1、振荡使能控制电路4，开关电路2与RC桥路3电连接，时钟发生控制电源电路1向开关电路、RC桥路提供电源，控制芯片102信号连接振荡使能控制电路4，振荡使能控制电路4信号连接开关电路2；提供振荡电路的时序延时及占空比的比例系数，振荡使能控制电路，功能：用于控制低功耗时序发生器电路的开启/关闭，从而配合整体电路工作，所述的开关电路为阈值振荡模拟开关电路，提供整个电路所必须的阈值比较及逻辑状态转换；所述的电源电路为两个二极管串联降压电路。电源电路的输入电压为3V，经过两个二极管串联降压后，提供给阈值振荡模拟开关电路的工作电压为1.6V，而阈值振荡模拟开关电路的输出电压还是3V，这样可以降低开关电路功耗，这种时钟发生控制电路的功耗很低，一般在0.1微安。在此由于振荡使能控制电路4、RC桥路3都是已知的电路，就不对它们进行具体描述。
参看图4、图5
所述接收电路为无线接收电路，采用的载波频段为433.42MHz附近，其包括：高频接收LC选频电路(也可以称为高频接收选频电路)5，功能：用于匹配1/4波长接收天线，并通过LC回路参数，高Q值的谐振于433.42MHz载波频段附近，以提供高的接收机灵敏度；前置低噪声高放电路6，功能：将前级电路5接收到的毫微伏的433.42MHz载波频段附近得高频信号进行放大，以增强接收机灵敏度及补偿下级电路7的插入衰减；声表面窄带滤波电路7，功能：将前级电路6接收并放大后的高频载波信号进行精确过滤，以截取基频(433.42MHz)±1KHz的载波数据调制信号，并输入至下级电路8中；.超外差接收电路8，功能：接收机电路主功能芯片，用于对前级电路7接收到的高频载波信号的选频放大，外差式载波数据解调，基带数据恢复，数据滤波及放大整形功能，并将处理后的接收数据输入至下级电路12；中频滤波器9，功能：10.7MHz声表面波中频滤波器，其为电路8部分的IF中频限副放大器提供低噪声输入回路；晶体本机谐振电路10，功能：晶体振荡器串联谐振回路，其为电路8部分的PLL本振电路提供谐振基准，使其准确接收于433.42MHz载波频段；接收机低功耗控制端口11，功能：用于电路8部分的接收状态/待机状态切换，从而控制电路8部分功耗；接收数据静噪电路12，功能：接收电路8的信号强度电平(英文缩写RSSI)、数据处理回路(英文IF/DATA)、本机输出数据(英文DATA)、三路信号进行模拟比例及逻辑静噪处理，从而实现接收机零噪声输出，并将处理后的数据输入至下级电路13；单片机电路13，功能：将前级电路12输入的数据进行数字解码处理；存储器14，功能：其为电路13的外设辅件，用于存储电路13程序运行中的常量配置数据；晶振15，功能：其为电路的外设辅件，用于产生电路13运行所必须的时钟脉冲。
高频接收LC选频电路信号输出到前置低噪声高放电路6，前置低噪声高放电路6信号输出到声表面窄带滤波电路7，声表面窄带滤波电路7信号输出到超外差接收电路8，超外差接收电路8信号输出到接收数据静噪电路12，接收数据静噪电路12信号输出到单片机电路13，单片机电路13信号输出到电机；中频滤波器9、晶体本机谐振电路10和接收机低功耗控制端口11分别与超外差接收电路8电连接；存储器14和晶振15分别与单片机电路13电连接。
参看图6、图7
所述的接收数据静噪电路12包括两个部分：模拟积分比例电路16、逻辑处理电路17，超外差接收电路8的接收信号强度电平RSSI输出到模拟积分比例电路16，超外差接收电路8的数据处理回路数据IF/DATA和本机输出数据DATA输出到逻辑处理电路17，模拟积分比例的模拟量信号输出到逻辑处理电路17，逻辑处理电路17输出低噪声信号。所述的模拟积分比例电路16包括积分电阻R8、放电电阻R9、积分电容C19，放电电阻R9和积分电容C19并联，放电电阻R9和积分电容C19并联后的一端接地，另一端分别连接到逻辑处理电路17的一个输入端和积分电阻R8的输出端，超外差接收电路8的接收信号强度电平输出端连接积分电阻R8的输入端。所述的逻辑处理电路17是一个逻辑处理芯片
采用实施例中的这种电路设计，可以使超外差接收电路8输出的信号中的噪声完全屏蔽掉，从而可以实现无限接收电路零噪声输出。
下面结合附图简介一下实施例中的低功耗控制电路的工作过程。
参看图8-图12
1、开始，
2、控制芯片处于休眠状态，定时电路工作；
3、参看图9、图12，时钟发生控制电路104(即图8中所述的定时电路)产生定时时序信号，每隔330秒(即ms)向接收电路(即图8中所述的接收机)发出指令打开接收电路2秒钟，2秒钟以后接收电路处于关闭状态；
4、接收电路处于打开状态时，如果有同频信号，输出端口就会产生数据变化，转到步骤6；如果没有同频信号，输出端口一直维持高电平；
5、接收电路处于关闭状态时，接收电路不工作；
6、参看图8，唤醒控制芯片，执行以下步骤：
901、唤醒控制芯片，控制芯片的定时器开始200毫秒计时；
902、判断200毫秒是否到时，如果是转到903，如果不是，转到908；
903、切断接收机和其他电路电源，电路进入低功耗状态，进入904；
904、向定时电路104发出命令，定时电路按其工作时序开始工作，进入905；
905、控制芯片进入休眠状态，所有电路低功耗运行，进入906；
906、判断相应的口线是否为低，为高一直休眠，为低单片机会被唤醒，进入901；
908、接收机通电，主程序各项功能运行，在200毫秒工作时间内，对接收的信号做出解码判断，如果该信号为无效信号(和自己控制芯片内部储存的ID码不同)，就转到902；如果该信号为有效信号，就执行相应的命令，命令执行结束后，才关闭接收电路，转到步骤902。
这样设计的控制电路，时钟发生控制电路104正常工作时的功耗是0.1微安左右，控制芯片的功耗为为0.8微安左右。远远地小于双频率控制芯片在低频状态的功耗(几十个微安左右)，所以本发明可以大大降低控制芯片的电能消耗，从而使控制电路节约电能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，如：所述的时钟发生控制电路104中的电源电路也可以采用三个以上的二极管串联或其他降压电路；执行机构也可以是电灯等其他部件等，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种低功耗控制电路，包括接收电路、控制芯片，接收电路信号连接控制芯片，控制芯片连接执行机构，其特征在于，还包括时钟发生控制电路，时钟发生控制电路分别信号连接接收电路和控制芯片。
2、根据权利要求1所述的一种低功耗控制电路，其特征在于，所述时钟发生控制电路，包括开关电路、RC桥路、时钟发生控制电源电路、振荡使能控制电路，开关电路与RC桥路电连接，时钟发生控制电源电路向开关电路、RC桥路提供电源，控制芯片信号连接振荡使能控制电路，振荡使能控制电路信号连接开关电路。
3、根据权利要求2所述的一种低功耗控制电路，其特征在于，所述的开关电路为阈值振荡模拟开关电路。
4、根据权利要求2或3所述的一种低功耗控制电路，其特征在于，所述的电源电路为降压电路。
5、根据权利要求4所述的一种低功耗控制电路，其特征在于，所述的降压电路为二极管串联降压电路。
6、根据权利要求1或2或3所述的一种低功耗控制电路，其特征在于，所述接收电路为无线接收电路，该电路包括：高频接收选频电路、超外差接收电路、中频滤波器、晶体本机谐振电路、接收数据静噪电路，上述电路之间电连接。
7、根据权利要求6所述的一种低功耗控制电路，其特征在于，所述接收数据静噪电路包括两个部分：模拟积分比例电路、逻辑处理电路，超外差接收电路的接收信号强度电平输出到模拟积分比例电路，超外差接收电路的数据处理回路数据和本机输出数据输出到逻辑处理电路，模拟积分比例的模拟量信号输出到逻辑处理电路，逻辑处理电路输出低噪声信号。
8、一种低功耗控制电路的工作方法，包括以下步骤：
A、控制芯片处于休眠状态，定时电路工作；
B、时钟发生控制电路产生定时时序信号，定时打开或关闭接收电路；
C、接收电路处于打开状态时，如果有同频信号，输出端口就会产生数据变化，转到步骤E；如果没有同频信号，输出端口一直维持高电平；
D、接收电路处于关闭状态时，接收电路不工作；
E、唤醒控制芯片，控制芯片输出控制命令使接收电路在控制芯片设定的时间内处于工作状态(例如200毫秒)，在该段工作时间内，对接收的信号做出解码判断，如果该信号为无效信号(和自己控制芯片内部储存的ID码不同)，就关闭接收电路，打开定时电路，控制芯片进入休眠状态，转到步骤B；如果该信号为有效信号，就执行相应的命令，命令执行结束后，关闭接收电路，打开定时电路，进入休眠状态，转到步骤B。
9、根据权利要求8所述的一种低功耗控制电路的工作方法，其特征在于，所述步骤E中，唤醒控制芯片后，控制芯片直接输出控制命令使接收电路在控制芯片设定的时间内处于工作状态，在该段工作时间内如果该信号为无效信号(和自己控制芯片内部储存的ID码不同)，就关闭接收电路，打开定时电路，控制芯片进入休眠状态，转到步骤B；如果该信号为有效信号，就执行相应的命令，并直接控制接收电路一直处于打开状态，命令执行结束后，关闭接收电路，打开定时电路，控制芯片进入休眠状态，转到步骤B。
10、根据权利要求8所述的一种低功耗控制电路的工作方法，其特征在于，所述步骤E中，唤醒控制芯片后，控制芯片输出命令给时钟发生控制电路，通过时钟发生控制电路使接收电路在控制芯片设定的时间内处于工作状态，在该段工作时间内如果该信号为无效信号(和自己控制芯片内部储存的ID码不同)，就关闭接收电路，打开定时电路，控制芯片进入休眠状态，转到步骤B；如果该信号为有效信号，就执行相应的命令，并输出命令给时钟发生控制电路，通过时钟发生控制电路控制接收电路一直处于打开状态，命令执行结束后，关闭接收电路，打开定时电路，控制芯片进入休眠状态，转到步骤B。
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