CN102325033B - 物联网开关及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物联网开关，其特征在于：它包括连接于供电线路和用电设备之间的程控装置、通过无线通信协议与程控装置进行通信控制的触控装置以及实现开关网络建立、维护和管理功能的协调装置；所述程控装置包括程控天线模块、程控射频模块、程控控制模块、程控按键模块以及连接于供电线路和用电设备之间的继电器控制模块，所述触控装置包括触控天线模块、触控射频模块、触控控制模块以及触控按键模块。本发明的目的在于提供一种物联网开关，它将开关分为程控部分和触控部分，实现了开关的无线控制和远程控制，实现开关的安装和改动灵活方便，以及对用电设备的灵活控制。

Description

物联网开关及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种物联网开关及其控制方法。

背景技术

目前，传统开关均采用金属导线与用电设备进行连接，以实现用电设备与电源间的通断控制。因此，在房屋建设或用电设备安装时，需以明线或暗线的方式布设安全防护管及开关电线，人力物力成本高，且开关设置位置受限制，控制方式不灵活。在实际应用中，较难实现安装在不同地方的多个传统开关同时控制同一用电设备的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种物联网开关，它将开关分为程控部分和触控部分，实现了开关的无线控制和远程控制，实现开关的安装和改动灵活方便，以及对用电设备的灵活控制。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种物联网开关，其特征在于：它包括连接于供电线路和用电设备之间的程控装置、通过无线通信协议与程控装置进行通信控制的触控装置以及实现开关网络建立、维护和管理功能的协调装置；所述程控装置包括程控天线模块、程控射频模块、程控控制模块、程控按键模块以及连接于供电线路和用电设备之间的继电器控制模块，所述程控天线模块与程控射频模块相连，程控射频模块、程控按键模块、继电器控制模块分别与程控控制模块相连；所述触控装置包括触控天线模块、触控射频模块、触控控制模块以及触控按键模块，所述触控天线模块与触控射频模块相连，触控射频模块、触控按键模块分别与触控控制模块相连。

本发明的控制方法如下：

接通协调装置电源，协调控制模块开始工作，自动建立起开关网络；接通程控装置和触控装置的电源，程控装置和触控装置自动进行无线网络搜索，直至成功加入开关网络才停止搜索；当搜索到与其无线通信协议相匹配的开关网络，程控控制模块和触控控制模块根据无线通信协议分别生成加入开关网络请求，并分别通过程控天线模块和触控天线模块自动发出，所述加入开关网络请求包含有装置物理地址信息；当按下协调按键模块中的授权按键，向协调控制模块发出授权指令，协调控制模块开启授权窗口时间；协调装置通过协调天线模块接收程控装置或触控装置发来的加入开关网络请求，协调控制模块分析加入开关网络请求，获取开关网络加入请求中的装置物理地址信息，并进行核对，当该装置的物理地址信息未存在于开关网络中时，协调控制模块根据网络资源分配给该装置一个网络地址，该程控装置或触控装置即成功加入开关网络；程控装置和触控装置加入开关网络的行为必须在授权窗口时间内完成，若超过授权时间，协调控制模块将自动关闭授权；

当程控装置和触控装置已加入开关网络，按下程控按键模块中的程控控制按键，程控控制模块处理程控控制按键信息，获得该按键对应的控制通道号，根据无线通信协议生成包含控制通道号的程控配对数据，并通过程控天线模块向协调装置发送；在同一时间段内，操作触控切换开关，通过触控控制模块将触控按键模块中的触控控制开关切换至配对工作状态，按下触控控制开关，触控控制模块处理触控控制开关信息，获得该开关对应的开关通道号，根据无线通信协议生成包含开关通道号的触控配对数据，并通过触控天线模块向协调装置发送；协调天线模块将接收到的程控配对数据和触控配对数据发给协调控制模块，协调控制模块对程控配对数据和触控配对数据进行检查；若符合配对协议要求，协调控制模块将程控配对数据中的控制通道号与触控配对数据中的开关通道号共同组成一个配对信息项目，并将此配对信息项目反馈回请求配对的双方；程控装置和触控装置接收到配对信息项目后，将其分别保存到程控控制模块和触控控制模块中的非易失性存储器的固定位置；当配对行为未在同一时间段内完成，协调控制模块将自动丢弃已发起配对请求的配对信息；

当程控装置的控制通道和触控装置的开关通道成功配对后，操作触控切换开关，通过触控控制模块将触控控制开关切换至开关控制工作状态；按下触控控制开关，触控控制模块进行相应开关通道号的开关信息处理，触控控制模块根据开关通道号到触控控制模块中的非易失性存储器内核查配对信息项目以找出对应的程控装置信息，从而根据无线通信协议生成开关控制数据，并通过触控天线模块向程控装置发送；程控装置通过程控天线模块接收到开关控制数据后，程控控制模块通过继电器控制模块对相应的控制通道执行开关通断的动作，并返回操作结果进行应答；

当程控装置的控制通道和触控装置的开关通道成功配对后，若短按程控按键模块中的程控辅助按键，程控控制模块检测控制通道中是否有处于接通状态的，当检测到某一控制通道为接通，则取消该控制通道存储于程控控制模块中的非易失性存储器内的相应配对信息，所述某一控制通道的接通是通过在短按程控辅助按键之前或在短按程控辅助按键的同时按下该控制通道对应的程控控制按键，使程控控制模块将该控制通道切换至接通状态来实现的；若长按程控辅助按键，程控控制模块取消程控控制模块中的非易失性存储器内存储的全部配对信息；若短按触控按键模块中的触控辅助按键，触控控制模块检测开关通道中是否有处于接通状态的，当检测到某一开关通道为接通，则取消该开关通道存储于触控控制模块中的非易失性存储器内的相应配对信息，所述某一开关通道的接通是通过在短按触控辅助按键之前或在短按触控辅助按键的同时按下该开关通道对应的已切换至配对工作状态的触控控制开关，使触控控制模块将该开关通道切换至接通状态来实现的；若长按触控辅助按键，触控控制模块取消触控控制模块中的非易失性存储器内存储的全部配对信息。

所述无线通信协议包括进行配对通信时使用的配对协议和进行开关控制通信时使用的开关控制协议；

所述配对协议是根据Zigbee无线通信技术的绑定功能，采用Zigbee设备对象终端绑定机制作出的规定；配对协议规定程控装置通过按键触发的方式将程控配对数据发送到协调装置，并且要求在规定的时间内同样触发对应的触控装置；当协调装置接收到程控装置和触控装置共同发出的配对请求时，将包含程控装置的控制通道号和触控装置的开关通道号的信息返回给程控装置和触控装置，并最终在完成配对的程控装置和触控装置上分别创建配对信息项目；配对协议指定程控装置的控制通道号为输入属性，指定触控装置的开关通道号为输出属性，并要求进行配对的2个装置具有互补性质，必须为一个输入和一个输出；

所述开关控制协议是一套在Zigbee的APS应用支持子层上实现的更高层协议；开关控制协议的数据帧包括依次排列的起始标志字段、数据帧长度字段、序号字段、命令字段、类型字段、信息字段和结束标志字段；起始标志字段为0X7E；数据帧长度字段为0X0A；序号字段为用于区分不同的数据帧，同一帧数据重发时，序号字段相同；命令字段用于表示数据帧的属性，当命令字段的值为0X01时，表示数据帧是控制信息；当命令字段的值为0X02时，表示数据帧是查询信息；当命令字段的值为0X00时，表示数据帧是应答信息；类型字段用于区分信息字段的数值类型，当类型字段的值为0X55时，表示信息字段的数值为32位宽度的模拟量；当类型字段的值为0X10时，表示信息字段的数值为1位宽度的数字量，1位数字量占据信息字段的最高位，尾部用0补齐；结束标志字段为0X21。

较之现有技术而言，本发明的优点在于：

(1)将开关分为程控部分和触控部分，实现了开关的无线控制和远程控制，减少了传统开关的布线、连线步骤，只需将程控部分接入供电线路和用电设备之间即可，触控部分可根据需要设置在任意地方，从而实现对用电设备的灵活控制；

(2)程控部分和触控部分通过无线控制技术建立连接，实现了在开关网络覆盖范围的任意地方都可以控制需要控制的用电设备，可以灵活地实现一个或多个地方的开关控制同一台用电设备，也可以灵活地实现一个开关控制一个或多个地方的用电设备；

(3)程控部分和触控部分可以通过配对设置灵活的建立开关控制的关联关系，不需要预先布设开关电线；也可以通过取消配对设置灵活的改动开关控制的关联关系，不需要改动开关电线的布设线路；

(4)程控部分和触控部分设置相对应的多路开关控制通道，从而有效的节省无线通信网络资源；

(5)通过协调装置的设置，可建立起系统的个域网，所有的程控装置和触控装置均加入到该个域网中，使所有对应的用电设备和控制开关在同一个网络中关联起来。

附图说明

图1是本发明一种物联网开关实施例的结构原理图。

图2是一种程控装置的电路图，图中省略了继电器控制模块的电路。

图3是一种包含电源转换模块和继电器控制模块的电路图。

图4是另一种包含电源转换模块和继电器控制模块的电路图。

图5是第三种包含电源转换模块和继电器控制模块的电路图。

图6是一种触控装置的电路图。

图7是一种稳压电源模块的电路图。

图8是一种协调装置的电路图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：

如图1至图8所示为本发明提供的一种物联网开关的实施例示意图。

一种物联网开关，其特征在于：它包括连接于供电线路和用电设备之间的程控装置、通过无线通信协议与程控装置进行通信控制的触控装置以及实现开关网络建立、维护和管理功能的协调装置；所述程控装置包括程控天线模块、程控射频模块、程控控制模块、程控按键模块以及连接于供电线路和用电设备之间的继电器控制模块，所述程控天线模块与程控射频模块相连，程控射频模块、程控按键模块、继电器控制模块分别与程控控制模块相连；所述触控装置包括触控天线模块、触控射频模块、触控控制模块以及触控按键模块，所述触控天线模块与触控射频模块相连，触控射频模块、触控按键模块分别与触控控制模块相连。

通过协调装置建立并维护管理开关网络，程控装置和触控装置加入到协调装置所建立的开关网络，以实现对开关网络中的程控装置进行对应的开关控制。通过用户授权技术，程控装置和触控装置请求加入协调装置建立的开关网络，需要用户按下协调按键模块中的授权按键，才能获得加入开关网络的授权。这样保障了开关网络不被恶意的入侵和破坏，又使用户后期增加程控装置和触控装置可以灵活的实现。

所述协调装置包括协调天线模块、协调射频模块、协调控制模块以及协调按键模块，所述协调天线模块和协调射频模块相连，协调射频模块、协调按键模块分别与协调控制模块相连。

所述程控装置还包括对由供电线路输送的电源进行转换以适合程控装置使用的电源转换模块。

所述程控按键模块包括程控控制按键电路和实现取消程控装置和触控装置之间配对关系的功能的程控辅助按键电路，所述触控按键模块包括实现配对和开关控制操作的触控控制开关电路、对触控控制按键电路的配对工作状态和开关控制操作状态进行切换的触控切换开关电路和实现取消程控装置和触控装置之间配对关系的功能的触控辅助按键电路，所述协调按键模块包括授权按键电路。所述程控控制按键电路设有程控控制按键，所述程控辅助按键电路设有程控辅助按键，所述触控控制开关电路设有触控控制开关，所述触控切换开关电路设有触控切换开关，所述触控辅助按键电路设有触控辅助按键，所述授权按键电路设有授权按键。

所述继电器控制模块设有两路以上分别与不同用电设备相连的继电器控制电路，所述程控控制按键电路的数目与继电器控制电路的数目相对应，且继电器控制电路与程控控制按键电路为一一对应关系，所述触控按键模块设有两路以上的触控控制开关电路。

所述触控装置还包括为触控装置提供稳定电源的稳压电源模块以及用来与智能设备进行连接的接口模块，接口模块与触控控制模块相连。通过接口模块与智能设备如iPad等连接，此时触控装置的用户开关动作输入可通过运行于智能设备上的程序采集触摸屏界面信号，获得对应的开关通道号；进行配对时的开关通道号也可以通过触摸屏界面输入；用户还可以通过运行于智能设备上的程序实现可视化地控制家庭内部所有配套的用电设备。

所述协调装置还包括用来与互联网进行连接的网卡模块，网卡模块与协调控制模块相连。通过网卡模块，协调装置可作为一个无线网关连接到Internet。

物联网开关的一种具体电路组成如下：

如图2所示，所述程控射频模块、程控控制模块、程控天线模块和程控按键模块包括CC2530F256微控制器U1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电感L1、电感L2、电感L3、电阻R5、电阻R10、电阻R11、电阻R14、晶体振荡器X1、晶体振荡器X2、天线ANT1、按键S1、按键S9、电阻R1和电阻R13；电容C1的正极与电容C2的正极、电容C3的正极、CC2530F256微控制器U1的DVDD1引脚、CC2530F256微控制器U1的DVDD2引脚以及3.3V的直流电源相连，电容C1的负极接地，电容C2的负极接地，电容C3的负极接地，电容C4的正极与电容C5的正极、电容C6的正极、电容C7的正极、电容C8的正极、电感L1的一端、CC2530F256微控制器U1的AVDD1引脚、CC2530F256微控制器U1的AVDD2引脚、CC2530F256微控制器U1的AVDD3引脚、CC2530F256微控制器U1的AVDD4引脚、CC2530F256微控制器U1的AVDD5引脚以及CC2530F256微控制器U1的AVDD6引脚相连，电容C4的负极与电容C5的负极、电容C6的负极以及电容C7的负极相连并接地，电容C8的负极接地，电感L1的另一端与3.3V的直流电源相连，电容C10的正极与CC2530F256微控制器U1的DCOUPL引脚相连，电容C10的负极接地，电阻R5的一端与CC2530F256微控制器U1的RBIAS引脚相连，电阻R5的另一端接地，电阻R10的一端与CC2530F256微控制器U1的RESET_N引脚相连，电阻R10的另一端与电阻R11的一端以及电容C11的正极相连，电容C11的负极接地，电阻R11的另一端与3.3V的直流电源相连，电容C12的正极与CC2530F256微控制器U1的RF N引脚相连，电容C12的负极与电感L2的一端以及电容C9的正极相连，电感L2的另一端接地，电容C9的负极与电容C13的正极以及电感L3的一端相连，电容C13的负极与天线ANT1的一端相连，天线ANT1的另一端接地，电感L3的另一端与电容C14的负极以及电容C15的正极相连，电容C14的正极与CC2530F256微控制器U1的RF_P引脚相连，电容C15的负极接地，晶体振荡器X1的4引脚与CC2530F256微控制器U1的P2_3/XOSC32K_Q2引脚以及电容C19的正极相连，电容C19的负极接地，晶体振荡器X1的1引脚与CC2530F256微控制器U1的P2_4/XOSC32K_Q1引脚以及电容C18的正极相连，电容C18的负极接地，晶体振荡器X1的2引脚和3引脚分别接地，晶体振荡器X2的3引脚与电阻R14的一端、CC2530F256微控制器U1的XOSC_Q2引脚以及电容C17的正极相连，电容C17的负极接地，晶体振荡器X2的1引脚与电阻R14的另一端、CC2530F256微控制器U1的XOSC_Q1引脚以及电容C16的正极相连，电容C16的负极接地，晶体振荡器X2的2引脚和4引脚分别接地，按键S1的一端与电阻R1的一端以及CC2530F256微控制器U1的P2_0引脚相连，按键S1的另一端接地，电阻R1的另一端与3.3V的直流电源相连，按键S9的一端与电阻R13的一端以及CC2530F256微控制器U1的P0_0引脚相连，按键S9的另一端接地，电阻R13的另一端与3.3V的直流电源相连。

如图3所示，所述电源转换模块和继电器控制模块包括变压器T12、整流二极管组件VD4、稳压管VD5、二极管D7、三极管Q4、三极管Q5、电容C71、电容C72、电容C73、电容C74、电阻R12、电阻R37、电阻R38、电阻R39、继电器K4、REG102电压转换集成电路U7、市电电源接口J6和用电设备接线接口J7；变压器T12的1引脚与市电电源接口J6的火线引脚相连，变压器T12的2引脚与市电电源接口J6的零线引脚相连，变压器T12的3引脚与整流二极管组件VD4的1引脚相连，变压器T12的4引脚与整流二极管组件VD4的3引脚相连，整流二极管组件VD4的1引脚接地，整流二极管组件VD4的4引脚与电阻R37的一端、电容C73的正极以及三极管Q4的基极相连，三极管Q4的集电极与电阻R37的另一端以及稳压管VD5的阴极相连，三极管Q4的发射极与电容C71的正极、REG102电压转换集成电路U7的In引脚以及REG102电压转换集成电路U7的E引脚相连，REG102电压转换集成电路U7的Out引脚输出3.3V直流电，REG102电压转换集成电路U7的ADJ引脚与电容C72的正极相连，REG102电压转换集成电路U7的GND引脚与电容C71的负极、电容C72的负极、电容C73的负极、电容C74的正极、稳压管VD5的阳极以及电阻R38的一端相连并接地，电阻R38的一端与电容C74的负极、二极管D7的阴极以及继电器的5引脚相连，继电器的1引脚与用电设备火线接线接口相连，继电器的2引脚置空，继电器的3引脚与市电电源接口J6的火线引脚相连，用电设备接线接口J7的零线引脚与市电电源接口J6的零线引脚相连，继电器的4引脚与二极管D7的阳极以及三极管Q5的基极相连，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极与电阻R39的一端相连，电阻R39的另一端与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与CC2530F256微控制器U1的P1_0引脚相连。电源转换模块转换形成的3.3V直流电向程控装置需要3.3V直流电的部分直接供电。

如图6所示，所述触控射频模块、触控控制模块、触控天线模块和触控按键模块包括CC2530F256微控制器U2、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36、电容C37、电容C38、电感L4、电感L5、电感L6、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R20、晶体振荡器X3、晶体振荡器X4、天线ANT2、按键S10、按键S11、按键S100、电阻R15、电阻R19和电阻R100；电容C20的正极与电容C21的正极、电容C22的正极、CC2530F256微控制器U2的DVDD1引脚、CC2530F256微控制器U2的DVDD2引脚以及3.3V的直流电源相连，电容C20的负极接地，电容C21的负极接地，电容C22的负极接地，电容C23的正极与电容C24的正极、电容C25的正极、电容C26的正极、电容C27的正极、电感L4的一端、CC2530F256微控制器U2的AVDD1引脚、CC2530F256微控制器U2的AVDD2引脚、CC2530F256微控制器U2的AVDD3引脚、CC2530F256微控制器U2的AVDD4引脚、CC2530F256微控制器U2的AVDD5引脚以及CC2530F256微控制器U2的AVDD6引脚相连，电容C23的负极与电容C24的负极、电容C25的负极以及电容C26的负极相连并接地，电容C27的负极接地，电感L4的另一端与3.3V的直流电源相连，电容C29的正极与CC2530F256微控制器U2的DCOUPL引脚相连，电容C29的负极接地，电阻R16的一端与CC2530F256微控制器U2的RBIAS引脚相连，电阻R16的另一端接地，电阻R17的一端与CC2530F256微控制器U2的RESET_N引脚相连，电阻R17的另一端与电阻R18的一端以及电容C30的正极相连，电容C30的负极接地，电阻R18的另一端与3.3V的直流电源相连，电容C31的正极与CC2530F256微控制器U2的RF_N引脚相连，电容C31的负极与电感L5的一端以及电容C28的正极相连，电感L5的另一端接地，电容C28的负极与电容C32的正极以及电感L6的一端相连，电容C32的负极与天线ANT2的一端相连，天线ANT2的另一端接地，电感L6的另一端与电容C33的负极以及电容C34的正极相连，电容C33的正极与CC2530F256微控制器U2的RF_P引脚相连，电容C34的负极接地，晶体振荡器X3的4引脚与CC2530F256微控制器U2的P2_3/XOSC32K_Q2引脚以及电容C38的正极相连，电容C38的负极接地，晶体振荡器X3的1引脚与CC2530F256微控制器U2的P2_4/XOSC32K_Q1引脚以及电容C37的正极相连，电容C37的负极接地，晶体振荡器X3的2引脚和3引脚分别接地，晶体振荡器X4的3引脚与电阻R20的一端、CC2530F256微控制器U2的XOSC_Q2引脚以及电容C36的正极相连，电容C36的负极接地，晶体振荡器X4的1引脚与电阻R20的另一端、CC2530F256微控制器U2的XOSC_Q1引脚以及电容C35的正极相连，电容C35的负极接地，晶体振荡器X4的2引脚和4引脚分别接地，按键S10的一端与电阻R15的一端以及CC2530F256微控制器U2的P2_0引脚相连，按键S100的一端与电阻R100的一端以及CC2530F256微控制器U2的P2_1引脚相连，电阻R15的另一端与电阻R100的一端以及3.3V的直流电源相连，按键S10的另一端与按键S100的另一端相连并接地，按键S11的一端与电阻R19的一端以及CC2530F256微控制器U2的P0_0引脚相连，按键S11的另一端接地，电阻R19的另一端与3.3V的直流电源相连。

如图7所示，所述稳压电源模块包括电池、电容C39、电容C10、电容C41、电容C42、电阻R21、电阻R22、电阻R23、LED灯D1以及TPS60211电压转换集成电路U3；电池的负极接地，电池的正极与电阻R23的一端、电容C39的正极以及TPS60211电压转换集成电路U3的In引脚相连，电容C39的负极接地，电阻R23的另一端与TPS60211电压转换集成电路U3的/SN引脚相连，电容C40的正极与TPS60211电压转换集成电路U3的C1-引脚相连，电容C40的负极与TPS60211电压转换集成电路U3的C1+引脚相连，TPS60211电压转换集成电路U3的C2+引脚与电容C40的负极相连，TPS60211电压转换集成电路U3的C2-引脚与电容C40的正极相连，TPS60211电压转换集成电路U3的PG引脚与电阻R21的一端以及LED灯D1的阴极相连，TPS60211电压转换集成电路U3的Out引脚输出3.3V直流电并与电容C42的负极、电阻R21的另一端以及电阻R22的一端相连，电容C42的正极接地，电阻R22的另一端与LED灯D1的阳极相连。稳压电源模块形成的3.3V稳定直流电直接向触控装置需要3.3V直流电的部分直接供电。

如图8所示，所述协调射频模块、协调控制模块、协调天线模块和协调按键模块包括CC4830F256微控制器U4、电容C43、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47、电容C48、电容C49、电容C50、电容C51、电容C52、电容C53、电容C54、电容C55、电容C56、电容C57、电容C58、电容C59、电容C60、电容C61、电感L7、电感L8、电感L9、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R30、晶体振荡器X5、晶体振荡器X6、天线ANT3、按键S19、电阻R24、电阻R28、电阻R29、LED灯D2和LED灯D3；电容C43的正极与电容C44的正极、电容C45的正极、CC4830F256微控制器U4的DVDD1引脚、CC4830F256微控制器U4的DVDD2引脚以及3.3V的直流电源相连，电容C43的负极接地，电容C44的负极接地，电容C45的负极接地，电容C46的正极与电容C47的正极、电容C48的正极、电容C49的正极、电容C50的正极、电感L7的一端、CC4830F256微控制器U4的AVDD1引脚、CC4830F256微控制器U4的AVDD2引脚、CC4830F256微控制器U4的AVDD3引脚、CC4830F256微控制器U4的AVDD4引脚、CC4830F256微控制器U4的AVDD5引脚以及CC4830F256微控制器U4的AVDD6引脚相连，电容C46的负极与电容C47的负极、电容C48的负极以及电容C49的负极相连并接地，电容C50的负极接地，电感L7的另一端与3.3V的直流电源相连，电容C52的正极与CC4830F256微控制器U4的DCOUPL引脚相连，电容C52的负极接地，电阻R25的一端与CC4830F256微控制器U4的RBIAS引脚相连，电阻R25的另一端接地，电阻R26的一端与CC4830F256微控制器U4的RESET_N引脚相连，电阻R26的另一端与电阻R27的一端以及电容C53的正极相连，电容C53的负极接地，电阻R27的另一端与3.3V的直流电源相连，电容C54的正极与CC4830F256微控制器U4的RF_N引脚相连，电容C54的负极与电感L8的一端以及电容C51的正极相连，电感L8的另一端接地，电容C51的负极与电容C55的正极以及电感L9的一端相连，电容C55的负极与天线ANT3的一端相连，天线ANT3的另一端接地，电感L9的另一端与电容C56的负极以及电容C57的正极相连，电容C56的正极与CC4830F256微控制器U4的RF_P引脚相连，电容C57的负极接地，晶体振荡器X5的4引脚与CC4830F256微控制器U4的P2_3/XOSC55K_Q2引脚以及电容C61的正极相连，电容C61的负极接地，晶体振荡器X5的1引脚与CC4830F256微控制器U4的P2_4/XOSC55K_Q1引脚以及电容C60的正极相连，电容C60的负极接地，晶体振荡器X5的2引脚和3引脚分别接地，晶体振荡器X6的3引脚与电阻R30的一端、CC4830F256微控制器U4的XOSC_Q2引脚以及电容C59的正极相连，电容C59的负极接地，晶体振荡器X6的1引脚与电阻R30的另一端、CC4830F256微控制器U4的XOSC_Q1引脚以及电容C58的正极相连，电容C58的负极接地，晶体振荡器X6的2引脚和4引脚分别接地，按键S19的一端与电阻R24的一端以及CC4830F256微控制器U4的P1_0引脚相连，电阻R24的另一端与3.3V的直流电源相连，按键S19的另一端接地，LED灯D2的阴极与CC4830F256微控制器U4的P1_3相连，LED灯D2的阳极与电阻R28的一端相连，电阻R28的另一端与3.3V的直流电源相连，LED灯D3的阴极与CC4830F256微控制器U4的P1_2相连，LED灯D32的阳极与电阻R29的一端相连，电阻R29的另一端与3.3V的直流电源相连。在具体实施应用中，协调装置需要3.3V直流电的部分可以使用触控装置中采用稳压电源模块结构进行直接供电。

一种物联网开关的控制方法，其特征在于：接通协调装置电源，协调控制模块开始工作，自动建立起开关网络；接通程控装置和触控装置的电源，程控装置和触控装置自动进行无线网络搜索，直至成功加入开关网络才停止搜索；当搜索到与其无线通信协议相匹配的开关网络，程控控制模块和触控控制模块根据无线通信协议分别生成加入开关网络请求，并分别通过程控天线模块和触控天线模块自动发出，所述加入开关网络请求包含有装置物理地址信息；当按下协调按键模块中的授权按键，向协调控制模块发出授权指令，协调控制模块开启授权窗口时间；协调装置通过协调天线模块接收程控装置或触控装置发来的加入开关网络请求，协调控制模块分析加入开关网络请求，获取开关网络加入请求中的装置物理地址信息，并进行核对，当该装置的物理地址信息未存在于开关网络中时，协调控制模块根据网络资源分配给该装置一个网络地址，该程控装置或触控装置即成功加入开关网络；程控装置和触控装置加入开关网络的行为必须在授权窗口时间内完成，若超过授权时间，协调控制模块将自动关闭授权。

当程控装置和触控装置已加入开关网络，按下程控按键模块中的程控控制按键，程控控制模块处理程控控制按键信息，获得该按键对应的控制通道号，根据无线通信协议生成包含控制通道号的程控配对数据，并通过程控天线模块向协调装置发送；在同一时间段内，操作触控切换开关，通过触控控制模块将触控按键模块中的触控控制开关切换至配对工作状态，按下触控控制开关，触控控制模块处理触控控制开关信息，获得该开关对应的开关通道号，根据无线通信协议生成包含开关通道号的触控配对数据，并通过触控天线模块向协调装置发送；协调天线模块将接收到的程控配对数据和触控配对数据发给协调控制模块，协调控制模块对程控配对数据和触控配对数据进行检查；若符合配对要求，协调控制模块将程控配对数据中的控制通道号与触控配对数据中的开关通道号共同组成一个配对信息项目，并将此配对信息项目反馈回请求配对的双方；程控装置和触控装置接收到配对信息项目后，将其分别保存到程控控制模块和触控控制模块中的非易失性存储器的固定位置；当配对行为未在同一时间段内完成，协调控制模块将自动丢弃已发起配对请求的配对信息。所述触控控制开关切换至配对工作状态的操作也可以在配对操作之前进行。

协调装置在接收到来自其中一方的配对数据后，需要在规定时间内收集到来自互补的另一方的配对数据，否则将丢弃该配对数据。若协调装置接收到的不是来自互补的另一方的配对数据，在规定时间到达后，也是不能建立配对信息项目。若协调装置同时收到多个同一属性的配对数据，协调装置只记住第一个配对数据，第二个以及之后收到的同一属性的配对数据都被当作无效数据丢弃掉。同一程控控制按键或触控控制开关在成功完成配对操作后，还可以再次发起配对操作与另一个触控控制开关或程控控制按键进行配对，从而实现一个控制通道由一个以上开关通道控制，或一个开关通道控制多个控制通道。

当程控装置的控制通道和触控装置的开关通道成功配对后，操作触控切换开关，通过触控控制模块将触控控制开关切换至开关控制工作状态；按下触控控制开关，触控控制模块进行相应开关通道号的开关信息处理，触控控制模块根据开关通道号到触控控制模块中的非易失性存储器内核查配对信息项目以找出对应的程控装置信息，从而根据无线通信协议生成开关控制数据，并通过触控天线模块向程控装置发送；程控装置通过程控天线模块接收到开关控制数据后，程控控制模块通过继电器控制模块对相应的控制通道执行开关通断的动作，并返回操作结果进行应答。

当程控装置的控制通道和触控装置的开关通道成功配对后，若短按程控按键模块中的程控辅助按键，程控控制模块检测控制通道中是否有处于接通状态的，当检测到某一控制通道为接通，则取消该控制通道存储于程控控制模块中的非易失性存储器内的相应配对信息，所述某一控制通道的接通是通过在短按程控辅助按键之前或在短按程控辅助按键的同时按下该控制通道对应的程控控制按键，使程控控制模块将该控制通道切换至接通状态来实现的；若长按程控辅助按键，程控控制模块取消程控控制模块中的非易失性存储器内存储的全部配对信息；若短按触控按键模块中的触控辅助按键，触控控制模块检测开关通道中是否有处于接通状态的，当检测到某一开关通道为接通，则取消该开关通道存储于触控控制模块中的非易失性存储器内的相应配对信息，所述某一开关通道的接通是通过在短按触控辅助按键之前或在短按触控辅助按键的同时按下该开关通道对应的已切换至配对工作状态的触控控制开关，使触控控制模块将该开关通道切换至接通状态来实现的；若长按触控辅助按键，触控控制模块取消触控控制模块中的非易失性存储器内存储的全部配对信息。

所述无线通信协议包括进行配对通信时使用的配对协议和进行开关控制通信时使用的开关控制协议。

所述配对协议是根据Zigbee无线通信技术的绑定功能，采用Zigbee设备对象终端绑定机制作出的规定；配对协议规定程控装置通过按键触发的方式将程控配对数据发送到协调装置，并且要求在规定的时间内同样触发对应的触控装置；当协调装置接收到程控装置和触控装置共同发出的配对请求时，将包含程控装置的控制通道号和触控装置的开关通道号的信息返回给程控装置和触控装置，并最终在完成配对的程控装置和触控装置上分别创建配对信息项目；配对协议指定程控装置的控制通道号为输入属性，指定触控装置的开关通道号为输出属性，并要求进行配对的2个装置具有互补性质，必须为一个输入和一个输出。

所述开关控制协议是一套在Zigbee的APS应用支持子层上实现的更高层协议；开关控制协议的数据帧包括依次排列的起始标志字段、数据帧长度字段、序号字段、命令字段、类型字段、信息字段和结束标志字段；起始标志字段为0X7E；数据帧长度字段为0X0A；序号字段为用于区分不同的数据帧，同一帧数据重发时，序号字段相同；命令字段用于表示数据帧的属性，当命令字段的值为0X01时，表示数据帧是控制信息；当命令字段的值为0X02时，表示数据帧是查询信息；当命令字段的值为0X00时，表示数据帧是应答信息；类型字段用于区分信息字段的数值类型，当类型字段的值为0X55时，表示信息字段的数值为32位宽度的模拟量；当类型字段的值为0X10时，表示信息字段的数值为1位宽度的数字量，1位数字量占据信息字段的最高位，尾部用0补齐；结束标志字段为0X21。

表1开关控制协议数据帧格式

开关控制协议的数据帧是在Zigbee应用层数据包内被传输，在Zigbee协议栈所有分层之上，开关控制协议的数据帧内部不会传输其他协议的数据帧，所以无需对开关控制协议的数据帧的起始和结束报表纸字符进行转义。即使在信息字段有可能会出现起始或结束字符值，但因为信息字段的固定长度为4个字节，所以完全符合数据帧格式各个字段规定的情况不会发生。

开关控制协议的数据帧要求被一次性完整的传输，也就是说开关控制协议的数据帧是Zigbee协议栈应用层上的一个独立的完整的数据包，开关控制协议的数据帧不能被拆分成2个或多个的数据分包。所以触控装置或程控装置一次只允许发送一帧数据。

开关控制协议的数据帧传输采用了两种措施增强数据通信的可靠性。首先是利用重发数据事件重发数据，重发的次数由程序决定。由于在数据帧里面包含有序号字段，多次重发的数据帧具有相同的序号不会被重复接收。其次，利用数据接收响应机制，数据帧发送装置在发送完数据后等待接收装置返回应答数据帧，并判断应答数据帧的类型和信息字段是否成功。

Claims (7)

1.一种物联网开关，其特征在于：它包括连接于供电线路和用电设备之间的程控装置、通过无线通信协议与程控装置进行通信控制的触控装置以及实现开关网络建立、维护和管理功能的协调装置；所述程控装置包括程控天线模块、程控射频模块、程控控制模块、程控按键模块以及连接于供电线路和用电设备之间的继电器控制模块，所述程控天线模块与程控射频模块相连，程控射频模块、程控按键模块、继电器控制模块分别与程控控制模块相连；所述触控装置包括触控天线模块、触控射频模块、触控控制模块以及触控按键模块，所述触控天线模块与触控射频模块相连，触控射频模块、触控按键模块分别与触控控制模块相连；所述协调装置包括协调天线模块、协调射频模块、协调控制模块以及协调按键模块，所述协调天线模块和协调射频模块相连，协调射频模块、协调按键模块分别与协调控制模块相连；所述程控按键模块包括程控控制按键电路和实现取消程控装置和触控装置之间配对关系的功能的程控辅助按键电路，所述触控按键模块包括实现配对和开关控制操作的触控控制开关电路、对触控控制按键电路的配对工作状态和开关控制操作状态进行切换的触控切换开关电路和实现取消程控装置和触控装置之间配对关系的功能的触控辅助按键电路，所述协调按键模块包括授权按键电路。

2.根据权利要求1所述的物联网开关，其特征在于：所述程控装置还包括对由供电线路输送的电源进行转换以适合程控装置使用的电源转换模块。

3.根据权利要求1或2所述的物联网开关，其特征在于：所述继电器控制模块设有两路以上分别与不同用电设备相连的继电器控制电路，所述程控控制按键电路的数目与继电器控制电路的数目相对应，且继电器控制电路与程控控制按键电路为一一对应关系，所述触控按键模块设有两路以上的触控控制开关电路。

4.根据权利要求3所述的物联网开关，其特征在于：所述触控装置还包括为触控装置提供稳定电源的稳压电源模块以及用来与智能设备进行连接的接口模块，接口模块与触控控制模块相连。

5.根据权利要求3所述的物联网开关，其特征在于：所述协调装置还包括用来与互联网进行连接的网卡模块，网卡模块与协调控制模块相连。

6.一种用于控制如权利要求1-5任意一项所述的物联网开关的控制方法，其特征在于：接通协调装置电源，协调控制模块开始工作，自动建立起开关网络；接通程控装置和触控装置的电源，程控装置和触控装置自动进行无线网络搜索，直至成功加入开关网络才停止搜索；当搜索到与其无线通信协议相匹配的开关网络，程控控制模块和触控控制模块根据无线通信协议分别生成加入开关网络请求，并分别通过程控天线模块和触控天线模块自动发出，所述加入开关网络请求包含有装置物理地址信息；当按下协调按键模块中的授权按键，向协调控制模块发出授权指令，协调控制模块开启授权窗口时间；协调装置通过协调天线模块接收程控装置或触控装置发来的加入开关网络请求，协调控制模块分析加入开关网络请求，获取开关网络加入请求中的装置物理地址信息，并进行核对，当该装置的物理地址信息未存在于开关网络中时，协调控制模块根据网络资源分配给该装置一个网络地址，该程控装置或触控装置即成功加入开关网络；程控装置和触控装置加入开关网络的行为必须在授权窗口时间内完成，若超过授权时间，协调控制模块将自动关闭授权；

当程控装置和触控装置已加入开关网络，按下程控按键模块中的程控控制按键，程控控制模块处理程控控制按键信息，获得该按键对应的控制通道号，根据无线通信协议生成包含控制通道号的程控配对数据，并通过程控天线模块向协调装置发送；在同一时间段内，操作触控切换开关，通过触控控制模块将触控按键模块中的触控控制开关切换至配对工作状态，按下触控控制开关，触控控制模块处理触控控制开关信息，获得该开关对应的开关通道号，根据无线通信协议生成包含开关通道号的触控配对数据，并通过触控天线模块向协调装置发送；协调天线模块将接收到的程控配对数据和触控配对数据发给协调控制模块，协调控制模块对程控配对数据和触控配对数据进行检查；若符合配对协议要求，协调控制模块将程控配对数据中的控制通道号与触控配对数据中的开关通道号共同组成一个配对信息项目，并将此配对信息项目反馈回请求配对的双方；程控装置和触控装置接收到配对信息项目后，将其分别保存到程控控制模块和触控控制模块中的非易失性存储器的固定位置；当配对行为未在同一时间段内完成，协调控制模块将自动丢弃已发起配对请求的配对信息；

当程控装置的控制通道和触控装置的开关通道成功配对后，操作触控切换开关，通过触控控制模块将触控控制开关切换至开关控制工作状态；按下触控控制开关，触控控制模块进行相应开关通道号的开关信息处理，触控控制模块根据开关通道号到触控控制模块中的非易失性存储器内核查配对信息项目以找出对应的程控装置信息，从而根据无线通信协议生成开关控制数据，并通过触控天线模块向程控装置发送；程控装置通过程控天线模块接收到开关控制数据后，程控控制模块通过继电器控制模块对相应的控制通道执行开关通断的动作，并返回操作结果进行应答；

当程控装置的控制通道和触控装置的开关通道成功配对后，若短按程控按键模块中的程控辅助按键，程控控制模块检测控制通道中是否有处于接通状态的，当检测到某一控制通道为接通，则取消该控制通道存储于程控控制模块中的非易失性存储器内的相应配对信息，所述某一控制通道的接通是通过在短按程控辅助按键之前或在短按程控辅助按键的同时按下该控制通道对应的程控控制按键，使程控控制模块将该控制通道切换至接通状态来实现的；若长按程控辅助按键，程控控制模块取消程控控制模块中的非易失性存储器内存储的全部配对信息；若短按触控按键模块中的触控辅助按键，触控控制模块检测开关通道中是否有处于接通状态的，当检测到某一开关通道为接通，则取消该开关通道存储于触控控制模块中的非易失性存储器内的相应配对信息，所述某一开关通道的接通是通过在短按触控辅助按键之前或在短按触控辅助按键的同时按下该开关通道对应的已切换至配对工作状态的触控控制开关，使触控控制模块将该开关通道切换至接通状态来实现的；若长按触控辅助按键，触控控制模块取消触控控制模块中的非易失性存储器内存储的全部配对信息。

7.根据权利要求6所述的物联网开关的控制方法，其特征在于：所述无线通信协议包括进行配对通信时使用的配对协议和进行开关控制通信时使用的开关控制协议；

所述配对协议是根据Zigbee无线通信技术的绑定功能，采用Zigbee设备对象终端绑定机制作出的规定；配对协议规定程控装置通过按键触发的方式将程控配对数据发送到协调装置，并且要求在规定的时间内同样触发对应的触控装置；当协调装置接收到程控装置和触控装置共同发出的配对请求时，将包含程控装置的控制通道号和触控装置的开关通道号的信息返回给程控装置和触控装置，并最终在完成配对的程控装置和触控装置上分别创建配对信息项目；配对协议指定程控装置的控制通道号为输入属性，指定触控装置的开关通道号为输出属性，并要求进行配对的2个装置具有互补性质，必须为一个输入和一个输出；

所述开关控制协议是一套在Zigbee的APS应用支持子层上实现的更高层协议；开关控制协议的数据帧包括依次排列的起始标志字段、数据帧长度字段、序号字段、命令字段、类型字段、信息字段和结束标志字段；起始标志字段为0X7E；数据帧长度字段为0X0A；序号字段为用于区分不同的数据帧，同一帧数据重发时，序号字段相同；命令字段用于表示数据帧的属性，当命令字段的值为0X01时，表示数据帧是控制信息；当命令字段的值为0X02时，表示数据帧是查询信息；当命令字段的值为0X00时，表示数据帧是应答信息；类型字段用于区分信息字段的数值类型，当类型字段的值为0X55时，表示信息字段的数值为32位宽度的模拟量；当类型字段的值为0X10时，表示信息字段的数值为1位宽度的数字量，1位数字量占据信息字段的最高位，尾部用0补齐；结束标志字段为0X21。

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