CN103019208A - 智能家居的电子设备双控模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能家居领域。一种智能家居的电子设备双控模块，包括以下几个部分的电路单元：电源电路单元、继电器驱动电路、单片机控制单元、双控电路单元和通信电路单元；电源电路单元输出连接于继电器驱动电路、单片机控制单元、双控电路单元和通信电路单元，单片机控制单元的控制端口连接于继电器驱动电路，继电器驱动电路输出端连接于双控电路单元，通信电路单元连接于单片机控制单元的串行通信端口。本发明实现电子开关控制与机械开关控制结合控制电子设备的双控模块，电子开关控制与机械开关控制既控制相同的电子设备，但又互不影响各自的控制。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居领域，尤其是智能家居的电子设备（如家用电器、照明灯具等）控制实现方案。
背景技术
现有市面上智能家居中智能控制模块，大多采用单一的电子智能化控制，多数通过继电器等电子器件来代替传统电器开关中的机械开关，在中央控制器（MCU单片机）的管理下实现对各种电器的智能化控制，并可以进行电话控制、手机短信控制、计算机网页控制、系统中的各控制设备的控制等等方式来进行控制。例如，一中国专利公开号CN 202043336U的智能家居的照明远程控制系统是包括手机终端、智能家居服务器、灯光控制器、照明灯，手机终端与智能家居服务器之间无线通信，智能家居服务器与灯光控制器之间无线通信，灯光控制器连接照明灯。智能家居服务器包括短信模块、智能家居服务器主机、无线开关控制器，短信模块、无线开关控制器分别与智能家居服务器主机连接，短信模块与手机终端之间无线通信，无线开关控制器与灯光控制器之间无线通信。
但是，诸如上面的家居智能的控制模块的使用寿命却远不如传统的机械开关长，尤其在控制模块出现开关故障、程序运行出错等异常时，用户无法立即进行修复，也无法立即进行更换，这将导致电器设备无法被控制，给使用者带来困扰和不便，甚至在特殊情况下带来安全隐患。
发明内容
因此，本发明提出一种电子开关控制与机械开关控制结合控制电子设备（如家用电器、照明灯具等）的双控模块。该电子设备双控模块的电子开关控制与机械开关控制既控制相同的电子设备，但又互不影响各自的控制。从而避免上述的现有家居智能的控制模块出现异常时的问题。
本发明具体采用如下技术方案：
智能家居的电子设备双控模块包括以下几个部分的电路单元：电源电路单元、电子开关驱动电路、单片机控制单元、双控电路单元和通信电路单元；其中，
该电源电路单元将输入电压转换为工作电源，该工作电源输出给继电器驱动电路、单片机控制单元、双控电路单元和通信电路单元进行供电；
该单片机控制单元的通信端口与通信电路单元连接以接收传输的指令，该单片机控制单元的控制端口连接于电子开关驱动电路，并通过该电子开关驱动电路来驱动双控电路单元的电子开关实现通、断切换；
该双控电路单元由2个电子开关和2个机械开关构成，该电子开关的控制端是连接于电子开关驱动电路的输出驱动端口，该电子开关的开关端的开关公共点是接在市电的一路，该电子开关的开关端的第一开关触点和第二开关触点分别与机械开关的第一开关触点和第二开关触点连接，该机械开关的开关公共点是串联负载后再接于市电的另一路。
进一步的，所述的电子设备双控模块还包括按键电路单元，该按键电路单元接于单片机控制单元的输入端口。
进一步的，所述的双控电路单元的电子开关是电磁继电器、固态继电器或是半导体器件构成的电子开关电路。
进一步的，所述的电源电路单元是由电源管理芯片及其外围电路组成的电压转换电路。
进一步的，所述的电子开关驱动是三极管放大驱动电路、同相器、反向器、锁存器。
进一步的，所述的单片机控制单元是由单片机芯片、复位电路及晶振电路组成的单片机控制电路。
进一步的，所述的通信电路单元是由485收发器芯片及其外围电路组成的485串行通信电路。
本发明采用如上技术方案，电子开关控制与机械开关控制既控制相同的电子设备，但又互不影响各自的控制。当电子开关控制出现故障等异常的情况（如单片机损坏，通信电路损坏，控制按键电路损坏等由电子开关控制方面的损坏）不能控制电子设备时，依然可以通过机械开关对电子设备进行控制。并且本发明还具有整个电路体积小，降低硬件、结构的成本，便于安装等特点。
附图说明
图1是本发明接入智能家居系统中的系统连接图。
图2是第一实施例的电路原理图。
图3是第二实施例的电路原理图。
图4a是第三实施例的电路原理图。
图4b是第三实施例的电子开关电路部分的电路原理图。
图5是单片机控制单元的软件主流程图。
图6是单片机控制单元进行串口通信的流程图。
图7是单片机控制单元进行按键处理的流程图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
图1所示的是一种典型智能家居系统的系统连接图。智能家居系统一般包括智能终端、家居模块集线器和总线控制插座和挂接在总线（如485总线）上的各种控制模块，如窗帘控制模块、空调控制模块、电话模块、报警模块等，本发明的电子设备双控模块也同其他控制模块一样挂接在总线上，通过总线通信来实现对如家用电器、照明灯具等电子设备的智能双控。
下面通过三个实施例来对本发明进一步说明。
第一实施例：
参阅图2所示，是智能家居的电子设备双控模块的优选的第一实施例的电路原理图，实施例典型应用在照明灯光控制中，实施例的举例应用仅为下文说明之便，但实际应用不应以此为限，如还可以应用在电视、空调等家居电器。该实施例包括以下几个部分的电路单元：电源电路单元1、电子开关驱动电路2、单片机控制单元3、双控电路单元4和通信电路单元5。
该电源电路单元1电源输出连接于电子开关驱动电路2、单片机控制单元3、双控电路单元4和通信电路单元5的VCC端，该电源电路单元1将输入电压转换为工作电源VCC，该工作电源VCC输出给上述各个电路部分进行供电。实施例中，电源电路单元1将外面输入的DC12V电源通过电源管理芯片U3（例如实施例可采用MP2259型号芯片）及相应元器件（电容、电感、二极管等外围必要元器件）转换成DC5V输出供电，其输出端VCC连接至上述的电子开关驱动电路2、单片机控制单元3、双控电路单元4和通信电路单元5电源端VCC。
该单片机控制单元3可由单片机芯片U4、RC复位电路和晶振X1组成典型的单片机控制电路。其中，单片机芯片U4可以优选采用STC12C4052AD芯片型号，晶振X1优选为12MHz。单片机控制单元3的通信端口（图中所示单片机芯片U4的2、3脚）与通信电路单元5（图中所示485收发器芯片U2的1、4脚）连接以接收传输的指令（指令中包括了控制该电子设备双控模块进行通、断状态的指令），该单片机控制单元3的控制端口（图中所示单片机芯片U4的6、11脚）连接于电子开关驱动电路2（图中所示电阻R6、R7的一端），并通过该电子开关驱动电路2来驱动双控电路单元4的电子开关实现通、断切换。
另外，实施例中还额外包括按键电路单元7，该按键电路单元7接于单片机控制单元的输入端口（图中所示单片机芯片U4的16、18脚）。该按键电路单元7是外接的按键部分，除上述的总线指令控制外，还可通过按键KEY1、KEY2来触发单片机控制单元3执行对双控电路单元4的电子开关实现通、断切换控制。
该双控电路单元4由2个电子开关和2个机械开关构成。该电子开关的控制端是连接于电子开关驱动电路2的输出驱动端口（图中所示的输出驱动端口CTL1、CTL2），该电子开关的开关端的开关公共点是接在市电的一路（如火线L），该电子开关的开关端的第一开关触点和第二开关触点分别与机械开关的第一开关触点和第二开关触点连接，该机械开关的开关公共点是串联负载后再接于市电的另一路（如零线N）；上述为常规接法，当然该双控电路单元4接于市电的火线L和零线N也可对调。
需要说明的是，该电子开关为广泛意义上的电子开关，包括如电磁继电器、晶闸管、固态继电器、电子开关电路、电子开关芯片等均能实现。而这些电子开关必然有控制开关进行通道切换的控制端和执行通道切换动作的开关端，无论是电磁继电器、固态继电器等开关元件均会有与常规机械开关一样具有1个开关公共点和2个开关触点，2个开关触点可能分别是常开触点或常闭触点，均可被称为的第一开关触点和第二开关触点，而电子开关电路、电子开关芯片等开关电路或芯片则具有一联通开关通道的公共端或公共管脚（COM），被称为开关公共点，另外导通或不导通（高阻态）开关通道的端口或管脚，则被称为第一开关触点和第二开关触点。类似的其他电子开关，均可以按照此定义其开关公共点和第一开关触点、第二开关触点。
该第一实施例中电子开关采用电磁继电器实现，例如采用HF7520/005-ZST型号电磁继电器K1、K2。则该电磁继电器K1、K2开关端的开关公共点COM接于市电火线L，电磁继电器K1的开关触点NC2、NO2分别与机械开关JK1的2个开关触点连接，电磁继电器K2的开关触点NC1、NO1分别与机械开关JK2的2个触点连接。
该电子开关驱动电路2可以是三极管放大驱动电路、同相器、反向器、锁存器等，用于驱动双控电路单元4中的电子开关。实施例采用图中所示的三极管Q3、Q4及电阻构成的三极管放大驱动电路。
该通信电路单元5实施例中是采用SP485R型号的485收发器芯片U2组成485总线通信电路，为智能家居中常用的串行总线通信方式。当然的，也可以是其他方式的通信电路实现，如CAN总线通信等。
当对该实施例的电子设备双控模块断电时，按双控电路单元4中的接口端子JP2连接的机械开关JK1或JK2，可以对对应的灯光设备LAMP1、LAMP2进行控制，此与传统的机械双控开关的控制原理一致；则按接外部的控制按键KEY1或KEY2中任意按键时，控制失败。
当上电时，则可以对该实施例的电子设备双控模块采用如下的按键控制方式和总线网络控制方式来实现双控。
当对通信电路单元5中接口端子JP1的12V进行供电时，这时按控制按键KEY1或KEY2按键，信号通过I/O端口进入单片机芯片U4，单片机芯片U4将根据所烧写的程序进行计算判断，然后由单片机芯片U4的控制端口C1或C2输出控制的电信号，再由控制端口C1或C2输出的电信号通过电子开关驱动电路2驱动双控电路单元4的电子开关（即电磁继电器K1、K2），由电磁继电器K1或K2判断灯光设备的输出状态。反之，按双控电路单元4的JP2中任意按键，单片机芯片U4同样会根据继电器开关K1或K2的状态来确定灯光设备的输出状态。
当对通信电路单元5中接口端子JP1输入485信号，但不操作外接设备中任意一个控制按键KEY1或KEY2时，485信号通过通信电路单元5的485收发器芯片U2转换成单片机芯片U4需要的TXD、RXD信号，然后由单片机芯片U4所烧写程序进行判断， 通过控制端口C1或C2输出控制的信号后，同样再经电子开关驱动电路2驱动双控电路单元4的电子开关，判断继电器开关K1或K2内开关状态，控制灯光设备。这时，按外接设备中任意一个控制按键KEY1或KEY2时，单片机芯片U4将根据继电器开关K1或K2的状态，和外接控制按键KEY1或KEY2的状态，共同判断灯光设备的输出状态。
第二实施例：
参阅图3所示，该第二实施与第一实施例大致相同。不同之处在于，双控电路单元4的中电子开关利用固态继电器SSR1、SSR2来替代第一实施例中的电磁继电器K1、K2。该实施例的其他部分与实现原理均与第一实施例一样，不再重复赘述。
第三实施例：
参阅图4a和图4b所示，该第三实施与前二个实施例大致相同。不同之处在于，单片机控制单元3是采用SST89V54型号的单片机芯片来取代STC12C4052AD型号的单片机芯片，电源电路单元1是利用7805电源芯片来取代，而双控电路单元4的中的电子开关则利用独立的半导体器件来构成的电子开关电路。该电子开关电路具体可以参阅图4b所示，该电子开关电路由光耦器、三极管、整流桥单元和双向触发晶闸管等元器件组成，该电子开关电路的具体实现电路还可以是现有的其他方式，于此不再详细说明。
再参阅图5至图7所示，分别是单片机芯片U4所烧写程序的软件主流程图、进行串口通信的流程图和进行按键处理的流程图。图5所示的软件主流程是经过上电延时、刷新看门狗、初始化寄存器和变量及初始化读取参数等常规初始化处理后进行按键检测判断处理和串口通信的检测判断处理。图6所示的串口通信的流程则是进行与常规的智能家居通信流程类似，包括版本命令、设备地址、ID查找等，还包括灯光控制、端口状态、情景设置等命令处理。图7所示的按键处理流程也是与现有的按键处理流程无异，包括按键读取、软件消除抖等常规处理。上面关于程序部分的内容与现有技术类似，非本发明的重点，与此不再详细展开说明。
综上，可见本发明的智能家居的电子设备双控模块既可以通过机械开关控制又可通过手动机械双控开关进行实现。电子开关控制与机械开关控制既控制相同的电子设备，但又互不影响各自的控制。本发明的智能家居的电子设备双控模块提供了一种兼容电子开关智能化控制与机械开关简单耐用的特性的设备控制模块，可通过智能家居系统进行智能化控制（除包括智能终端控制、和挂载于总线的其他模块控制，如电话模块，空调控制模块等外，同时如果增加服务器支持，也可以通过网页控制或手机短信控制等多种多样的控制方式），也可通过机械开关进行控制。当电子开关控制出现故障等异常的情况不能控制电子设备时，依然可以通过机械开关对电子设备进行控制。另外，由于本发明是嵌入产品，通过单片机芯片所烧写的程序实现双控，所以整个电路具有体积小，降低硬件、结构的成本，便于安装等特点。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.智能家居的电子设备双控模块，包括以下几个部分的电路单元：电源电路单元、电子开关驱动电路、单片机控制单元、双控电路单元和通信电路单元；其中，
该电源电路单元将输入电压转换为工作电源，该工作电源输出给继电器驱动电路、单片机控制单元、双控电路单元和通信电路单元进行供电；
该单片机控制单元的通信端口与通信电路单元连接以接收传输的指令，该单片机控制单元的控制端口连接于电子开关驱动电路，并通过该电子开关驱动电路来驱动双控电路单元的电子开关实现通、断切换；
该双控电路单元由2个电子开关和2个机械开关构成，该电子开关的控制端是连接于电子开关驱动电路的输出驱动端口，该电子开关的开关端的开关公共点是接在市电的一路，该电子开关的开关端的第一开关触点和第二开关触点分别与机械开关的第一开关触点和第二开关触点连接，该机械开关的开关公共点是串联负载后再接于市电的另一路。
2.根据权利要求1所述的智能家居的电子设备双控模块，其特征在于：所述的电子设备双控模块还包括按键电路单元，该按键电路单元接于单片机控制单元的输入端口。
3.根据权利要求1或2所述的智能家居的电子设备双控模块，其特征在于：所述的双控电路单元的电子开关是电磁继电器、固态继电器或是半导体器件构成的电子开关电路。
4.根据权利要求1或2所述的智能家居的电子设备双控模块，其特征在于：所述的电源电路单元是由电源管理芯片及其外围电路组成的电压转换电路。
5.根据权利要求1或2所述的智能家居的电子设备双控模块，其特征在于：所述的电子开关驱动是三极管放大驱动电路、同相器、反向器、锁存器。
6.根据权利要求1或2所述的智能家居的电子设备双控模块，其特征在于：所述的单片机控制单元是由单片机芯片、复位电路及晶振电路组成的单片机控制电路。
7.根据权利要求1或2所述的智能家居的电子设备双控模块，其特征在于：所述的通信电路单元是由485收发器芯片及其外围电路组成的485串行通信电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130403 |