CN103197569B - 一种机械电子集成开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械电子集成开关，包括：两电路工作段，第一电路工作段和第二电路工作段；用于在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换的电子切换开关；用于在第一电路工作段和第二电路工作段手动切换的机械切换开关；以及，连接在电子切换开关两端，用于短路电子切换开关的手动旁路开关。本发明机械电子集成开关，集合了原有机械切换开关的可靠性和电子切换开关的灵活性，机械切换开关和电子切换开关可以随意切换负载的开关状态，可以实现机械开、遥控关，或是遥控开、机械关等操作，达到了操作独立、结果相关的目的，解决了电子切换开关没有接在电路工作段上导致依靠机械切换开关无法实现开关的通断的技术问题。

Description

一种机械电子集成开关

技术领域

本发明涉及开关领域，具体涉及一种机械电子集成开关。

背景技术

随着科技发展和人民生活水平的提高，智能家居产品越来越受人们的青睐。智能家居产品在提供舒适生活的同时，产品的复杂程度也同步提升。智能控制技术无论是采用无线控制还是总线控制，都会需要叠加电子控制部件，越多的电子控制部件会导致产品的复杂程度上升，产品出现问题的几率也同步提升，一旦出现问题就会严重影响到人们的生活。

机械控制方式简单可靠，但是缺少随处控制的灵活性，也越来越不能满足人民生活的需要。因此，智能家居生活对产品可靠性和控制的灵活性要求会一样的高，提供一种简便可靠又能灵活控制的智能开关就成为了一种迫切需求。

授权公告号为CN201628853U的中国实用新型专利公开了一种机械与电子双控电器开关，包括微电子开关控制模块和机械开关控制模块，微电子开关控制模块包括电源管理单元、中央控制器、开关检测单元和控制单元，机械开关控制模块由切换开关和手动开关组成，手动开关连接切换开关，切换开关通过微电子开关控制模块的开关检测单元接入中央控制器，中央控制器通过控制单元连接控制切换开关，切换开关还与外部电器设备电源输入相连。该技术方案通过微电子控制与机械控制相结合，当微电子控制装置故障且不能控制电器时，手工切换，使用手动开关控制电器。

申请公布号为CN102842447A的中国发明专利申请公开了一种电子机械复合开关装置，包括：遥控装置，该遥控装置内至少包含有能发送遥控开关信息的信号发送模块；开关本体，该开关本体内设置有与所述遥控装置的信号发送模块配合使用的至少能接收信号发送模块发出的遥控开关信息的信号接收模块，与所述信号接收模块输出端相连的主控制单元，与所述主控制单元相连的继电器控制模块，与继电器控制模块输出端相连的单刀双掷继电器，及一单刀双掷开关，其中，所述单刀双掷继电器的第一触点与市电的火线相连，所述单刀双掷继电器的第二触点与所述单刀双掷开关的第三触点相连，所述单刀双掷继电器的第三触点与所述单刀双掷开关的第二触点相连，所述单刀双掷开关的第一触点与外接用电负载相连。该技术方案通过单刀双掷继电器和单刀双掷开关复合应用，使得电子机械复合开关装置同时具备机械开关使用可靠和电子开关能遥控的优点。

上述两种具体的技术方案均采用继电器控制，当无法实现电子控制、需要机械开关控制时，必须要让继电器位于触点上，但是，电子控制故障时，继电器有时并不位于触点上，则就致使即使采用机械开关手动切换也无法使开关正常工作。

发明内容

本发明提供了一种机械电子集成开关，通过机械切换开关与电子切换开关结合，并同时在电子切换开关两端设置手动旁路开关，能够提高该开关的使用可靠性和使用方便性。

一种机械电子集成开关，包括：

两电路工作段，为第一电路工作段和第二电路工作段；

设置在所述两电路工作段的一端上，用于在所述第一电路工作段和第二电路工作段电子切换的电子切换开关；

设置在所述两电路工作段的另一端上，用于在所述第一电路工作段和第二电路工作段手动切换的机械切换开关；

以及，连接在所述电子切换开关两端，用于短路所述电子切换开关的手动旁路开关。

本发明中，通过机械切换开关和电子切换开关在两电路工作段上切换，实现机械电子集成开关的接通与断开，即机械切换开关和电子切换开关处于同一电路工作段上，实现接通，机械切换开关和电子切换开关处于不同的电路工作段上，实现断开。如当设置在两电路工作段另一端的机械切换开关接在第一电路工作段上时，可以通过设置在两电路工作段一端上的电子切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换实现通断，当电子切换到第一电路工作段上时，机械切换开关和电子切换开关均处于第一电路工作段上，实现接通，当电子切换到第二电路工作段上时，机械切换开关和电子切换开关则处于不同的电路工作段上，实现断开，从而实现电子控制，增加控制的灵活性。当电子切换开关故障时，并且接在第一电路工作段或第二电路工作段上时，可通过手动控制机械切换开关，实现机械电子集成开关的接通与断开。当电子切换开关故障时，且没有接在第一电路工作段或第二电路工作段上时，闭合连接在电子切换开关两端的手动旁路开关，使得电子切换开关短路，因此，无需电子切换开关就可以接在第一电路工作段或第二电路工作段上，再通过手动控制机械切换开关，实现机械电子集成开关的接通与断开。因而，很好地解决了电子切换开关没有接在电路工作段上导致依靠机械切换开关无法实现开关的通断的技术问题。

电子切换开关和机械切换开关的一端用于在第一电路工作段和第二电路工作段之间切换，另一端用于连接电源输入端和作为负载输出端。作为优选，所述电子切换开关与电源输入端连接，所述机械切换开关与负载输出端连接。用电设备接在负载输出端上，通过本发明机械电子集成开关可以便捷、可靠地控制电源输出。

进一步优选，所述机械电子集成开关还包括：与所述电子切换开关连接，用于控制所述电子切换开关在所述第一电路工作段和第二电路工作段电子切换的处理器。通过处理器发出相应的控制信号控制电子切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换。

进一步优选，所述机械电子集成开关还包括：与所述处理器连接，用于传输控制信息的无线通信模块。用户控制终端，如遥控器、智能手机、平板电脑、笔记本电脑可通过无线通信模块与处理器无线连接，用户控制终端可将控制信息通过无线通信模块传输至处理器，处理器将控制信息生成控制电子切换开关的控制信号，并将相应的控制信息显示在用户控制终端。

进一步优选，所述机械电子集成开关还包括：连接在所述电源输入端上的负载上电/断电检测单元，所述负载上电/断电检测单元同时与所述处理器连接，所述负载上电/断电检测单元将检测的负载上电/断电信息反馈给所述处理器。处理器可以根据该信息生成相应的控制信号，控制电子切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换，从而实现自动控制。同时，处理器可将负载上电/断电信息通过无线通信模块传输给用户控制终端，在用户控制终端上显示相应的控制信息，从而方便用户对本发明机械电子集成开关进行控制。

进一步优选，所述机械电子集成开关还包括：为所述电子切换开关、处理器、无线通信模块和负载上电/断电检测单元供电的供电单元，供电单元可采用交流/直流电源单元（也称AC/DC电源模块），将220V的交流电转化为稳定的直流电，为上述各单元供电。

进一步优选，所述电子切换开关包括继电器驱动电路和单刀双掷继电器，所述继电器驱动电路与所述处理器连接，所述单刀双掷继电器的不动端与所述电源输入端连接，所述单刀双掷继电器的动端的两个触点分别与所述第一电路工作段和第二电路工作段连接，处理器发出相应的控制信号给继电器驱动电路，继电器驱动电路驱动单刀双掷继电器的动端在两个触点上移动，使得电子切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换。在完成一次驱动后单刀双掷继电器能够保持某一个触头的接触，不再需要继电器驱动电路供电维持，从而达到节约能源降低功耗的目的。

进一步优选，所述机械切换开关为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的不动端与所述负载输出端连接，所述单刀双掷开关的动端的两个触点分别与所述第一电路工作段和第二电路工作段连接，手动操作机械开关使得单刀双掷开关的动端在两个触点移动，手动操作机械切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段上切换。

手动旁路开关采用普通开关即可，作为优选，所述手动旁路开关的一端与所述电源输入端连接，所述手动旁路开关的另一端与所述第一电路工作段或第二电路工作段连接，从而手动闭合手动旁路开关时，就可以使得电子切换开关短路，电源输入端可直接通过手动旁路开关接在第一电路工作段或第二电路工作段上，通过机械切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段上手动切换，即可实现本发明机械电子集成开关的接通与断开。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明机械电子集成开关，通过机械切换开关和电子切换开关在两电路工作段上切换，实现接通与断开，即机械切换开关和电子切换开关处于同一电路工作段上，实现接通，机械切换开关和电子切换开关处于不同的电路工作段上，实现断开。同时在电子切换开关两端还设置手动旁路开关，很好地解决了因电子切换开关没有接在电路工作段上而导致依靠机械切换开关无法实现开关通断的技术问题。本发明机械电子集成开关，集合了原有机械切换开关的可靠性和电子切换开关的灵活性，机械切换开关和电子切换开关可以随意切换负载的开关状态，可以实现机械开、遥控关，或是遥控开、机械关等操作，达到了操作独立、结果相关的目的。另外，机械切换开关和电子切换开关任意单元的损坏都不影响另一单元对负载的开关操作，实现了产品的高可靠性。本发明机械电子集成开关，可作为墙面式手自一体化开关，具有远程无线控制和本地手动机械开关控制相结合、产品可靠、控制灵活以及使用能耗低等优点。

本发明机械电子集成开关，优选方案中，还包括处理器、无线通信模块、负载上电/断电检测单元和供电单元，可通过遥控器、智能手机、平板电脑、笔记本电脑等用户控制终端控制电子切换开关，并通过负载上电/断电检测单元将负载上电/断电信息通过无线通信模块传输给用户控制终端，可以方便、实时控制电子切换开关，进行相应的通断操作，进一步提高产品的使用便捷性。电子切换开关包括继电器驱动电路和单刀双掷继电器，继电器驱动电路在完成一次驱动后单刀双掷继电器能够保持某一个触头的接触，不再需要继电器驱动电路供电维持，显著降低了集成开关本身的功耗，从而达到节约能源降低功耗的目的。因此，本发明机械电子集成开关具有推广应用的意义和广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明机械电子集成开关的结构示意图；

图2为本发明中继电器驱动电路的电路原理示意图；

图3为本发明中负载上电/断电检测单元的电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明机械电子集成开关作进一步详细描述。

如图1所示，为本发明机械电子集成开关，包括：两电路工作段，为第一电路工作段（即在图中为静触点61与静触点82连接的金属导体连接线）和第二电路工作段（即在图中为静触点62与静触点81连接的金属导体连接线）；设置在两电路工作段的一端上，用于在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换的电子切换开关；设置在两电路工作段的另一端上，用于在第一电路工作段和第二电路工作段手动切换的机械切换开关8；以及，连接在电子切换开关两端，用于短路电子切换开关的手动旁路开关7。本发明机械电子集成开关还包括：电源输入端1、供电单元2、无线通信模块3、处理器4、负载上电/断电检测单元10以及负载输出端9。电子切换开关包括继电器驱动电路5和单刀双掷继电器6，继电器驱动电路5与处理器4连接，接收处理器4输出的控制信号，执行相应的操作。

电源输入端1包括火线L和零线N，负载输出端9包括负载火线L_Q和负载零线N_Q，电子切换开关与电源输入端1连接，具体为单刀双掷继电器6的不动端63与电源输入端1中的火线L连接，机械切换开关8与负载输出端9连接，具体为机械切换开关8的不动端83与负载输出端9中的负载火线L_Q连接。

单刀双掷继电器6的不动端63与电源输入端1中的火线L连接，单刀双掷继电器的动端的两个触点（静触点61和静触点62）分别与第一电路工作段和第二电路工作段连接，处理器4发出相应的控制信号给继电器驱动电路5，继电器驱动电路5驱动单刀双掷继电器6的动端在两个触点（静触点61和静触点62）上移动，使得电子切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换。

机械切换开关8为单刀双掷开关，单刀双掷开关的不动端83与负载输出端9中负载火线L_Q连接，单刀双掷开关的动端的两个触点（静触点82和静触点81）分别与第一电路工作段和第二电路工作段连接，手动操作机械开关8使得单刀双掷开关的动端在两个触点（静触点82和静触点81）移动，手动实现在第一电路工作段和第二电路工作段上切换。

手动旁路开关7采用普通开关即可，手动旁路开关7的一端与电源输入端1连接，具体接在电源输入端1中的火线L上，手动旁路开关7的另一端与第一电路工作段或第二电路工作段连接，图中，具体接在第二电路工作段上。从而手动闭合手动旁路开关7时，就可以使得电子切换开关短路，电源输入端1可直接通过手动旁路开关7接在第二电路工作段上，通过机械切换开关8在第一电路工作段和第二电路工作段上手动切换，即可实现本发明机械电子集成开关的接通与断开。

处理器4与电子切换开关中的继电器驱动电路5连接，用于控制电子切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换。通过处理器4发出相应的控制信号控制继电器驱动电路5，继电器驱动电路5根据相应的控制信号驱动单刀双掷继电器6在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换。

无线通信模块3，与处理器4连接，用于传输控制信息。用户控制终端，如遥控器、智能手机、平板电脑、笔记本电脑可通过无线通信模块3与处理器4无线连接，用户控制终端可将控制信息通过无线通信模块3传输至处理器4，处理器4将控制信息生成控制电子切换开关的控制信号，并将相应的控制信息显示在用户控制终端上。无线通信模块3可采用专用的无线通信芯片，该模块软件定义了物理层、链路层、网络层及应用层的通信协议，支持自动组网、自动路由功能。通电后，无线通信模块3可以自动查找附近的网络，并自动申请入网。用户控制终端可输入相应的控制信息，处理器4接收无线通信模块3传送过来的控制信息，控制电子切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换，从而实现控制功能。

负载上电/断电检测单元10，连接在电源输入端1上的负载上电/断电检测单元10，负载上电/断电检测单元10同时与处理器4连接，该负载上电/断电检测单元10将检测的负载上电/断电信息反馈给处理器4。处理器4通过负载上电/断电检测单元10反馈的负载上电/断电信息就可以判断本发明机械电子集成开关的工作状态。处理器4可以根据该信息生成相应的控制信号，控制电子切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换，从而实现自动控制。同时，处理器4可将负载上电/断电信息通过无线通信模块3传输给用户控制终端，在用户控制终端上显示相应的控制信息，从而方便用户对本发明机械电子集成开关进行控制。

供电单元2与电子切换开关中的继电器驱动电路5、处理器4、无线通信模块3和负载上电/断电检测单元10连接，为电子切换开关、处理器4、无线通信模块3和负载上电/断电检测单元10供电，供电单元2可采用交流/直流电源单元（也称AC/DC电源模块），将220V的交流电转化为稳定的直流电，为上述各单元供电。

如图2所示，为继电器驱动电路5，由处理器4的RC6、RC7发出控制信号。处理器4的控制信号输出端RC6与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与NPN三极管VT₁的基极连接。NPN三极管VT₁的发射极同时与电阻R8的一端和NPN三极管VT₂的基极连接，电阻R8的另一端和NPN三极管VT₂的发射极接地，NPN三极管VT₂的集电极与单刀双掷继电器6中线圈L的A端连接。NPN三极管VT₁的集电极同时与电阻R6的一端和电阻R7的一端连接，电阻R6的另一端与+12V电源连接，电阻R7的另一端与PNP三极管VT₅的基极连接，PNP三极管VT₅的发射极与+12V电源连接，PNP三极管VT₅的集电极与单刀双掷继电器6中线圈L的B端连接。

处理器4的控制信号输出端RC7与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与NPN三极管VT₄的基极连接。NPN三极管VT₄的发射极同时与电阻R11的一端和NPN三极管VT₃的基极连接，电阻R11的另一端和NPN三极管VT₃的发射极接地，NPN三极管VT₃的集电极与单刀双掷继电器6中线圈L的B端连接。NPN三极管VT₄的集电极同时与电阻R10的一端和电阻R9的一端连接，电阻R10的另一端与+12V电源连接，电阻R9的另一端与PNP三极管VT₆的基极连接，PNP三极管VT₆的发射极与+12V电源连接，PNP三极管VT₆的集电极与单刀双掷继电器6中线圈L的A端连接。当处理器4的RC6为高电平时，自保持单刀双掷继电器6的线圈L有正向电流；RC7为高电平时线圈L流入反向电流。当RC6=RC7=0（即低电平）时，所有三极管均截止，停止对线圈的供电。

如图3所示，负载上电/断电检测单元10采用电流感应的方式来判定集成开关的开关状态，可采用现有技术。同时采用非接触感应方式可以保证负载回路和控制回路的电气隔离，以确保安全。电流互感器与运算放大器连接，电流互感器与运算放大器之间接有二极管D1和二极管D2，二极管D1和二极管D2为1N4148，起保护作用。电容C和电阻r串联，然后并联在运算放大器两端，电容C和电阻r是用来补偿相位差。电阻R也并联在运算放大器两端。运算放大器的输出端接有抗干扰电容C0，抗干扰电容C0接地。运算放大器的输出端将电压和电流输出给处理器4。负载上电后，负载电流穿过电流互感器产生的微弱感应电动势进入通用运算放大器放大后得到所要求的电压输出。其中，通过调节反馈电阻R值可以在输出端得到要求的电压值。具体参数根据电路需要和运放技术参数确定。

本发明机械电子集成开关的具体工作原理如下：

本发明中，通过机械切换开关8和电子切换开关在两电路工作段上切换，实现机械电子集成开关的接通与断开，即机械切换开关8和电子切换开关处于同一电路工作段上，实现接通，机械切换开关8和电子切换开关处于不同的电路工作段上，实现断开。如当机械切换开关8接在第一电路工作段上时（即机械切换开关8的不动端83与机械切换开关8的动端的静触点82接通时），可以通过电子切换开关在第一电路工作段和第二电路工作段电子切换实现通断，当电子切换到第一电路工作段上时（即单刀双掷继电器6的不动端63与单刀双掷继电器6的动端的静触点61接通时），机械切换开关8和电子切换开关均处于第一电路工作段上，实现接通，当电子切换到第二电路工作段上时（即单刀双掷继电器6的不动端63与单刀双掷继电器6的动端的静触点62接通时），机械切换开关8和电子切换开关则处于不同的电路工作段上，实现断开，从而实现电子控制，增加控制的灵活性。当机械切换开关8接在第二电路工作段上时，控制原理相同。当电子切换开关故障时，并且接在第一电路工作段或第二电路工作段上时，可通过手动控制机械切换开关8，实现机械电子集成开关的接通与断开。当电子切换开关故障时，且没有接在第一电路工作段或第二电路工作段上时，闭合连接在电子切换开关两端的手动旁路开关7，使得电子切换开关短路，因此，无需电子切换开关就可以接在第二电路工作段上，再通过手动控制机械切换开关8，实现机械电子集成开关的接通与断开。因而，很好地解决了电子切换开关没有接在电路工作段上导致依靠机械切换开关8无法实现开关的通断的技术问题。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种机械电子集成开关，其特征在于，包括：

两电路工作段，为第一电路工作段和第二电路工作段；

设置在所述两电路工作段的一端上，用于在所述第一电路工作段和第二电路工作段电子切换的电子切换开关；

设置在所述两电路工作段的另一端上，用于在所述第一电路工作段和第二电路工作段手动切换的机械切换开关；

连接在所述电子切换开关两端，用于短路所述电子切换开关的手动旁路开关；

与所述电子切换开关连接，用于控制所述电子切换开关在所述第一电路工作段和第二电路工作段电子切换的处理器；

以及，与所述处理器连接，用于传输控制信息的无线通信模块；

所述电子切换开关与电源输入端连接，所述机械切换开关与负载输出端连接；

所述电子切换开关包括继电器驱动电路和单刀双掷继电器，所述继电器驱动电路与所述处理器连接，所述单刀双掷继电器的不动端与所述电源输入端连接，所述单刀双掷继电器的动端的两个触点分别与所述第一电路工作段和第二电路工作段连接。

2.根据权利要求1所述的机械电子集成开关，其特征在于，所述机械电子集成开关还包括：连接在所述电源输入端上的负载上电/断电检测单元，所述负载上电/断电检测单元同时与所述处理器连接，所述负载上电/断电检测单元将检测的负载上电/断电信息反馈给所述处理器。

3.根据权利要求2所述的机械电子集成开关，其特征在于，所述机械电子集成开关还包括：为所述电子切换开关、处理器、无线通信模块和负载上电/断电检测单元供电的供电单元。

4.根据权利要求1所述的机械电子集成开关，其特征在于，所述机械切换开关为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的不动端与所述负载输出端连接，所述单刀双掷开关的动端的两个触点分别与所述第一电路工作段和第二电路工作段连接。

5.根据权利要求1所述的机械电子集成开关，其特征在于，所述手动旁路开关的一端与所述电源输入端连接，所述手动旁路开关的另一端与所述第一电路工作段或第二电路工作段连接。