CN103713555B - 一种无线非接触式场景开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线非接触式场景开关，包括电源单元，MCU微控制单元，遥控发射电路以及接近感应及挥手控制单元，所述接近感应及挥手控制单元利用MCU自身的RC振荡器来实现有无挥手动作发生及挥手次数的感应，和电源连接的嵌位电阻R5、R6的节点连接MCU的RA0脚，R6、R7的节点连接MCU的RC0脚，MCU的RC3脚对地连接自然寄生电容Cs，MCU的RC3脚与RC4脚之间连接有反馈电阻；MCU微控制单元的输出端连接遥控发射电路的控制输入端。本发明的控制实现方法：通过所述无线非接触式场景开关实现对于执行单元含有无线接收电路的家用市电负载的手势控制。本发明设计合理，容易实现，安装使用方便。产品电路结构简单，能耗低，用手势动作就可以完成负载的场景开关操作。

Description

一种无线非接触式场景开关

技术领域

本发明涉及一种家电场景开关，可用于家用市电负载的控制，还可广泛用于电机、继电器、接触器的控制领域。

背景技术

目前市场上的电灯、电动窗帘、空调、电视、音响、加热器等家用电器，一般都是采用墙壁开关或采用红外遥控器控制。采用红外遥控控制，虽然增加了使用方便性，但也带来了不便，比如需要放在一定的位置来保管，漏置在空气中容易沾染灰尘，造成污染，需要换电池等。而普通的墙壁开关都是采用86盒固定安装方式，一是安装位置固定，并采用预制导线连接，即使使用不方便，也无法挪动，再就是机械开关，使用寿命有限。

目前的墙壁开关或种类繁多的遥控器，在控制家电操作使用时都存在一定的局限性和不便，操作使用方式不够灵活。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出了一种无线非接触式场景开关，尤其适用于家电场景控制，使用方式灵活，操作方便。

本发明所采用的技术方案是：

一种无线非接触式场景开关，包括电源单元，MCU微控制单元，遥控发射电路，所述MCU微控制单元采用PIC16F616系列、PIC16F690系列或PIC16F887系列的任意一种单片机实现，所述场景开关含有接近感应及挥手控制单元，所述接近感应及挥手感应单元利用MCU自身的RC振荡器来实现接近及手势信号的感应，在电源正极和负极之间依次串联连接三个嵌位电阻R5、R6、R7，其中电阻R5、R6的节点连接MCU的RA0脚，电阻R6、R7的节点连接MCU的RC0脚，MCU的RC3脚对地连接自然寄生电容Cs，MCU的RC3脚与RC4脚之间连接有反馈电阻，所述MCU微控制单元的输出端连接遥控发射电路的控制输入端。

所述的无线非接触式场景开关，所述MCU微控制单元的输出端连接有背光显示电路，所述背光显示电路由LED和限流电阻R2组成，从MCU的RB7/TX脚引出。

所述的无线非接触式场景开关，所述MCU微控制单元的输出端连接有发码指示电路，所述发码指示电路由LED和限流电阻R1组成，从MCU的RC7/SDO脚引出。

所述的无线非接触式场景开关，所述遥控发射电路采用集成电路PT4455、PT4450或分立元件搭建，所述遥控发射电路的控制输入端DATA和MCU微控制单元的输出端BR6/SCK相连接，所述遥控发射电路输出采用板载PCB天线。

所述的无线非接触式场景开关，含有一非电导体材料壳体，所述壳体内设电路板，壳体前面板设有背光显示和发码指示电路的发光二极管安装孔，壳体背面设有随意贴粘结结构。

一种无线非接触式场景控制实现方法，对于执行单元含有无线接收电路的家用市电负载，采用前述的无线非接触式场景开关，单独或组合进行负载开启和关闭控制，其实现的过程如下：

1）通过接近感应及挥手控制单元实现接近及手势信号的感应；

2）通过MCU微控制单元的内部时钟进行负载情景的设置，通过程序编制，使MCU微控制单元可靠读取和判别挥手控制手势；

3）通过MCU微控制单元的内部时钟产生由引导码、地址码、数据码、奇偶校验码组成的控制编码，不同的控制手势对应不同的控制编码；

4）MCU微控制单元根据收到的控制手势感应信号，通过遥控发射电路发出对应的控制编码信号；遥控发射电路发出信号的频率和编码和控制负载的接收电路的频率和编码匹配；

从而使执行单元含有无线接收电路的家用市电负载执行对应的操作。

所述的无线非接触式场景控制实现方法，利用MCU微控制单元内部计数器1和定时器1组成频率测量电路，用来检测RC振荡器的实际频率，通过计数器1计数值的变化来判定有无挥手动作发生：利用MCU微控制单元内部计数器2和定时器2组成频率测量电路，用来检测RC振荡器的实际频率，以判定挥手次数。

所述的无线非接触式场景控制实现方法，根据计数器1的计数值，把计数器1的值的变化分成两个台阶，设置计数器计数值变化在10～20%时，为接近感应响应，使无线非接触式场景开关背光点亮，计数器计数值变化在30%以上时，判断为挥手控制操作。

所述的无线非接触式场景控制实现方法，采用把自然寄生电容Cs的电容值进行平均的方法，得到一个滑动平均值，作为比较的基准值，和情景感应下的电容值进行比较，以降低环境变化因素对自然寄生电容Cs的影响，保证控制的稳定性。

发明有益效果：

1、本发明无线非接触式场景开关，设计合理，电路结构简单，使用方便，用手势动作就可以完成负载的场景开关操作。硬件只有一个单片机和一个发射模块和极少量的外围元件组成，控制功能丰富，如挥手控制、挥手对码、靠近背光为一体都使人感到新颖和实用。

2、本发明无线非接触式场景开关，安装使用方便，开关和负载之间为无线连接，无需在墙壁打眼，也不用布线，可随意贴装在任何位置且可以随心所欲的移动。傻瓜式设定即可正常工作。

3、本发明无线非接触式场景控制实现方法，设计科学、合理，能准确识别接近感应及挥手控制手势，控制稳定、可靠；实现方式简单，操作简化。情景设置和操作没有一个可见的手动按键，挥手既是控制操作也是对码操作，通电即可进入设定或操作状态。不但能实现单独负载的开关控制，如电灯的点亮和熄灭，也可实现任意电器的组合控制，如电灯、窗帘、空调、电视、音响、加热器等电器的一键开闭。给操作带来极大方便。

4、本发明无线非接触式场景开关，功耗极小，可用电池供电而长期工作，且具有上电自熄功能，具有一定的节能效果。设计新颖独特、大气、使用方便。设有接近感应背光，当人靠近时，面板上的LED背光显示打开，显示面板位置兼局部照明。方便起夜操作。

5、本发明无线非接触式场景开关及场景控制实现方法，发射频率可以是315、433、2.4G等，能够适应各类不同负载；控制码为100万组不重码，控制可靠性高。通过把自然寄生电容Cs的电容值进行平均，得到一个滑动平均值，作为比较的基准值，提高了环境适应能力，能自适应环境变化，可靠工作在如潮湿、阴冷、酷热等变化多端的环境中。

附图说明

图1是本发明的一种无线可移动非接触式场景开关电路结构框图。

图2是无线可移动非接触式场景开关的MCU主控图。

图3是无线可移动非接触式场景开关的挥手感应电路原理图。

图4是一种无线可移动非接触式场景开关的发射电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图1、图2，本实施例无线非接触式场景开关，包括电源单元，MCU微控制单元，遥控发射电路，所述MCU微控制单元采用PIC16F616系列、PIC16F690系列或PIC16F887系列的任意一种单片机实现，所述场景开关含有接近感应及挥手控制单元，所述接近感应及挥手控制单元利用MCU自身的RC振荡器来实现接近及手势信号的感应，在电源正极和负极之间依次串联连接三个嵌位电阻R5、R6、R7，其中电阻R5、R6的节点连接MCU的RA0脚，电阻R6、R7的节点连接MCU的RC0脚，MCU的RC3脚对地连接自然寄生电容Cs，MCU的RC3脚与RC4脚之间连接有反馈电阻R3；所述MCU微控制单元的输出端连接遥控发射电路的控制输入端。

参见图3。从图3可知，接近感应及挥手控制单元是利用MCU自身的RC振荡器来实现的。U1、U2、U3组成松弛自激RC振荡器。其中两个带SR锁存的比较器用来改变电容电压的充电方向，以形成一定频率的锯齿波。R5、R6、R7将RAO/C_1IN+嵌位在2/3V_CC的电平上，将RC0/C_2IN+嵌位在1/3V_CC的电平上，他们决定了电容充放电的上限和下限。比较器2的输出C_2OUT配置为Q，使电路形成正反馈，反馈电阻R3与感应点（此处为PCB线路板的焊盘）Cs一起形成了固定频率的RC回路。

需要特别强调的是，人体—空气—地之间会产生一个电容，当人靠近本发明的PCB焊盘时，该电容与电路对地的自然寄生电容Cs形成并联，Cs数值增大导致振荡器RC时间常数改变，使振荡频率下降。

实施例2

参见图1、图2、图3。本实施例的无线非接触式场景开关，与实施例1或实施例2不同的是，与所述MCU微控制单元的输出端连接有背光显示电路，所述背光显示电路由LED和限流电阻R2组成，从MCU的RB7/TX脚引出。

背光显示电路的作用是：当人靠近开关时，开光背光点亮。

同时，与所述MCU微控制单元的输出端连接有发码指示电路，所述发码指示电路由LED和限流电阻R1组成，从MCU的RC7/SDO脚引出。

发码指示电路的作用是：当挥手控制操作生效时，LED闪烁显示操作成功。

实施例3

参见图1、图2、图3、图4。本实施例的无线非接触式场景开关，与前述各实施例不同的是，具体公开了一种遥控发射电路。参见图4，遥控发射电路采用PT4455或PT4450集成电路芯片或分离元件搭建。所述遥控发射电路的输入端DATA和MCU微控制单元的输出端BR6/SCK相连接。无线发射频率可采用433M或315M，发射电路可发射频率也可采用868M或2.4G的频率来实现。发射电路输出采用板载PCB天线，结构简单，效果较好。

遥控发射电路的作用是执行MCU微控制单元的指令，把和情景设置对应的编码信号以无线方式发射出去。场景控制负载自身带有和所述发射电路对应的接收电路和输出控制电路。

场景控制实现的执行单元安装在照明灯具的电源端。控制负载的接收电路的频率和编码应与本发明匹配。所述执行单元一般由接收电路、解码电路、比较电路、决策电路组成。其中比较电路是把本发明发射的编码解码后与负载预存的编码进行比较，比对结果一致时负载动作，否则保持。

本发明无线非接触式场景开关，由于采用了电容感应技术，所以外壳只需是采用非电导体材料制作，形状不限，可做成任意形状。壳体内设电路板，壳体前面板设有背光显示和发码指示电路的发光二极管安装孔。外壳没有任何机械按键。为了方便安装使用，壳体背面可设随意贴粘结结构。

随意贴采用蓝丁胶为粘合材质，可将本发明任意粘贴在玻璃、木头、橡皮、墙壁上，粘合牢固，可多次使用并不留痕迹。

本发明无线非接触式场景开关，供电采用3V电压任意型号的纽扣电池或其他电池，由于休眠电流≤40ua，只用在人靠近时才能唤醒电路工作，所以正常操作时，普通7号电池使用寿命应在两年以上。

实施例4

本实施例为一种无线非接触式场景控制实现方法，对于执行单元含有无线接收电路的家用市电负载，采用前述的无线非接触式场景开关，单独或组合进行负载开启和关闭控制，其实现的过程如下：

1）通过接近感应及挥手控制单元实现接近及手势信号的感应；

2）通过MCU微控制单元的内部时钟进行负载情景的设置，通过程序编制，使MCU微控制单元可靠读取和判别挥手控制手势；

3）通过MCU微控制单元的内部时钟产生由引导码、地址码、数据码、奇偶校验码组成的控制编码，不同的控制手势对应不同的控制编码；

4）MCU微控制单元根据收到的控制手势感应信号，通过遥控发射电路发出对应的控制编码信号；遥控发射电路发出信号的频率和编码和控制负载的接收电路的频率和编码匹配；

从而使执行单元含有无线接收电路的家用市电负载执行对应的操作。

实施例5

本实施例的无线非接触式场景控制实现方法，其与实施例4的不同之处在于：利用MCU微控制单元内部计数器1和定时器1组成频率测量电路，用来检测RC振荡器的实际频率，通过计数器1计数值的变化来判定有无挥手动作发生：利用MCU微控制单元内部计数器2和定时器2组成频率测量电路，用来检测RC振荡器的实际频率，以判定挥手次数。

为了能准确的检测到频率的变化，在开始测量时，定时器1清零，通过定时器1设定一个固定时间，然后读取计数器1的值，与前一个读数进行比较：打开定时器1的同时打开计数器1，当定时器1定时时间到设定值时，读取计数器1中的值；当没有挥手动作时，RC振荡器振荡频率不变，计数器中的值为m；当有挥手动作时，RC振荡器振荡频率降低，计数器中的值为n，其中m、n为自然数，并且m>n；这样，就完成了对感应点的一次扫描。

挥手次数判定：当有挥手动作时打开定时器2，并设定定时器2定时时间为1S、2S或3S，同时开启计数器2并记录其初使值为1(第一次挥手)，在设定定时时间内再次发生挥手动作时，计数器2的计数值加1，当设定定时时间到限后清零并关闭定时器2，此时检测当前计数器2的值即为挥手次数。

实施例6

本实施例的无线非接触式场景控制实现方法，与实施例5的不同之处在于：设置有背光指示，当人靠近感应点时，背光首先点亮，能够给使用者指示开关位置，方便进行手势控制操作。

在程序处理上，把计数器1的值的变化分成两个台阶，设置计数器1的计数值变化在10～20%时，为接近感应响应，使无线非接触式场景开关背光点亮，计数器1的计数值变化在30%以上时，判断为挥手控制操作。

实施例7

本实施例的无线非接触式场景控制实现方法，与前述各实施例不同的是：考虑到环境变化如干燥、潮湿、温度高低等都会导致自然寄生电容Cs的变化，为保证挥手控制的稳定性，降低环境变化因素对自然寄生电容Cs的影响，在程序处理上，采取把自然寄生电容Cs的电容值进行平均的方法，得到一个滑动平均值，作为比较的基准值，和情景感应下的电容值进行比较。保证了接近感应及挥手控制单元感应信号的稳定性，保证了场景控制的准确性和可靠性。

如图1所示，本发明无线非接触式场景控制实现方法，情景设置单元用于对负载情景的设置，如情景1为电灯打开、情景2为窗帘关闭、情景3为空调打开等。操作时，只需在开灯状态下挥手一次、在窗帘关闭状态下挥手两次、在空调打开状态下挥手三次即和负载的三种情景设置完成。情景设置单元由MCU内部时钟完成，通过程序编制，使其能可靠读取和判别挥手一次、挥手二次、挥手三次。并将结果送入MCU微控制单元综合处理。

控制代码生成单元是产生由引导码、地址码、数据码、奇偶校验码等组成的控制代码，并分为靠近、挥手一次、挥手二次、挥手三次、全关五种编码方式。在实际应用中，可多路手势控制。当人靠近时，开关背光灯点亮；如挥手一次，则第一路负载打开（情景1开启），再挥手一次，第一路负载关闭（情景1关闭）；挥两次手，第二路负载打开（情景2开启），再挥手二次，第二路负载关闭（情景2关闭）；挥三次手，则第三路负载动作（情景3开启或关闭）。若手在感应区（开关面板前）静止2秒钟以上（可设置3秒或5秒等）则所有情景全部关闭，一路、二路、三路负载全关。控制代码由MCU内部时钟产生并送入MCU微控制单元综合处理。

MCU微控制单元的作用是综合控制，完成电容触摸传感、判断、计算、决策、响应以及其他相关任务的处理。如来电自熄功能，即不管负载是否处于工作状态，在停电再来电时，必定是在关闭状态，大大避免了电能的浪费，加大了安全系数。本发明采用内部晶振的办法，使电路更加简洁。

其工作过程：当人靠近本发明时，面板背光灯自动点亮，给使用者指示面板位置。使用者伸手在面板面前挥动一下，第一路负载打开，再挥动一下，第一路负载关闭；若挥动两下，第二路负载打开或关闭；第三路负载的控制亦然。当手静止放在面板前2秒钟时，所有负载全关。当人离开时，背光灯熄灭（也可延时熄灭）。

Claims (10)

1.一种无线非接触式场景开关，包括电源单元，MCU微控制单元，遥控发射电路，所述MCU微控制单元采用PIC16F616系列、PIC16F690系列或PIC16F887系列的任意一种单片机实现，其特征是：所述场景开关含有接近感应及挥手控制单元，所述接近感应及挥手控制单元利用MCU自身的RC振荡器来实现有无挥手动作发生及挥手次数的感应，在电源正极和负极之间依次串联连接三个嵌位电阻R5、R6、R7，其中电阻R5、R6的节点连接MCU的RA0脚，电阻R6、R7的节点连接MCU的RC0脚，MCU的RC3脚对地连接自然寄生电容Cs，MCU的RC3脚与RC4脚之间连接有反馈电阻；所述MCU微控制单元的输出端连接遥控发射电路的控制输入端。

2.根据权利要求1所述的无线非接触式场景开关，其特征在于：所述MCU微控制单元的输出端连接有背光显示电路，所述背光显示电路由LED和限流电阻R2组成，从MCU的RB7/TX脚引出。

3.根据权利要求1所述的无线非接触式场景开关，其特征在于：所述MCU微控制单元的输出端连接有发码指示电路，所述发码指示电路由LED和限流电阻R1组成，从MCU的RC7/SDO脚引出。

4.根据权利要求2所述的无线非接触式场景开关，其特征在于：所述MCU微控制单元的输出端连接有发码指示电路，所述发码指示电路由LED和限流电阻R1组成，从MCU的RC7/SDO脚引出。

5.根据权利要求1～4任一项所述的无线非接触式场景开关，其特征在于：所述遥控发射电路采用集成电路PT4455、PT4450或分立元件搭建，所述遥控发射电路的控制输入端DATA和MCU微控制单元的输出端BR6/SCK相连接，所述遥控发射电路输出采用板载PCB天线。

6.根据权利要求5所述的无线非接触式场景开关，其特征在于：含有一非电导体材料壳体，所述壳体内设电路板，壳体前面板设有背光显示和发码指示电路的发光二极管安装孔，壳体背面设有随意贴粘结结构。

7.一种无线非接触式场景控制实现方法，对于执行单元含有无线接收电路的家用市电负载，采用权利要求1所述的无线非接触式场景开关，单独或组合进行负载开启和关闭控制，其特征在于：其实现的过程如下：

1）通过接近感应及挥手控制单元实现有无挥手动作发生及挥手次数的感应；

2）通过MCU微控制单元的内部时钟进行负载情景的设置，通过程序编制，使MCU微控制单元可靠读取和判别挥手次数；

3）通过MCU微控制单元的内部时钟产生由引导码、地址码、数据码、奇偶校验码组成的控制编码，不同的挥手次数对应不同的控制编码；

4）MCU微控制单元根据收到的挥手次数感应信号，通过遥控发射电路发出对应的控制编码信号；遥控发射电路发出信号的频率和编码和控制负载的接收电路的频率和编码匹配；

从而使执行单元含有无线接收电路的家用市电负载执行对应的操作。

8.根据权利要求7所述的无线非接触式场景控制实现方法，其特征在于：利用MCU微控制单元内部计数器1和定时器1组成频率测量电路，用来检测RC振荡器的实际频率，通过计数器1计数值的变化来判定有无挥手动作发生：

利用MCU微控制单元内部计数器2和定时器2组成频率测量电路，用来检测RC振荡器的实际频率，以判定挥手次数。

9.根据权利要求8所述的无线非接触式场景控制实现方法，其特征在于：根据计数器1的计数值，把计数器1的值的变化分成两个台阶，设置计数器计数值变化在10～20%时，为接近感应响应，使无线非接触式场景开关背光点亮，计数器计数值变化在30%以上时，判断为挥手控制操作。

10.根据权利要求8或9所述的无线非接触式场景控制实现方法，其特征在于：采用把自然寄生电容Cs的电容值进行平均的方法，得到一个滑动平均值，作为比较的基准值，和情景感应下的电容值进行比较，以降低环境变化因素对自然寄生电容Cs的影响，保证控制的稳定性。