CN104519609A - 一种带空气质量监控功能的灯具 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种带空气质量监控功能的灯具，即可以用于照明，也可以监控室内空气质量，由墙壁开关、电容降压电源、气敏传感器恒温加热电路、主控电路和遥控器等组成。为适应小电流的电容降压电源，气敏传感器恒温加热电路与主控电路串联，继电器采用吸合电流大且维持电流小的脉冲驱动电路；信号处理电路可识别墙壁开关的闪断信号极性和长短，也能接收遥控信号，从而实现灯具通断、光源切换、亮度或色温调节、空气质量监控模块的试验、解除、报警音量调节等操作，可以根据昼夜来自动调节报警音量和报警指示灯亮度。当空气质量发生变化时，从混色指示灯的光色、每波闪烁次数、蜂鸣器的每波报警声次数，都能够方便地了解空气的污染程度。

Description

一种带空气质量监控功能的灯具

  

技术领域

本发明专利属于照明应用技术领域，具体来说就是涉及一种带空气质量监控功能的灯具。 

背景技术

人的大部分时间是在居室和办公场所中度过的，所以室内空气质量对人的健康非常重要。 

室内空气的污染主要成分是甲醛、苯类、烷烃、一氧化碳、氨类等，称为总挥发性有机化合物（TVOC），以气态混合物的形式存在于空气中，大都来自于房屋装修、家具用品和生活排放，严重威胁着人们的健康。 

对室内空气质量的监控，有专业的空气质量监测设备，功能齐全，价格昂贵，是环境治理公司的常规设备，普通家庭不会购置；也有家用型的空气质量净化设备，价格在数千元至数万元之间，仅有极少数家庭使用；也有适合家用的简易型空气质量报警器，是近几年才出现的新产品，使用者的数量寥寥无几。 

随着人们生活水平的提高，改善性住宅逐渐增多，居室照明灯具也向着奢华和多功能方向发展，由于每个居室都有照明灯具，也都有必要对居室连续进行空气质量监控，所以空气质量监控与灯具组合十分必要，目前类似的产品还不多见；空气污染并非异常紧急，也并不针对高度危险的可燃气体，所以没有必要采用强力报警方式，特别是在夜间报警时，不应过分影响睡眠，应该采用更具人性化的柔和报警提示方式。 

发明内容

本发明专利的目的就是把空气检测装置和灯具组合在一起，在为人们提供照明的同时，对人们所处居室和办公环境的空气质量进行监控，为人们提供一种带空气质量监控功能的灯具。 

本发明专利的目的可以通过以下技术方案来实现： 

居室或者办公场所照明灯具的接通或关闭，是通过墙壁开关控制连接到灯具的火线实现的。一般情况下，从墙壁开关到灯具仅有一条火线控制回路，适合于最为常见的单回路普通灯具，只有少量的新建居室布设了两条以上的灯具控制火线。相应地，对应于一条或多条灯具控制火线，本发明专利产品即一种带有空气质量监控功能的灯具，由于涉及到空气质量监控模块与灯具控制模块，需要分别控制，所以就有单线控制结构与双线控制结构之分。以下描述的技术方案，主要是单线控制结构的带空气质量监控功能的灯具，至于双线控制结构的带空气质量监控功能的灯具，将在实施例中加以描述。

居室或者办公场所的灯具仅有一条控制火线时，本发明专利即一种带空气质量监控功能的灯具，把空气质量监控与灯具控制作为一个整体设计，共用仅有的一条火线，如图1所示，主要由墙壁开关、电容降压电源、气敏传感器恒温加热电路、主控电路和遥控器等几部分组成。其中主控电路由信号处理电路、空气质量检测电路、环境亮度检测电路、闪断信号检测电路、遥控接收电路、光源通断控制电路、声光报警指示电路、亮度和色温信号输出电路等组成。 

气敏传感器恒温加热电路与主控电路串联后接入直流电源的正负极之间，并且两者串联时没有先后顺序，可以降低对电源的电流需求。 

结合图2，以下描述了单线控制结构的一种带空气质量监控功能的灯具工作原理： 

墙壁开关K是灯具与控制电路的总电源开关，同时又是控制电路的闪断信号开关。

墙壁开关K通过继电器触点开关KJ1、KJ2、KJ3分别与光源L1、L2、L3相连接，构成三个独立的光源控制回路。 

墙壁开关K与电容降压电路R1、C1串联后接到桥式整流电路的交流输入端，桥式整流电路的正向输出端连接滤波电容C2的正极，负向输出端（电路的参考地端VSS）连接到C2的负极，C2的输出是气敏传感器恒温加热电路与主控电路的工作电源。 

气敏传感器恒温加热电路主要由气敏传感器MQ、过压保护稳压管D6、三极管T1、R5、NTC热敏电阻R6和电流旁路稳压管D5等组成，具有过压保护和电流旁路特性，适用于电容降压型的恒流电源。这个电路的特征是，热敏电阻R6上的电压就是气敏传感器的加热电压，三极管T1作为射极跟随器，与气敏传感器MQ的加热丝串联，过压保护稳压管D6与气敏传感器MQ的加热丝并联，电流旁路稳压管D5与温度稳定电路并联。 

恒温加热原理：当环境温度升高时，气敏传感器外壳的温度也会升高，与传感器外壳紧密接触的NTC热敏电阻R6立即检测到这种变化，表现为R6的阻值下降，三极管T1的基极电位下降，致使气敏传感器的加热电压下降，加热丝电流随之减小，从而使气敏传感器外壳温度降低，保持了温度的恒定。在要求较低的产品中，气敏传感器可以不用恒温加热电路，或者可以用软件程序进行温度补偿。 

过压保护稳压管D6的作用是，防止施加在气敏传感器加热丝上的电压，在通电的最初几分钟内超过标称值；电流旁路稳压管D5的作用是，将恒流源的多余电流旁路给与之串联的主控电路。 

所述的气敏传感器可以是检测各种有毒气体和雾霾的化学传感器或物理传感器，如果有必要，采用同样的电路，可以同时使用两种以上的不同类别的传感器；气敏传感器恒温加热电路中的热敏元件并不局限于NTC热敏电阻，也可以是PTC热敏电阻、热敏二极管、集成温度传感器或热电偶等感温元件，只是应用电路有所不同，但基本特征都是负反馈应用，根据环境温度的高低反向调节气敏传感器的加热电压或电流，从而保持气敏传感器温度的恒定。 

二极管D8从电源隔离出独立的储能电源，存储在电容C5中，为微处理器U2在闪断期间提供电能。 

R3与R4串联后连接到桥式整流电路的两个交流输入节点，从R3与R4的串联节点取出闪断信号送到微处理器U2。 

信号处理电路的核心是微处理器U2，负责检测不同性质的闪断信号，例如配合具有旁路二极管的墙壁开关时，可以检测分辨出正向半波短闪断信号、反向半波短闪断信号、全波短闪断信号、正向半波长闪断信号、反向半波长闪断信号和全波长闪断信号；负责检测和处理来自气敏、光敏、热敏等传感器的信号，监测室内空气污染程度，根据白天或黑夜自动调节声光报警指示的音量和亮度，根据环境温度对气敏传感器进行线性校正和灵敏度补偿等。 

继电器采用脉冲驱动电路以降低维持电流，C7与R20并联后与继电器J1的驱动线圈串联，可以减少一半的维持电流，这对电容降压型电源尤其重要，其余继电器的驱动电路原理与之相同。 

亮度和色温控制信号输出电路由光耦U3和U4构成，本质上都是对亮度进行调节，所以既可以视为两个独立的亮度调节电路，也可以视为由高色温光源与低色温光源组合而成的色温调节电路，其后可以连接有信号接口的各种类型开关电源，主要是用来控制LED型灯具。 

遥控接收电路U1与微处理器U2的一个输入端连接，用于接收遥控器发送的信号，根据遥控指令执行灯具的开关、光源的切换、调节亮度或色温、空气质量监控模块的试验、解除或消音等操作，遥控器是常见的射频遥控器或红外遥控器，针对被遥控的空气质量监控模块，遥控器有试验或解除、音量或消音按键。 

声光报警指示电路由蜂鸣器BZ、红色发光二极管D10和绿色发光二极管D11混色构成。蜂鸣器BZ通过三极管T2与微处理器相连，发光二极管D10和D11都连接到微处理器的输出端。 

当空气质量发生变化时，从混色指示灯D10和D11的光色、每波闪烁次数、蜂鸣器BZ的每波报警声次数，都能够方便地了解空气的污染程度。通过声光报警来表示空气污染程度的程序流程参见图3，A/D转换器读取气敏传感器的输出信号，计算出空气中有害气体的浓度，根据浓度值可以把空气质量划分为多个等级，例如五级，一级是洁净的空气，五级是严重污染的空气，根据空气质量等级分别调节两个混色指示灯的电流比例，从而用两个混色指示灯的不同亮度组合，产生了反映空气质量等级的不同光色。例如看到混色指示灯D10和D11已经从绿色逐渐变为黄红色（桔色）、指示灯每波闪烁三次、蜂鸣器BZ每波嘀嘀三声，表明空气污染已经达到三级，需要启动空气净化设备或者开窗通风，直到混色指示灯变为绿色并没有闪烁、蜂鸣器无声，表示空气质量已经达标。 

闪断信号的获得和功能定义有几种方案。 

在仅有一条灯具控制火线的情况下，可以采用普通的单联墙壁开关实现简单的控制。在空气质量监控模块静音时，墙壁开关的闪断操作仅仅对灯具有效；在空气质量监控模块发出报警声时，墙壁开关的闪断操作能够降低音量或消音，但不影响报警指示灯和光源的状态。如果要进一步丰富控制功能，主处理电路在软件设计上，可以检测出墙壁开关闪断操作的持续时间，从而可以分辨出长闪断信号或短闪断信号。 

如果要获得更多的控制信号，可以利用图4所示的电路，但不适合电容降压电源。当墙壁开关具有旁路二极管时，从仅有的一条灯具火线的墙壁开关上，就可以分离出几种闪断信号。为了便于说明，图中的墙壁开关K用闪断逻辑图来表示，并不是墙壁开关的实际结构。其特征是，墙壁开关在闪断瞬间，由旁路二极管D1或D2提供半波通路，正向半波闪断信号从桥式整流电路中的D4之后与隔离二极管D8之前通过分压电阻R1、R2的节点F2取出；反向半波闪断信号从桥式整流电路中的D3之后与隔离二极管D7之前通过分压电阻R3、R4的节点F1取出；当两个节点F1和F2同时没有信号时，表明是全向闪断信号（等同于瞬时断电）。闪断信号波形如图5所示。如果再配合长闪断和短闪断操作，最多可以得到六种闪断信号，控制功能大大加强，从而仅用一个单路墙壁开关，即可以控制灯具的各光源回路亮灭、亮度或色温，也可以控制空气质量监控模块的试验、解除、音量调节或消音等。 

由于单向半波的闪断操作维持时间很短，具有旁路二极管的墙壁开关产生的半波交流电不会烧毁变压器，所以基本适用于变压器降压电源，如图6所示。在变压器的次级产生全波闪断信号、正向半波闪断信号和反向半波闪断信号，只不过闪断信号的波形严重失真，差异较小，如图7所示。由于幅度和脉冲宽度上的差异，通过微处理器仍然可以取出不同性质的闪断信号。 

  

与现有技术相比所具有的有益效果

1、空气质量监控模块和灯具控制模块的组合成本低于单机合计成本，便于市场化推广；

2、空气质量监控模块与灯具组合，可以随着灯具安装到各个房间，无需另外的安装空间；

3、伴随着灯具的使用，时刻监控空气质量，为居室环境提供了常态化的监控手段；

4、改变了报警器常见的强力报警方式，对非强制使用的居室监控装置，可以采用更具人性化的柔和报警提示方式；

5、采用遥控器来控制空气质量监控模块的试验或解除、音量调节或消音等功能；

6、把整个电路分解为两个部分，相当于把负载一分为二，串联后再接入电源，降低了电流的总需求，从而可以使用成本低于0.5元的电容降压电源，电源成本下降十余倍；

7、采用具有过压保护和电流旁路的气敏传感器恒温加热电路，从而使气敏传感器可以安全地工作在廉价的电容降压电源中。

这种带空气质量监控功能的灯具，组合成本低、易于安装、节省空间、温度适应性强、报警提示方式柔和，十分适合常态化地监控居室或办公场所的空气质量，有益于提高人们的生活品质，具有广阔的市场前景。 

附图说明

图1是本发明专利产品单线控制结构的一种带空气质量监控功能灯具的结构示意图； 

图2是本发明专利产品单线控制结构的一种带空气质量监控功能灯具的电气原理图；

图3是本发明专利产品通过声光报警来表示空气污染程度的程序流程图；

图4是本发明专利产品的墙壁开关闪断信号的高压分离电路电气原理图；

图5是本发明专利产品的墙壁开关闪断信号的高压分离电路波形图；

图6是本发明专利产品的墙壁开关闪断信号的变压器分离电路电气原理图；

图7是本发明专利产品的墙壁开关闪断信号的变压器分离电路波形图；

图8是本发明专利产品双线控制结构的一种带空气质量监控功能灯具的结构示意图。

图示说明： 

如图1所示，电容降压电源由R1、C1、C2和整流桥等组成。其中R1为保险电阻，在C1漏电的非正常情况下起到保护作用，应选用易熔断电阻；C1为CBB降压电容，是电源电路中的关键元件，安全性十分重要；R3、R4为正负半波闪断信号取样电阻。

如图2所示，K为墙壁开关，用来控制灯具的总电源和产生闪断信号；与继电器J1、J2和J3对应的常开触点是KJ1、KJ2和KJ3，对光源L1、L2和L3实现开关控制；R1为保险电阻，在C1漏电的非正常情况下起到保护作用，应选用易熔断电阻；C1为CBB降压电容，是电源电路中的关键元件，安全性十分重要；R2为电容C1的泄放电阻；R3、R4为正负半波闪断信号取样电阻，然后由电阻R8进行衰减；二极管D1、D2、D3和D4组成桥式整流电路；电解C2为电源滤波电容；MQ为低功耗型气敏传感器，其输出信号从与之串联的电阻R9的节点取出；稳压管D6保证气敏传感器的加热电压不超过标称值；D5为气敏传感器恒温加热电路的电流旁路稳压管；电阻R5和NTC热敏电阻R6构成了温度检测电路，R7为线性补偿电阻；三极管T1是射极跟随器，根据温度变化反向调节气敏传感器的加热电压从而实现恒温；二极管D8、稳压管D7和D9串联组成稳压电路为继电器J1、J2和J3提供电源；滤波电容C3、C4与稳压管D9、二极管D8共同组成了电源VDD1；二极管D8隔离出储能电源VDD2并存储在电解电容C5中，为微处理器U2在闪断期间提供电能；瓷片电容C4、C6和C10是用来滤除高频干扰；热敏元件R10与电阻R12串联，用来感知环境温度的变化，微处理器根据温度对气敏传感器MQ进行温度补偿；光敏元件R11与电阻R13串联，用来感知环境亮度的变化；U1为射频接收模块或者红外接收模块，用于接收遥控器的信号，ANT为射频接收模块的天线；MCU为微处理器，是控制电路的核心，负责信号的检测、分析和处理，负责各种控制功能的实现；发光二极管D10和D11是双色LED的红绿两个基色芯片，根据空气污染情况合成不同的光色，与其连接的电阻R14和R15对发光二极管进行限流；电阻R16、R17和R18用来限制三极管驱动回路的电流；电阻R23和R24用来限制亮度和色温信号回路的电流；三极管T2、T3、T4和T5用来驱动蜂鸣器BZ、继电器J1、J2和J3；BZ是蜂鸣器，在空气质量超标时进行报警提示；电解电容C7和电阻R20、电解电容C8和电阻R21、电解电容C9和电阻R22分别组成了各个继电器的脉冲驱动电路，在吸合瞬间提供较大的电流，吸合后提供较小的维持电流，以适合电流余量较小的电容降压电源；电阻R25与光耦U3串联，电阻R26与光耦U4串联，以便取出隔离后的亮度或色温信号，送往后续的调光电路，免受电容降压电路的影响，VDD3和COM是经过隔离的调光电路的工作电源和参考地端。 

如图4所示，K是墙壁开关的闪断逻辑图，K中的元件并不代表实际的物理结构而是逻辑元素，由K1、常闭按钮AN1、AN2、AN3、旁路二极管D1和D2组成，其中AN1、AN2和AN3是互斥关系，即在任何时候仅有一个被点击。总电源接通或断开表示K1动作，全向闪断时（瞬时断电）表示AN1被点击，负向闪断时表示AN2被点击，正向闪断时表示AN1被点击。电容C1和互感线圈L1构成了简单的杂波消除电路；二极管D1、D2、D3和D4构成桥式整流电路；电阻R1与R2串联后取出正向闪断信号从端子F2输出，电阻R3与R4串联后取出负向闪断信号从端子F1输出，而端子F1和F2组合后可以判断全向闪断信号。电解电容C2是高压滤波电容，二极管D7和D8是隔离二极管，防止闪断信号被湮没。 

如图6所示，K是墙壁开关的闪断逻辑图，K中的元件并不代表实际的物理结构而是逻辑元素，由K1、常闭按钮AN1、AN2、AN3、旁路二极管D1和D2组成，其中AN1、AN2和AN3是互斥关系，即在任何时候仅有一个被点击。总电源接通或断开表示K1动作，全向闪断时（瞬时断电）表示AN1被点击，负向闪断时表示AN2被点击，正向闪断时表示AN1被点击。铁芯变压器T1一般是降压变压器；二极管D1、D2、D3和D4构成桥式整流电路；电阻R1与R2串联后取出正向闪断信号从端子F2输出，电阻R3与R4串联后取出负向闪断信号从端子F1输出，而端子F1和F2组合后可以判断全向闪断信号。电解电容C1是滤波电容，二极管D7和D8是隔离二极管，防止闪断信号被湮没。 

具体实施方式

在居室或者办公场所照明灯具的接通或关闭，是通过墙壁开关控制连接到灯具的火线实现的。一般情况下，从墙壁开关到灯具仅有一条火线控制回路，适合于最为常见的单回路普通灯具，只有少量的新建居室布设了两条以上的灯具控制火线。相应地，对应于一条或多条灯具控制火线，本发明专利产品一种带空气质量监控功能的灯具，由于涉及到两个完全不同的功能模块：空气质量监控模块与灯具控制模块，需要分别控制，既可以相互独立，使用各自的电源线和墙壁开关；也可以组合在一起，共用一条电源线和墙壁开关。因此就有单线控制结构与双线控制结构之分。 

实施例1

在居室或者办公场所的灯具仅有一条控制火线时，把空气质量监控与灯具控制作为一个整体设计，共用仅有的一条火线，即单线控制结构的一种带空气质量监控功能的灯具，其主要由墙壁开关、电容降压电源、气敏传感器恒温加热电路、主控电路和遥控器等几部分组成。其中主控电路由信号处理电路、空气质量检测电路、环境亮度检测电路、闪断信号检测电路、遥控接收电路、光源通断控制电路、声光报警指示电路、亮度和色温信号输出电路等组成。

气敏传感器恒温加热电路与主控电路串联后接入直流电源的正负极之间，并且两者串联时没有先后顺序，可以降低对电源的电流需求。 

如图1所示，电容降压电源由R1、C1、C2和整流桥等组成。其中R1为保险电阻，在C1漏电的非正常情况下起到保护作用，应选用易熔断电阻；C1为CBB降压电容，是电源电路中的关键元件，安全性十分重要；R3、R4为正负半波闪断信号取样电阻。 

如图2所示，K为墙壁开关，用来控制灯具的总电源和产生闪断信号；与继电器J1、J2和J3对应的常开触点是KJ1、KJ2和KJ3，对光源L1、L2和L3实现开关控制；R1为保险电阻，在C1漏电的非正常情况下起到保护作用，应选用易熔断电阻；C1为CBB降压电容，是电源电路中的关键元件，安全性十分重要；R2为电容C1的泄放电阻；R3、R4为正负半波闪断信号取样电阻，然后由电阻R8进行衰减；二极管D1、D2、D3和D4组成桥式整流电路；电解C2为电源滤波电容；MQ为低功耗型气敏传感器，其输出信号从与之串联的电阻R9的节点取出；稳压管D6保证气敏传感器的加热电压不超过标称值；D5为气敏传感器恒温加热电路的电流旁路稳压管；电阻R5和NTC热敏电阻R6构成了温度检测电路，R7为线性补偿电阻；三极管T1是射极跟随器，根据温度变化反向调节气敏传感器的加热电压从而实现恒温；二极管D8、稳压管D7和D9串联组成稳压电路为继电器J1、J2和J3提供电源；滤波电容C3、C4与稳压管D9、二极管D8共同组成了电源VDD1；二极管D8隔离出储能电源VDD2并存储在电解电容C5中，为微处理器U2在闪断期间提供电能；瓷片电容C4、C6和C10是用来滤除高频干扰；热敏元件R10与电阻R12串联，用来感知环境温度的变化，微处理器根据温度对气敏传感器MQ进行温度补偿；光敏元件R11与电阻R13串联，用来感知环境亮度的变化；U1为射频接收模块或者红外接收模块，用于接收遥控器的信号，ANT为射频接收模块的天线；MCU为微处理器，是控制电路的核心，负责信号的检测、分析和处理，负责各种控制功能的实现；发光二极管D10和D11是双色LED的红绿两个基色芯片，根据空气污染情况合成不同的光色，与其连接的电阻R14和R15对发光二极管进行限流；电阻R16、R17和R18用来限制三极管驱动回路的电流；电阻R23和R24用来限制亮度和色温信号回路的电流；三极管T2、T3、T4和T5用来驱动蜂鸣器BZ、继电器J1、J2和J3；BZ是蜂鸣器，在空气质量超标时进行报警提示；电解电容C7和电阻R20、电解电容C8和电阻R21、电解电容C9和电阻R22分别组成了各个继电器的脉冲驱动电路，在吸合瞬间提供较大的电流，吸合后提供较小的维持电流，以适合电流余量较小的电容降压电源；电阻R25与光耦U3串联，电阻R26与光耦U4串联，以便取出隔离后的亮度或色温信号，送往后续的调光电路，免受电容降压电路的影响，VDD3和COM是经过隔离的调光电路的工作电源和参考地端。 

如图4所示，K是墙壁开关的闪断逻辑图，K中的元件并不代表实际的物理结构而是逻辑元素，由K1、常闭按钮AN1、AN2、AN3、旁路二极管D1和D2组成，其中AN1、AN2和AN3是互斥关系，即在任何时候仅有一个被点击。总电源接通或断开表示K1动作，全向闪断时（瞬时断电）表示AN1被点击，负向闪断时表示AN2被点击，正向闪断时表示AN1被点击。电容C1和互感线圈L1构成了简单的杂波消除电路；二极管D1、D2、D3和D4构成桥式整流电路；电阻R1与R2串联后取出正向闪断信号从端子F2输出，电阻R3与R4串联后取出负向闪断信号从端子F1输出，而端子F1和F2组合后可以判断全向闪断信号。电解电容C2是高压滤波电容，二极管D7和D8是隔离二极管，防止闪断信号被湮没。 

如图6所示，K是墙壁开关的闪断逻辑图，K中的元件并不代表实际的物理结构而是逻辑元素，由K1、常闭按钮AN1、AN2、AN3、旁路二极管D1和D2组成，其中AN1、AN2和AN3是互斥关系，即在任何时候仅有一个被点击。总电源接通或断开表示K1动作，全向闪断时（瞬时断电）表示AN1被点击，负向闪断时表示AN2被点击，正向闪断时表示AN1被点击。铁芯变压器T1一般是降压变压器；二极管D1、D2、D3和D4构成桥式整流电路；电阻R1与R2串联后取出正向闪断信号从端子F2输出，电阻R3与R4串联后取出负向闪断信号从端子F1输出，而端子F1和F2组合后可以判断全向闪断信号。电解电容C1是滤波电容，二极管D7和D8是隔离二极管，防止闪断信号被湮没。 

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，以下描述的是单线控制结构的一种带空气质量监控功能的灯具工作原理： 

墙壁开关K是灯具与控制电路的总电源开关，同时又是控制电路的闪断信号开关。

墙壁开关K通过继电器触点开关KJ1、KJ2、KJ3分别与光源L1、L2、L3相连接，构成三个独立的光源控制回路。 

墙壁开关K与电容降压电路R1、C1串联后接到桥式整流电路的交流输入端，桥式整流电路的正向输出端连接滤波电容C2的正极，负向输出端（电路的参考地端VSS）连接到C2的负极，C2的输出是气敏传感器恒温加热电路与主控电路的工作电源。 

气敏传感器恒温加热电路主要由气敏传感器MQ、过压保护稳压管D6、三极管T1、NTC热敏电阻R6和电流旁路稳压管D5等组成，具有过压保护和电流旁路特性，适用于电容降压型的恒流电源。这个电路的特征是，热敏电阻R6上的电压就是气敏传感器的加热电压，三极管T1作为射极跟随器，与气敏传感器MQ的加热丝串联，过压保护稳压管D6与气敏传感器MQ的加热丝并联，电流旁路稳压管D5与温度稳定电路并联。 

恒温加热原理：当环境温度升高时，气敏传感器外壳的温度也会升高，与传感器外壳紧密接触的NTC热敏电阻立即检测到这种变化，表现为R6的阻值下降，三极管T1的基极电位下降，致使气敏传感器的加热电压下降，加热丝电流随之减小，从而使气敏传感器外壳温度降低，保持了温度的恒定。在要求较低的产品中，气敏传感器可以不用恒温加热电路，或者可以用软件程序进行温度补偿。 

过压保护稳压管D6的作用是，防止施加在气敏传感器加热丝上的电压，在通电的最初几分钟内超过标称值；电流旁路稳压管D5的作用是，将恒流源的多余电流旁路给与之串联的主控电路。 

所述的气敏传感器可以是检测各种有毒气体和雾霾的化学传感器或物理传感器，如果有必要，采用同样的电路，可以同时使用两种以上的不同类别的传感器；气敏传感器恒温加热电路中的热敏元件并不局限于NTC热敏电阻，也可以是PTC热敏电阻、热敏二极管、集成温度传感器或热电偶等感温元件，只是应用电路有所不同，但基本特征都是负反馈应用，根据环境温度的高低反向调节气敏传感器的加热电流，从而保持气敏传感器温度的恒定。 

二极管D8从电源隔离出独立的储能电源，存储在电容C5中，为微处理器U2在闪断期间提供电能。 

R3与R4串联后连接到桥式整流电路的两个交流输入节点，从R3与R4的串联节点取出闪断信号送到微处理器U2。 

信号处理电路的核心是微处理器U2，负责检测不同性质的闪断信号，例如配合具有旁路二极管的墙壁开关时，可以检测分辨出正向半波短闪断信号、反向半波短闪断信号、全波短闪断信号、正向半波长闪断信号、反向半波长闪断信号和全波长闪断信号；负责检测和处理来自气敏、光敏、热敏等传感器的信号，监测室内空气污染程度，根据白天或黑夜自动调节声光报警指示的音量和亮度，根据环境温度对气敏传感器进行线性校正和灵敏度补偿等。 

继电器采用脉冲驱动电路以降低维持电流，C7与R20并联后与继电器J1的驱动线圈串联，可以减少一半的维持电流，这对电容降压型电源尤其重要，其余继电器的驱动电路与之相同。 

亮度和色温控制信号输出电路由光耦U3和U4构成，本质上都是对亮度进行调节，所以既可以视为两个独立的亮度调节电路，也可以视为由高色温光源与低色温光源组合而成的色温调节电路，其后可以连接有信号接口的各种类型开关电源，主要是用来控制LED型灯具。 

遥控接收电路U1与微处理器U2的一个输入端连接，用于接收遥控器发送的信号，根据遥控指令执行灯具的开关、光源的切换、调节亮度或色温、空气质量监控模块的试验、解除或消音等操作，遥控器是常见的射频遥控器或红外遥控器，针对被遥控的空气质量监控模块，遥控器有试验或解除、音量或消音按键。 

声光报警指示电路由蜂鸣器BZ、红色发光二极管D10和绿色发光二极管D11混色构成。蜂鸣器BZ通过三极管T2与微处理器相连，发光二极管D10和D11都连接到微处理器的输出端。 

当空气质量发生变化时，从混色指示灯D10和D11的光色、每波闪烁次数、蜂鸣器BZ的每波报警声次数，都能够方便地了解空气的污染程度。通过声光报警来表示空气污染程度的程序流程参见图3，A/D转换器读取气敏传感器的输出信号，计算出空气中有害气体的浓度，根据浓度值可以把空气质量划分为多个等级，例如五级，一级是洁净的空气，五级是严重污染的空气，根据空气质量等级分别调节两个混色指示灯的电流比例，从而用两个混色指示灯的不同亮度组合，产生了反映空气质量等级的不同光色。例如看到混色指示灯D10和D11已经从绿色逐渐变为黄红色（桔色）、指示灯每波闪烁三次、蜂鸣器BZ每波嘀嘀三声，表明空气污染已经达到三级，需要启动空气净化设备或者开窗通风，直到混色指示灯变为绿色并没有闪烁、蜂鸣器无声，表示空气质量已经达标。 

闪断信号的获得和功能定义有几种方案。 

在仅有一条灯具控制火线的情况下，可以采用普通的单联墙壁开关实现简单的控制。在空气质量监控模块静音时，墙壁开关的闪断操作仅仅对灯具有效；在空气质量监控模块发出报警声时，墙壁开关的闪断操作能够降低音量或消音，但不影响报警指示灯和光源的状态。如果要进一步丰富控制功能，主处理电路在软件设计上，可以检测出墙壁开关闪断操作的持续时间，从而可以分辨出长闪断信号或短闪断信号。 

如果要获得更多的控制信号，可以利用图4所示的电路，但不适合电容降压电源。当墙壁开关具有旁路二极管时，从仅有的一条灯具火线的墙壁开关上，就可以分离出几种闪断信号。为了便于说明，图中的墙壁开关K用闪断逻辑图来表示，并不是墙壁开关的实际结构。其特征是，墙壁开关在闪断瞬间，由旁路二极管D1或D2提供半波通路，正向半波闪断信号从桥式整流电路中的D4之后与隔离二极管D8之前通过分压电阻R1、R2的节点F2取出；反向半波闪断信号从桥式整流电路中的D3之后与隔离二极管D7之前通过分压电阻R3、R4的节点F1取出；当两个节点F1和F2同时没有信号时，表明是全向闪断信号（等同于瞬时断电）。闪断信号波形如图5所示。如果再配合长闪断和短闪断操作，最多可以得到六种闪断信号，控制功能大大加强，从而仅用一个单路墙壁开关，即可以控制灯具的各光源回路亮灭、亮度或色温，也可以控制空气质量监控模块的试验、解除、音量调节或消音等。 

由于单向半波的闪断操作维持时间很短，具有旁路二极管的墙壁开关产生的半波交流电不会烧毁变压器，所以基本适用于变压器降压电源，如图6所示。在变压器的次级产生全波闪断信号、正向半波闪断信号和反向半波闪断信号，只不过闪断信号的波形严重失真，差异较小，如图7所示。由于幅度和脉冲宽度上的差异，通过微处理器仍然可以取出不同性质的闪断信号。 

实施例2

如图8所示，居室或者办公场所的灯具有两条以上控制火线时，空气质量监控模块与灯具控制模块各自使用独立的墙壁开关与控制火线，两个模块可以相互独立，互不影响，即双线控制结构的一种带空气质量监控功能的灯具，其组成包括灯具控制模块、空气质量监控模块和遥控器。其中的灯具控制模块由墙壁开关、信号处理电路、闪断信号检测电路、光源通断控制电路、遥控接收电路、遥控器、亮度和色温信号输出电路等组成。对于功能简单的低端应用产品，信号处理电路可以用逻辑电路实现而不使用微处理器，也可以没有亮度和色温控制，遥控器不是必须的。其中的空气质量监控模块主要由墙壁开关、信号处理电路、气敏传感器加热电路、空气质量检测电路、闪断信号检测电路、环境亮度检测电路、声光报警指示电路、遥控接收电路和遥控器等组成。对于功能简单的低端应用产品，可以把信号处理电路的微处理器更换为逻辑电路或者运算放大器，也没必要对气敏传感器进行温度补偿或者恒温加热，也无需检测环境亮度，遥控器也不是必须的。K1与K2是一个双联墙壁开关的两个按键，K1的闪断操作可以控制灯具的光源回路切换、亮度调节或色温调节；K2的闪断操作可以控制空气质量监控模块的试验、解除或音量调节。

实施例3

如图2所示，通过墙壁开关或者遥控器，能够控制空气质量监控模块的试验或解除、音量或消音，可以切换灯具的各光源回路，也可以调节LED灯具的亮度或色温。

实施例4

如图2和图3所示，信号分析和处理电路采用微处理器，能够实现比较复杂的控制功能，能够设计出更具人性化的柔和报警提示方式。可以根据白天或黑夜自动调节报警声的音量和报警指示灯的亮度，以达到白天强力夜间柔和的效果；可以用报警时的音量强弱变化、或者报警时每波蜂鸣声次数的变化、或者报警时的断续蜂鸣声频度变化等来表示空气污染的变化情况；也可以用报警指示灯的光色变化、或者报警指示灯的亮度变化、或者报警指示灯的每波闪烁次数变化、或者报警指示灯的闪烁频度变化等，来表示空气污染的变化情况。

实施例5

如图2所示，为适应灯具工作时的温度剧烈变化，抑制气敏传感器灵敏度和选择性的漂移，采用具有过压保护措施和电流旁路特性的气敏传感器恒温加热电路。

实施例6

如图1和图2所示，在电源电流较小或者电源电压较高时，空气质量传感器的加热回路可以与主控电路串联，并且两者的串联没有先后顺序。

电子技术人员根据本文的原理进行局部的删改、调整和组合，也没有背离本发明的方案的精髓，所以本发明不仅仅局限在与说明书所涉及的原理图完全吻合。 

  

Claims (10)

1.一种带空气质量监控功能的灯具，其特征是：居室或者办公场所的灯具仅有一条控制火线时，即单线控制结构的一种带空气质量监控功能的灯具，其组成包括：墙壁开关、电容降压电源、气敏传感器恒温加热电路、主控电路和遥控器；其中主控电路由信号处理电路、空气质量检测电路、环境亮度检测电路、闪断信号检测电路、遥控接收电路、光源通断控制电路、声光报警指示电路、亮度和色温信号输出电路组成；居室或者办公场所的灯具有两条以上控制火线时，即双线控制结构的一种带空气质量监控功能的灯具，其组成包括：灯具控制模块和空气质量监控模块，其中灯具控制模块由墙壁开关、信号处理电路、闪断信号检测电路、光源通断控制电路、遥控接收电路、遥控器、亮度和色温信号输出电路等组成；空气质量监控模块由墙壁开关、信号处理电路、气敏传感器加热电路、空气质量检测电路、闪断信号检测电路、环境亮度检测电路、声光报警指示电路、遥控接收电路、遥控器等组成。

2.根据权利要求1所述的一种带空气质量监控功能的灯具，其特征是通过墙壁开关的闪断操作，来控制空气质量监控模块的试验、解除、报警音量调节或静音等功能，来调节LED灯具的色温；通过遥控器来控制空气质量监控模块的试验、解除、报警音量调节或静音等功能，遥控器设有相对应的按键。

3.根据权利要求1所述的一种带空气质量监控功能的灯具，其特征是可以识别墙壁开关产生的正向半波长闪断信号、反向半波长闪断信号、全波长闪断信号、正向半波短闪断信号、反向半波短闪断信号和全波短闪断信号。

4.根据权利要求1所述的一种带空气质量监控功能的灯具，其特征是用两支电阻串联后接入桥式整流电路的两个交流输入端，从串联电阻的节点取出闪断信号；在使用开关电源或变压器供电时，可以从桥式整流电路之后与隔离二极管之前的两个节点，分别分离出来自墙壁开关的正向半波闪断信号、负向半波闪断信号和全波闪断信号。

5.根据权利要求1所述的一种带空气质量监控功能的灯具，其特征是气敏传感器恒温加热电路与主控电路串联后接入电源，并且两者串联没有先后关系；气敏传感器恒温加热电路中，三极管与气敏传感器的加热丝串联，过压保护稳压管与气敏传感器的加热丝并联，电流旁路稳压管与恒温加热电路整体并联，具有过压保护和电流旁路特性。

6.根据权利要求1所述的一种带空气质量监控功能的灯具，其特征是热敏元件并不局限于NTC热敏电阻，也可以是PTC热敏电阻、热敏二极管、集成温度传感器或热电偶等感温元件，只是应用电路有所不同，但基本特征都是负反馈应用，根据环境温度的高低反向调节气敏传感器的加热电流或电压，从而保持气敏传感器温度的恒定。

7.根据权利要求1所述的一种带空气质量监控功能的灯具，其特征是气敏传感器是检测各种有毒气体和雾霾的化学传感器或物理传感器，可以同时使用两种以上的不同类别的传感器。

8.根据权利要求1所述的一种带空气质量监控功能的灯具，空气质量并不局限于实施例所列举的级数，其特征是用报警时的音量强弱变化、或者报警时每波蜂鸣声次数的变化、或者报警时的断续蜂鸣声频度变化等来表示空气污染的变化情况；也可以用报警指示灯的光色变化、或者报警指示灯的亮度变化、或者报警指示灯的每波闪烁次数变化、或者报警指示灯的闪光频度变化等，来表示空气污染的变化情况。

9.根据权利要求1所述的一种带空气质量监控功能的灯具，其特征是信号处理电路通过光敏元件对环境亮度检测，根据白天或黑夜来自动调节报警声的音量和报警指示灯的亮度。

10.根据权利要求1所述的一种带空气质量监控功能的灯具，其特征是在继电器驱动电路中，加载在继电器线圈两端的电压，在吸合瞬间电压较高，从而驱动电流较大；在维持期间电压较低、从而驱动电流较小。