CN104521327A - 低电压输出电气设备、低电压触摸屏 - Google Patents

低电压输出电气设备、低电压触摸屏 Download PDF

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CN104521327A CN201380030842.5A CN201380030842A CN104521327A CN 104521327 A CN104521327 A CN 104521327A CN 201380030842 A CN201380030842 A CN 201380030842A CN 104521327 A CN104521327 A CN 104521327A
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Abstract

本文描述了一种电气设备。在一种实施方式中，一种适合安装在电气工具箱/开关盒工具箱/开关盒中的电气设备包括用于将可从电气工具箱/开关盒内取得的交流电源信号转换为直流电源信号的交流到直流转换器，用于调节负载设备以响应所述直流电源信号的负载调节模块，用于控制所述负载调节模块以响应所述直流电源信号的微控制器模块，和用于输出电压比所述交流电源信号的电压低的直流电压信号以响应所述直流电源信号的连接器。本文还描述了其它实施方式。

Description

低电压输出电气设备、低电压触摸屏
相关申请交叉引用
本申请要求享有于2012年4月13日提交的序列号为61/624,197的美国临时专利申请，其公开内容完全以引用方式并入本申请。
技术领域
本发明的具体实施方式一般涉及电子硬件，且更特别地，涉及电气设备和触摸屏。
背景技术
电气设备可与壁挂式电气工具箱/开关盒(gang/patress box)一起用于控制负载设备，例如灯或电扇。然而，常规的电气设备通常输出高电压交流(AC)电源信号到壁挂式开关。此外，常规的电气设备普遍缺乏与其它设备或手持式控制器无线通信的能力。
墙壁触摸开关可以和电气设备一起用于控制灯或电扇。然而，传统的电容式墙壁触摸开关通常由高电压的交流电源信号供电，并用于驱动负载设备。这意味着传统的电容式墙壁触摸开关需要转换器以将高电压AC电源信号转换成适合于电容式墙壁触摸开关的电子元器件的低电压的直流(DC)电源信号。虽然可以使用电池来为传统的触摸墙壁开关供电，但需要定期换电池。
发明内容
本发明描述了一种电气设备。在一种实施方式中，一种适合安装在电气工具箱/开关盒中的电气设备包括：用于将可从电气工具箱/开关盒内取得的交流电源信号转换为直流电源信号的交流到直流转换器，用于调节负载设备以响应所述直流电源信号的负载调节模块，用于控制所述负载调节模块以响应所述直流电源信号的微控制器模块，以及用于输出电压比所述交流电源信号的电压低的直流电压信号以响应直流电源信号的连接器。该电气设备具有可用于为低电压直流电子设备如触摸屏供电的低电压直流输出，所述直流电子设备可以由所述低电压输出直接供电，而不需要交流转换器或电池。另外，所述电气设备提供无线控制负载设备的能力。本文还描述了其它实施方式。
在一种实施方式中，一种适合安装在电气工具箱/开关盒中的电气设备包括：用于将可从电气工具箱/开关盒内取得的交流电源信号转换为直流电源信号的交流到直流转换器，用于调节负载设备以响应所述直流电源信号的负载调节模块，用于控制所述负载调节模块以响应所述直流电源信号的微控制器模块，以及用于输出电压比所述交流电源信号的电压低的直流电压信号以响应所述直流电源信号的连接器。
在一种实施方式中，一种适合安装在电气工具箱/开关盒中的电气设备包括：外壳，可从所述外壳的外部进入的交流电源接口，在所述外壳内并用于将来自所述交流电源接口的交流电源信号转换为直流电源信号的交流到直流转换器，所述交流电源接口可从所述电气工具箱/开关盒内获得，在所述外壳内、用于调节负载设备以响应所述直流电源信号的负载调节模块，位于所述外壳内并用于控制所述负载调节模块及进行无线通信以响应所述直流电源信号的微控制器模块，以及可从所述外壳的外部进入的直流电源接口。所述直流电源接口配置成输出电压比所述交流电源信号的电压低的直流电压信号以响应所述直流电源信号。
在一种实施方式中，一种适合安装在电气工具箱/开关盒中的电气设备包括：外壳，可从所述外壳的外部进入的交流电源接口，在所述外壳内并用于将来自所述交流电源接口的交流电源信号转换为直流电源信号的交流到直流转换器，所述交流电源接口可从所述电气工具箱/开关盒内获得，在所述外壳内并用于调节负载设备以响应所述直流电源信号的负载调节模块，在所述外壳内并用于控制所述负载调节模块及进行无线通信以响应所述直流电源信号的微控制器模块，以及可从所述外壳的外部进入的直流电源接口。所述直流电源接口用于输出电压比所述交流电源信号的电压低的直流电压信号以响应所述直流电源信号。所述交流电源接口和所述直流电源接口的每一者为包括至少一个螺杆和至少一个可由所述至少一个螺杆控制的线插头座的螺旋式电源接口。所述交流电源信号的电压大约是120伏或230伏左右，所述直流电压信号的电压小于大约36伏。
本发明具体实施方式的其它方面和优点将在下面的描述以及结合附图并通过对本发明的原理以举例的方式进行描述而变得明显。
附图说明
图1为根据本发明一种实施方式的电气设备的示意性框图。
图2示出了图1中描述的电气设备的一种实施方式。
图3示出了图2中描述的交流到直流转换器的一种实施方式。
图4示出了根据本发明一种实施方式的于图2中描述的电气设备的二维俯视图。
图5示出了对应于图4的二维俯视图的图2所示电气设备的立体俯视图。
图6和图7示出了了可用于为图2的电气设备供电的3线连接的两种实施例。
图8和图9示出了将电气设备安装到壁挂式电气工具箱/开关盒的过程。
图10为根据本发明一种实施方式的触摸屏的示意性框图。
图11-13示出了图10所示触摸屏的三种实施方式。
图14和图15示出了将具有触摸屏的电气设备安装到壁挂式电气工具箱/开关盒中的过程。
在整个说明书中，相同的参考标号用于表示相同的元件。
具体实施方式
容易理解的是，在这里的一般描述以及在附图中示出的实施方式中的各部件可以布置且设计为多种不同的配置。因此，下面详细描述的各实施方式，如附图所示，并不旨在限制本发明的公开范围，而仅仅是各实施方式的代表性描述。虽然附图中显示了各实施方式的多个方面，但附图并非按比例绘制，除非另有说明。
在各方面描述的各实施方式仅仅是用作说明非用于限制本发明。因此，本发明的范围是通过所附权利要求来反映，而不是通过这些详细描述来限定。在权利要求的含义以及等同范围内的所有变化都应包含于权利要求的范围内。
在整个说明书中，特征、优点或类似表达的揭示并不意味着本发明可以实现的所有特征和优点都应该或要在任何单个实施方式中实现。相反地，可以理解的是，与特征和优点相关的表达意味着至少一个实施方式描述了与实施方式相关的特定特征、优点或特性。因此，在整个说明书中，关于特征、优点和类似表达的讨论可以但不一定指同一个实施方式。
此外，本发明所描述的特征、优点以及特性可以在一个或更多实施方式中以合适的方式任意结合。本领域技术人员根据本文的描述可以得到这样的启示，即本发明可以不需要某一特定实施方式中的一个或更多特定的特征或优点便可实现。在其他实例中，某些实施方式中也可以存在未描述于本发明的所有实施方式中的另外的特征和优点。
在整个说明书中提及的“一种实施方式”、“一种实施例”或类似表达意味着至少一个实施方式中包括所描述的实施方式相关的指定特征、结构或特性。因而，在整个说明书中，“在一种实施方式中”、“在一种实施例中”及类似表达可以但不一定全部指同一个实施方式。
图1示出了根据本发明一种实施方式的电气设备100的示意性框图。该电气设备可以使用于各种装置及产品。在一种实施方式中，电气设备为嵌壁式设备，具有适于安装在标准工具箱/开关盒内的外形。在一些实施方式中，电气设备100安装在挂装于墙壁102的表面或嵌入墙壁的电气工具箱/开关盒102内。如在本领域中已知的那样，工具盒或设备箱或开关盒是用于容纳电器配件如一个或更多电源插座、开关、调光器、触摸屏、温控器和安全键盘的背后空间的容器。开关盒按标准尺寸制造，并安装在墙壁表面或嵌入墙壁。开关盒通常由金属和/或塑料制作。
在图1所示实施方式中，电气设备100接收来自电源103的电源输入信号，并生成输出到负载设备110的电源输出信号。电源可以是任何类型的电源。在一些实施方式中，电源为交流电源，输入信号为从电气开关盒内可取得的交流电源信号。例如，电源通常是住宅或商业楼宇内提供的电源。在这些实施方式中，输入信号和输出信号为交流电源信号。在一些实施方式中，电气设备100包括一个或更多与电源103相连接的电源接口。负载设备110可以是任何合适类型的电气负载，比如电容性负载、电阻性负载和/或电感性负载。例如，负载设备110可以是灯、电扇、电子墙壁开关插座或窗用遮挡物。
在图1所示实施方式中，电气设备100生成低电压直流输出信号，其电压低于输入电源信号的电压。在一些实施方式中，低电压输出信号的电压小于阈值电压，阈值电压为大约36V比如为36V±10％之内。在一种实施例中，低电压输出信号的电压为3.3伏特(V)左右，例如为3.3V±10％之内。虽然提供了低电压输出信号的示例电压(36V和3.3V)，但是低电压输出信号的电压可以是任何视为“低电压”的合适的值，并不限定为所提供的示例值。电气设备100包括连接器106，低电压直流信号从连接器输出到低电压电子设备108。在图1所示实施方式中，电气设备具有可用于为低电压直流电子设备108比如触摸屏供电的低电压直流输出，该电子设备可以由低电压输出直接供电，而不需要交流转换器或电池。此外，电气设备100可以包括用于与其它设备无线连接的内置无线收发器。因此，电气设备提供了无线控制负载设备110的能力。
连接器106可以包括一个或更多用于与比如电线或信号电缆相连接的输入/输出(I/O)引脚、I/O端口或I/O插座。在一些实施方式中，连接器106包括一个或更多与控制设备108相连接的电源接口。连接器106可以位于电气设备100之内或者在其外壳的表面上。虽然已描述和示出了电气设备100的一些部件和功能，但是，其它实施方式的电气设备可以包括更少或更多的部件以实现更少或更多的功能。例如，电气设备可以包括多个连接器。
低电压直流电子设备108可以为任何类型的电气/电子设备。低电压直流电子设备108的实例包括但不限于开关、调光器、触摸屏、恒温器和安全键盘。在一些实施方式中，电子设备108为用于控制负载设备110的控制设备。例如电子设备108可以是用于控制负载设备110的壁挂式开关、调光器和/或触摸屏。在一些实施方式中，低电压直流电子设备108与电气设备100是分开的。在这些实施方式中，低电压直流电子设备108在电气设备100的外部。在其他实施方式中，低电压直流电子设备108是电气设备100的一个部件。
在一些实施方式中，电气设备100用作解决方案并安装在建筑物的现有墙壁开关和可接入开关盒102内的电源线之间，以提供无线控制能力。或者，电气设备100被用作与电源103的连接，以采用低电压直流电子设备替代建筑物的现有墙壁开关。电气设备100寻找所连接的低电压直流电子设备108上的状态变化或触发电路，并通过内部继电器切换或调光电路(图1未示出)控制负载设备110。例如，电气设备100可以包括内置的电气控制继电器开关或调光电路，用于通过控制由遮住开关盒的壁挂式开关来控制负载110(例如灯或风扇)。
图2示出了图1所示电气开关的一种实施方式。在图2所示实施方式中，电气设备200包括连接器206、交流到直流转换器212、可选的电能表模块214、微控制器单元(MCU)和射频(RF)收发器模块216、天线218、内部按键220和调光器/开关模块222。虽然所示的电气设备200包括了一些部件，但是，在一些实施方式中，电气设备200可以包括更少或更多部件以实现更少或更多功能。例如，在一些情况中，电气设备200可以不包括电能表模块和/或天线218。在一些实施方式中，MCU和RF收发器模块216可替代为不包括收发器的微控制器。在一种实施例中，电气设备200不具有无线通信能力。电气设备200接收来自交流输入224的交流输入信号，并生成输入到交流输出226以供电/控制负载设备210的交流输出信号。电气设备200还生成输入到低电压直流电子设备208比如触摸屏的低电压直流信号。连接器206、负载设备210及低电压直流电子设备208分别和连接器106、负载设备110及低电压直流电子设备108相似或相同。
电气设备200的交流到直流转换器212配置成将交流输入信号转换为用于电气设备200的其它部件的低直流电压。在一些实施方式中，交流到直流转换器212使用需要中性链路的三线设计或无中性链路的两线连接。交流到直流转换器可以使用不同国家和地区的标准电压进行工作，包括北美、欧洲、中东、中美洲和加勒比地区、南美、非洲、澳洲和大洋洲。在一种实施例中，交流到直流转换器可以将110V/60Hz或230V或240V/50Hz的输入交流电压转换为合适的低直流电压。例如，交流到直流转换器可以将120V左右的交流电源输入电压转换为5V的内部直流电压。
图3示出了图2所示的交流到直流转换器212的一种实施例。在图3所示实施例中，交流到直流转换器312包括I/O连接器“I/O1”、“I/O2”，电阻“R1”、“R2”、“R3”、“R4”，电容“CX1”、“C1”、“C2”、“C3”、“C4”、“C5”、“C15”、“C16”，电感“L1”、“L2”，二极管“D1”、“D2”、“D3”，锁存器“LA”以及控制器“U1”。电容“CX1”、“C3”、“C15”、“C16,”具有固定电容，而电容“C1”、“C2”、“C4”、“C5”为可变电容。在一些实施方式中，电容“CX1”、“C3”、“C15”、“C16”的电容容量分别为0.22μF、100nF、100nF和10μF，而电容“C1”、“C2”、“C4”“C5”的电容容量分别为400V 1μF、400V 1μF、50V 10μF和6.3V 470μF。在一些实施方式中，电阻“R1”、“R2”、“R3”、“R4”的电阻值分别为47欧姆(Ω)、2000Ω、4300Ω和1000Ω。在一些实施方式中，电感“L1”、“L2”的电感值分别为2mH和680μH。
在图3所示实施方式中，来自交流输入的交流输入信号经由连接器“I/O1”、“I/O2”耦合到电容“CX1”。电容“CX1”、“C1”、“C2”、“C5”、“C15”、“C16”、电阻“R4”和二极管“D1”与电容“CX1”并联连接。电阻“R4”、电容“CX1”、“C1”、“C2”、“C5”、“C15”、“C16”、二极管“D2”和控制器“U1”连接到固定电压电势，例如接地。输入信号“IN”被输入到电阻“R1”和二极管“D1”之间的节点。输入信号“IN”用于获得交流主电压以生成过零信号，其用于为每个半周期生成发射脉冲(交流硅控管(TRIAC)信号)。也就是说，上升沿和下降沿都被用作时基以生成发射脉冲。在一些实施方式中，输入信号“IN”用于电气设备200的调光器方案(例如，调光器/开关模块充当调光器)，而不用于电气设备200的开关/中继方案(例如调光器/开关模块充当开关)。电阻“R1”位于交流主线和输入信号“IN”之间，并作为保险电阻(例如具有仅47欧姆的阻值)。输入信号“IN”的电压与交流主线的电压几乎相同。在一些实施方式中，无中性链路的两线连接用于将交流到直流转换器312连接到主交流电源，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)可用于代替TRIAC来使负载变弱。固定电压，比如5V，应用于电阻“R4”。低直流输出电压从电容“C16”输出。在一些实施方式中，交流到直流转换器312将85V至200V之间的交流电压转换为4.4V左右的低直流输出电压。
回到图2，电气设备200的电能表模块214配置成测量负载设备210的能量消耗。电能表模块可以用瓦特数、电压、电容和千瓦时(kWh)测量负载设备210的能量消耗。在图2所示实施方式中，电能表模块将能耗参数报告或输出给MCU和RF收发器模块216。
电气设备200的MCU和RF收发器模块216配置成控制电气设备200的其它部件(例如调光器/开关模块222、连接器206、和/或天线218)，并通过天线218与其它RF设备通信，响应来自交流到直流变换器212的直流电压信号。在一些实施方式中，MCU和RF收发器模块包括专用的RF收发器单元和专用的控制器单元。MCU和RF收发器模块可以实现为微处理器的形式，并由交流到直流变换器212供电。在一些实施方式中，MCU和RF收发器模块包括非易失性存储器单元217。在电源故障的情况下，非易失性存储器保存所有与电气设备200的操作状态相关的编程信息。可替换地，非易失性存储器217可以与MCU和RF收发器模块216分离。
MCU和RF收发器模块216可以工作于不同的已授权和未授权RF频段。在一些实施方式中，MCU和RF收发器模块可以工作于美国的908.42兆赫兹(MHz)左右(例如在908.42±10％MHz内)的频段和/或欧洲的868.42兆赫兹(MHz)左右(例如在868.42±10％MHz内)的频段。为了降低功耗及减少其它设备的干扰，MCU和RF收发器的通信范围通常是有限的。例如，MCU和RF收发器模块可以具有15米左右(例如在15±10％米之内)的范围。MCU和RF收发器模块可以兼容各种无线通信标准，这取决于电气设备200的应用环境。在一些实施方式，电气设备用于家庭自动化，例如作为无线家庭自动化的解决方案，并且MCU和RF收发器模块兼容家庭自动化通信协议。
在一些实施方式中，MCU和射频收发器模块216以兼容Z-Wave无线网状通信协议、Wifi、Zigbee和/或蓝牙的方式进行无线通信。虽然描述了一些无线通信协议/标准的例子，但是MCU和RF收发器模块216可以以任何合适的无线通信协议/标准或者任何合适的无线通信协议/标准的组合进行无线通信。在一些实施方式中，MCU和RF收发器模块216以低数据速率无线通信协议进行无线通信。正如本领域已知的那样，Z-Wave是为家庭自动化而设计的无线通信协议。Z-Wave最初由Zen-Sys开发。Z-Wave技术可以用于家用电子设备和系统以远程控制应用，例如住宅和商业照明、家庭接入控制、娱乐系统和家用电器。为了可靠性，采用Z-Wave无线网状通信协议的网状网络可以命令从一个节点跳跃到另一个节点。Z-Wave无线网状通信协议为小数据包的可靠和低延迟时间进行了优化。相比主要为高数据速率通信设计的Wi-Fi和其它基于IEEE802.11的无线局域网(LAN)系统，Z-Wave无线网状通信协议是为低数据速率提供可靠、简单且灵活的数据传输而设计。Z-Wave无线网状通信协议工作于900MHz左右的工业、科学和医疗(ISM)频段。在这些实施方式中，电气设备200可以作为低成本z-wave电能表和设备开关/控制器。特别地，电气设备200可用来使能用于嵌壁式开关、调光器和/或触摸屏的z-wave命令和控制(例如，开/关)。开/关控制可以通过z-wave通信、手动墙壁开关和/或内置式按键220实现。电气设备200还可以用于报告即时瓦数消耗或者使用一段时间的千瓦时(kWh)能耗。电气设备200可以和Z-Wave兼容的产品或认证设备进行通信，产品或设备为例如电器、照明控制器和/或Z-Wave手持式遥控器。电气设备200还可以作为Z-Wave网状网络中的中继器。作为通信的桥梁，电气设备可转发Z-Wave命令消息到预期目标。
电气设备200的内部按键220为配置成接收用户输入以控制电气设备200的物理按键。在一些实施方式中，内部按键220用于控制MCU和RF收发器模块216以调弱、打开或关闭负载210。在一些实施方式中，内部按键为可以由用户激活的电气设备200的主表面上的物理按钮。例如，电工或房主可以施加物理力到内部按键以控制电气设备200。电气设备200可以包括状态指示发光二极管(LED)(图2未示出)，按下内部按键可以使LED相应地闪烁，指示电气设备200的操作状态。电气设备200的调光器/开关模块222用于调弱负载设备210(例如降低提供给负载设备210的电源)或者打开/关闭负载设备210，响应来自交流到直流转换器212的直流电压信号和/或在天线218处接收到的RF信号。负载的调弱不限于减少或增加电灯的光强度。在一种实施例中，调光器/开关模块222可以使电扇的转速上升或下降。在一些实施方式中，调光器/开关模块222受控于可以是“干触点”或“无电流”设备的直流电子设备208。“干触点”是继电器电路的一组不会产生或破坏由继电器控制的初级电流的触点(所有的墙壁开关为电器设备100或200的干触点)。通常，一些其它触点或设备可以起动或停止受控的初级电流。在一种实施例中，调光器/开关模块222只由或部分地由“干触点”或“无电流”信号控制。调光器/开关模块222可以包括继电器开关或本领域已知的其它开关元件。
在图2所示实施方式中，MCU和RF收发器模块216通过连接器206输出低电压直流输出信号到直流电子设备208。低电压直流输出信号的电压小于交流输入电源信号的电压。在一些实施方式中，交流电源输入信号的电压为大约120V(例如在120V±10％内)或大约230V(例如在230V±10％内)，而低电压直流输出信号的电压为大约3.3V(例如在3.3V±10％内)。虽然提供了低电压直流输出信号的示例电压(3.3V)，但是低电压直流输出信号的电压可以为任何合适的值，并不限于所提供的示例值。连接器206可以包括一个或更多I/O引脚、端口或插座。在一些实施方式中，连接器206包括一个或更多与直流电子设备208相接的电源接口。
图4示出了根据本发明的一种实施方式的电气设备200的二维俯视图450，而图5示出了与图4所示二维俯视图对应的电气设备200的立体俯视图550。在图4所示实施方式中，电气设备200的外壳448可以由塑料和/或金属或者任意的其它合适的材料制成。俯视图450示出了外壳448、交流电源接口402、用于为电气设备200散热的散热孔408、直流电源接口410、LED 418和按键420。图2所示电气设备200的一些部件，例如交流到直流转换器212、电能表模块214、MCU和RF收发器模块216、天线218以及调光器/开关模块222承载在电气设备200的外壳448内，因此图4和图5中没有示出。
在图4和图5所示实施方式中，交流电源接口402和直流电源接口410中的每一者都是螺旋式电源接口，包括至少一个螺杆和至少一个可由至少一个螺杆控制的线插座头。交流电源接口402包括标签404和四个由标签404标记的螺杆406。四个插座(图4未示出)位于四个螺杆406下方，并连接到电线/电缆。螺杆406的调节可以导致电缆与电气设备200连接或者断开。虽然俯视图450所示电气设备200连接到白色、黑色和绿色的电线，但是在其他实施方式中，可以使用其它颜色的电线。图2所示连接器206的实施方式中，直流电源接口410包括标签412和三个由标签412标记的螺杆414。三个插座(图4未示出)位于三个螺杆414的下方，并连接到电缆(图4未示出)。螺杆414的调节可以导致电缆与电气设备200连接或者断开。由三个螺杆414控制的三个插座用于输出低电压直流输出到低电压直流电子设备208(如图2所示)。根据低电压直流电子设备208的类型，使用两个插座或所有三个插座来连接低电压直流电子设备208和电气设备200之间的电线。在一些实施方式中，由标记为“墙壁开关”的螺杆414控制的两个插座包括或者连接到至少一个用于检测“干触点”、“无电流”信号/设备的干触点传感器。例如，对于壁挂式灯开关，由在标签“墙壁开关”下的螺杆414控制的两个插座用于连接灯开关和电气设备200之间的电线。对于触摸屏，所有三个插座用于连接触摸屏和电气设备200之间的电线，以供电给触摸传感器和触摸屏的LED背光。在一些实施方式中，所有三个由三个螺杆414控制的插座具有相同的电压电势。例如，所有三个受控于三个螺杆414的插座的电压为大约3.3伏特(V)的电压，例如在3.3V±10％之内。虽然提供了示例电压(3.3V)，但是受控于三个螺杆414的三个插座的电压可以为任何合适的值，而并不限于示例给出的值。图5示出了对应于图4所示二维俯视图450的电气设备200的三维俯视图550。三维俯视图550示出了受控于螺杆406的四个插座522。
回到图4，LED 418用于指示电气设备200的工作状态。图2所示内部按键220的实施方式中，按键420为电气设备200表面上的物理按键。用户比如电工或房主可以施加物理力于按键420以控制电气设备200。例如，按下按键可以导致LED 418相应地闪烁，指示电气设备200的运行状态。
在图4和图5所示的实施方式中，电气设备200具有可以安装在世界上大多数工具箱/开关盒中的小巧外形。例如，电气设备200的尺寸可以是52毫米(mm)*49mm*18.5mm(如图4和图5中所标记)，其小于标准的工具箱/开关盒的尺寸。例如，标准工具箱的尺寸通常为2.375英寸*4.5英寸*(1.5-2.5)英寸(1.5-2.5为深度范围)，而标准开关盒的尺寸通常为86mm*86mm*(30-44)mm(30-44为深度范围)。因此，电气设备200可以安装在世界上大多数工具箱/开关盒内。
在一些实施方式中，电气设备200通过包括中性链路的三线连接或无中性链路的两线连接进行供电。图6和图7示出了可以用于给电气设备200供电的三线连接的两种实施例。在图6的连接图中，电线“A”、“B”、“C”连接到电气设备200的输入交流电源插座522。在三线“A”、“B”、“C”中，线“B”为中性链路。在图7的连接图中，电线“D”、“E”、“F”连接到电气设备200的输入交流电源插座522。在三线“D”、“E”、“F”中，线“E”为中性链路。
在一些实施方式中，电气设备100或200和建筑物的已有墙壁开关808一起使用。图8和图9示出了将图4所示电气设备200安装到壁挂式电气工具箱/开关盒802的过程。如图8所示，安装过程包括通过带电电线(载电线)1、中立线2和负载线3将电气设备200和交流电源连接，通过线4、5将电气设备200连接到开关808的开关板836。如图9所示，在电线连接后，安装过程包括安放所有的电线以给电气设备200提供空间，将电气设备200放在电气工具箱/开关盒802内，拧紧开关板836，将盒盖838置于开关板836的顶部，并将盖838拧到电气工具箱/开关盒802上。
在一些实施方式中，电气设备100或200用于和其它控制设备比如直流电子设备108、208一起替代建筑物的已有墙壁开关。图10为根据本发明一种实施方式的触摸屏的示意性框图。在图10所示实施方式中，触摸屏1008包括电源接口1030和触摸传感器1032。电源接口1030配置成接收来自例如电气设备100或200的连接器106或206的低直流电压输入，以为触摸传感器供电。在一些实施方式中，用于为触摸传感器供电的低电压直流电源信号由除电气设备100或200外的设备提供。在这些实施方式中，触摸屏可采用其它电源。在一些实施方式中，壁挂式触摸屏1008中不进行交流到直流的转换。在这些实施方式中，可壁挂式触摸屏1008不用将交流电源信号转换为用于给触摸传感器1032供电的低电压直流电源信号。在一种实施例中，触摸传感器1032只通过低电压直流电源信号供电。在一种实施例中，可壁挂式触摸屏不包括/不需要任何交流到直流转换器或者电池。触摸屏1008可以和电气设备100或200一起作为直流电子设备108或208使用。
在图10所示的实施方式中，触摸屏1008为用于控制负载设备的可壁挂式触摸屏，负载设备可以是如图1或图2所示的负载设备110或210，或者是负载设备1110。触摸传感器1032配置成接收用户输入(即用户触摸)以及与比如电气设备100或200通信以控制(例如打开、关闭或调弱(比如减少电力供应)基于用户输入的负载设备110、210或1110。在一些实施方式中，触摸传感器控制负载设备110、210或1110的打开/关闭，也可以通过连续的触摸对调光进行控制。负载设备1110与图1和图2所示的负载设备110或210相似或相同。在一些实施方式中，负载设备1110可选。在一些实施方式中，触摸屏1008可以用于直接或间接地控制负载设备110、210或1110。在一些实施方式中，触摸屏不直接控制负载设备，而是发送信号到电气设备100或200，以便电气设备100或200知道如何控制负载设备。例如，触摸屏1008可以用于控制电气设备100或200，其反过来控制负载设备110或210。虽然图10所示负载设备1110直接连接到触摸屏1008，但是在一些实施方式中，负载设备1110通过中间设备连接到触摸屏1008。在一种实施例中，负载设备1110通过电气设备100或200连接到触摸屏1008。在该实施例中，负载设备至少部分地由电气设备100或200控制，例如由图2所示的MCU和RF收发器模块216和调光器/开关模块222控制。为便于使用(例如在夜间使用或者供残疾人员的使用)，触摸传感器1032可以具有LED背光和/或可以在每次用户交互中生成声音信号。在一些实施方式中，触摸传感器1032包括声音产生模块，例如集成声音芯片以及在硬件中实现的扬声器。在图10所示实施方式中，触摸屏1008为无负载低电压触摸屏，可以用于替代现有的壁挂式开关、调光器和/或触摸屏。无负载触摸屏是指不具有电气负载的触摸屏。例如，无负载触摸屏不需要为任何电气负载供电。在一些实施方式中，无负载触摸屏可以不提供电源或者不通过其自身驱动负载设备比如灯或电扇。触摸屏1008可以是任何合适类型的触摸屏。在图10所示实施方式中，触摸屏1008为具有电容式触摸传感器1032的电容式触摸屏。如本领域已知的那样，电容感测是基于将人体电容作为输入的电容耦合。电容式传感器可以检测由人体触摸引起的电容变化。电容式触摸传感器通常比电阻式触摸传感器更灵敏。但是，在其他实施方式中，触摸屏1008可以是电阻式触摸屏、表面声波触摸屏、压克力红外线投射式/网格触摸屏或者光学式触摸屏。
传统的电容式触摸墙壁开关采用高电压交流电源信号作为输入来启动运行，因为通过墙壁供应的交流电具有高的电压(例如120V)。这意味着传统的电容式触摸墙壁开关需要电压转换器，以将高电压交流电源信号转换为适合于电容式触摸墙壁开关的电子元件的低电压直流电源信号。虽然电池可以用于为传统触摸屏墙壁开关供电，但是需要定期更换电池。与传统电容式触摸墙壁开关相反的是，负载电流不通过触摸屏1008。相比传统电容式触摸墙壁开关，触摸屏1008可以节省材料成本，并利用由电气设备100或200提供的低电压直流输出的优点来减小产品尺寸。由于低电压电源可以通过低电压输出来为电气设备100或200连续供电，电容式触摸屏1008不需要电池，或者不需要交流转换器以将高电压交流转换为低电压直流。由于电容式触摸屏1008不需要电池，因此可以在较低的维护方面改进使用触摸墙壁开关的用户体验。此外，由于电容式触摸屏1008不需要电池或交流转换器，所以电容式触摸屏1008可以有不伸入工具箱/开关盒102的比较平坦的外形，从而可以在工具箱/开关盒内为电气设备100或200创建更多空间。而且，相比传统的包括高电压继电器或调光器控制器的电容式触摸墙壁开关，电容式触摸屏1008不需要高电压继电器或调光器控制器。因此，可以节省电容式触摸屏1008的材料成本，减小电容式触摸屏1008的产品尺寸。
在一种实施例中，低电压直流电源信号的电压小于阈值电压，阈值电压为36V左右(例如在36V±10％之内)。在一些实施方式中，触摸屏1008可工作于大约0伏和大约3.3伏之间的低直流电压。虽然给出了低电压直流电源信号的一些示例电压(36V和3.3V)，但是低电压直流电源信号的电压可以是任何合适的值，并不限于示例给出的值。电气设备100或200和无负载低电压触摸屏1008可以使用于家庭自动化应用。例如，触摸屏1008可以应用于家庭和楼宇控制，例如照明、室内气候环境(即电扇)、电子墙壁开关插座和/或窗用遮挡物。
在一些实施方式中，触摸屏1008为“干触点”式触摸屏。“干触点”是继电器电路的一组不产生或破坏由继电器控制的初级电流的触点(所有墙壁开关为电气设备100或200的干触点)。通常，一些其它触点或设备可以起动或停止受控的初级电流。例如，磁簧继电器矩阵开关可以采用所有干触点来正常切换。在所有触点都连接后，线簧继电器通电并连接监控扫描点或者主开关，这样来控制初级电流的流动。干触点主要应用于49伏或更低(低电压)的配电线路。
图11-13描述了图10所示触摸屏的三种简洁且给人以美感的实施方式。图11-13所示的触摸屏1108、1208、1308可以是美国(US)尺寸或者欧盟(EU)尺寸。例如欧盟版的触摸屏1108、1208、1308尺寸可以是86mm*86mm*11mm，而美国版的触摸屏1108、1208、1308尺寸可以是8.25英寸*7.3英寸*0.4英寸。在一些实施方式中，触摸屏1108、1208、1308为具有电容式触摸传感器的电容式触摸屏。
图11示出了包括一个触摸传感器1132的触摸屏1108。在图11所示实施方式中，触摸传感器1132为圆形。例如，圆形区域为触摸传感器的区域。通过触摸圆形区域或滑过圆形区域可以对灯、室内气候环境(即电扇)、电子墙壁开关插座和/或窗用遮挡物进行打开、关闭或调弱(例如减少电力供应)。触摸传感器1132具有便于在天黑后使用的LED背光1136。触摸传感器1132还可以在每次用户交互(例如每次用户触摸)中产生声音。触摸传感器1132可以是平的，且不凹进墙壁或者工具箱/开关盒，从而在工具箱中为电气设备100或200留下更多空间。
图12描述了包括两个触摸传感器1232、1234的触摸屏1208。在图12所示的实施方式中，触摸传感器1232、1234为圆形。例如，圆形区域为对应的触摸传感器区域。通过触摸相应的圆形区域或者滑过相应的圆形区域，可以对灯、室内气候环境(即电扇)、电子墙壁开关插座和/或窗用遮挡物进行打开、关闭或调弱(例如减少电力供应)。例如，触摸传感器1232、1234可以分别用于接通或切换负载设备如灯。在另一例子中，触摸传感器1232用于开灯或关灯，而触摸传感器1234用于调节灯光。触摸传感器1232、1234中的每一者具有便于在天黑后使用的LED背光1236或1238。触摸传感器1232、1234还可以在每次用户交互(例如每次用户触摸)中生成声音。触摸传感器1232、1234可以是平的，且不凹进墙壁或者工具箱/开关盒，从而在工具箱中为电气设备100或200留下更多空间。
图13示出了包括三个触摸传感器1332、1334、1336的触摸屏1308。在图13所示实施方式中，触摸传感器1332、1336为箭头形，触摸传感器1334为圆形。例如，圆形区域或箭头形区域对应于触摸传感器的区域。通过触摸相应的传感器区域或滑过相应的圆形区域，可以对灯、室内气候环境(即电扇)、电子墙壁开关插座和/或窗用遮挡物进行打开、关闭或调弱(例如减少电力供应)。例如，触摸传感器1334可以分别用于开灯或关灯，而触摸传感器1332、1336用于调节灯光。触摸传感器1332、1334、1336中的每一者具有便于在天黑后使用的LED背光1338、1340、1342。触摸传感器1332、1334、1336还可以在每次用户交互(例如每次用户触摸)中生成声音。触摸传感器1332、1334、1336可以是平的，且不凹进墙壁或工具箱/开关盒，从而在工具箱中为电气设备100或200留下更多空间。
图14和图15示出了将具有触摸屏1408的电气设备1400安装到电气工具箱/开关盒中的过程。电气设备1400、触摸屏1408和电气工具箱/开关盒分别与电气设备200、触摸屏1108和电气工具箱/开关盒102或808相似或相同。如图14所示，安装过程包括通过电线将电气设备1400与交流电源连接，通过电线将电气设备1400与触摸屏1408的触摸电路板1460相连。在图14所示的过程中，所有由直流电源接口410的三个螺杆414控制的三个插座用于连接触摸屏1408和电气设备1400之间的电线，以供电给触摸屏1408，包括触摸屏1408的触摸传感器、LED背光或其它元件如发声用的扬声器。由三个螺杆414控制的三个插座可以具有相同的电压电势。例如，由三个螺杆414控制的所有三个插座的电压为3.3伏特(v)左右比如在3.3v±10％之内。虽然提供了示例电压(3.3v)，由三个螺杆414控制的三个插座的电压可以是任何合适的值，而不限于给出的示例值。如图15所示，在所有电线连接后，安装过程包括安放所有的电线以给电气设备1400提供空间，将电气设备1400放在电气工具箱/开关盒1402内，拧回触摸电路板1406，并将板盖1462和触摸传感器盖1466置于触摸电路板1460上方。
虽然本发明的具体实施方式已经描述或示出了本文中描述或示出的多个部件，但是本发明的其它实施方式可以包括更少或更多部件以实现更少或更多功能。
此外，虽然已经描述或示出了本发明的具体实施方式，但是本发明并不限于如此描述和示出的特定的部件形状或结构。本发明的范围通过所附权利要求及其等同范围来限定。

Claims (20)

1.一种适合安装在电气工具箱/开关盒工具箱/开关盒中的电气设备，所述电气设备包括：
交流到直流转换器，用于将可从电气工具箱/开关盒内取得的交流电源信号转换为直流电源信号；
负载调节模块，用于调节负载设备以响应所述直流电源信号；
微控制器模块，用于控制所述负载调节模块以响应所述直流电源信号；和
连接器，用于输出电压比所述交流电源信号的电压低的直流电压信号以响应所述直流电源信号。
2.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述直流电压信号的电压小于大约36伏。
3.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述交流电源信号的电压大约是120伏或230伏左右，所述直流电压信号的电压小于大约36伏。
4.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述电气设备还包括电能表模块，用于测量所述负载设备的能量消耗。
5.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述电能表模块还配置成用功率、电压、电流或千瓦时来测量所述负载设备的能量消耗。
6.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述电气设备还包括用于发射和接收射频信号的天线。
7.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述微控制器模块还用于处理无线通信。
8.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述电气设备还包括物理按键，用于接收用户输入以控制所述电气设备。
9.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述交流到直流转换器用于通过包含中性链路的三线连接或无中性链路的两线连接来接收所述交流电源信号。
10.如权利要求3所述的电气设备，其特征在于，所述负载调节模块还用于调弱、打开或关闭所述负载设备。
11.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述连接器用于输出所述直流电压信号到适合于使用所述电气工具箱/开关盒的直流电子设备。
12.如权利要求11所述的电气设备，其特征在于，所述直流电子设备选自由开关、调光器、触摸屏、恒温器和安全键盘组成的组。
13.如权利要求11所述的电气设备，其特征在于，所述直流电子设备包 括不需要电池的触摸屏。
14.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述电气设备的尺寸小于所述电气工具箱/开关盒的尺寸。
15.一种适合安装在电气工具箱/开关盒中的电气设备，所述电气设备包括：
外壳；
可从所述外壳的外部进入的交流电源接口；
在所述外壳内的交流到直流转换器，用于将来自所述交流电源接口的交流电源信号转换为直流电源信号，所述交流电源接口可从所述电气工具箱/开关盒内获得；
在所述外壳内的负载调节模块，用于调节负载设备以响应所述直流电源信号；
在所述外壳内的微控制器模块，用于控制所述负载调节模块，并进行无线通信以响应所述直流电源信号；和
可从所述外壳的外部进入的直流电源接口，其中所述直流电源接口用于输出直流电压信号以响应所述直流电源信号，所述直流电压信号的电压低于所述交流电源信号的电压。
16.如权利要求15所述的电气设备，其特征在于，所述交流电源信号的电压大约是120伏或230伏左右，所述直流电压信号的电压小于大约36伏。
17.如权利要求15所述的电气设备，其特征在于，所述交流电源接口和所述直流电源接口为包括至少一个螺杆和至少一个可由所述至少一个螺杆控制的线插头座的螺旋式电源接口。
18.如权利要求15所述的电气设备，其特征在于，所述电气设备还包括电能表模块，配置成用千瓦时测量所述负载设备的能量消耗。
19.如权利要求15所述的电气设备，其特征在于，所述电气设备还包括用于发射和接收射频信号的天线和用于接收用户输入以控制所述电气设备的物理按键。
20.一种适合安装在电气工具箱/开关盒中的电气设备，所述电气设备包括：
外壳；
可从所述外壳的外部进入的交流电源接口；
在所述外壳内的交流到直流转换器，用于将来自所述交流电源接口的交流电源信号转换为直流电源信号，所述交流电源接口可从所述电气工具箱/开关盒 内获得；
在所述外壳内的负载调节模块，用于调节负载设备以响应所述直流电源信号；
在所述外壳内的微控制器模块，用于控制所述负载调节模块，并进行无线通信以响应所述直流电源信号；和
可从所述外壳的外部进入的直流电源接口，其中所述直流电源接口用于输出直流电压信号以响应所述直流电源信号，所述直流电压信号的电压低于所述交流电源信号的电压，
其中，所述交流电源接口和所述直流电源接口为包括至少一个螺杆和至少一个可由所述至少一个螺杆控制的线插座头的螺旋式电源接口，
其中，所述交流电源信号的电压大约是120伏或230伏左右，所述直流电压信号的电压小于大约36伏。
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