CN105096580A - 一种可控制家用电器的手势控制智能开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可控制家用电器的手势控制智能开关，包括无线通讯模块或有线通讯模块，微处理器，或具有微处理器的无线通讯模块，红外发射模块，红外接收模块，电源模块。红外发射模块为多个红外发射管组成。红外发射模块与所述微处理器的红外发射端口连接，红外接收模块与微处理器的红外接收端口连接，无线通讯模块或有线通讯模块与微处理器的通讯端口连接。还包括手机APP，具有与家用电器红外遥控器对应的操作界面和操作按钮。本发明实现了多方位多角度的手势动作信息输入对智能开关的控制，还实现了用手机通过本发明的智能开关对具有红外功能的家用电器的远程控制和防盗功能，免接触的手势控制，避免了病毒细菌的交叉感染，给用户带来更多更好更方便的体验。

Description

一种可控制家用电器的手势控制智能开关

技术领域

本发明涉及一种智能开关，特别是涉及一种可控制家用电器的手势控制智能开关。

背景技术

现有的智能开关只是内置了WIFI、蓝牙、2.4G及Zigbee无线模块，只实现了手机对开关的控制，大多没有手势控制功能，用户通过实体按键或触摸按键实现操作，而用户一般都很少对墙壁开关做卫生清洁，导致开关上附带大量细菌病毒，用户每天操作使用难免造成细菌病毒感染，尤其是卫生间和厨房的开关更是如此。具有手势控制功能的开关也仅实现了上下、左右的比较单一的手势动作，不能满足智能开关所需要的更多的手势信息输入需求，而且现有技术的智能开关及手势控制开关也不能对带有红外功能的家用电器进行控制。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种可控制家用电器的手势控制智能开关，解决现有的智能开关不能控制带有红外功能的家用电器，手势动作单一，信息量少，不能满足用户更多的手势动作信息输入的需求，采用成本低廉的红外发射模块和红外接收模块实现了多方位多角度的手势动作信息输入对智能开关的控制，还实现了用手机通过本发明的智能开关对具有红外功能的家用电器的远程控制和防盗功能，免接触的手势控制，避免了病毒细菌的交叉感染，还可以通过加入语音模块以及温度、光敏传感器进行功能扩展，给用户带来更多更好更方便的体验，因此具有显著的技术进步。

一种可控制家用电器的手势控制智能开关，其特征在于：

包括无线通讯模块或有线通讯模块，微处理器，或具有微处理器的无线通讯模块，红外发射模块，红外接收模块，电源模块；

所述无线通讯模块或带有微处理器的无线通讯模块为WIFI模块或2.4G无线模块或5G无线模块或433M无线模块或Zigbee无线模块或蓝牙模块；

所述有线通讯模块为电力信号同传的信号采集电路或独立信号线传输的总线通讯模块；

所述红外发射模块为多个红外发射管组成或为一大功率宽角度红外发射模组；

红外发射模块与所述微处理器的红外发射端口连接，红外接收模块与微处理器的红外接收端口连接，无线通讯模块或有线通讯模块与微处理器的通讯端口连接；

还包括手机APP，所述手机APP具有与家用电器红外遥控器对应的操作界面和操作按钮。

所述多个红外发射管指向不同的方向，以将红外线信号覆盖房间内更大的空间以及获得不同方向的手势操作指令。

所述红外接收模块为一个或多个红外接收头，当采用一个红外接收头时，将其安装在多个红外发射管的中部，当采用多个红外接收头时，将其与红外发射管配对安装或几个红外发射管配合一个红外接收头。

还包括控制模块，其信号输入端与微处理器的信号输出端连接，其输出端与电灯负载或家用电器负载连接。

还包括按显示模块或按键输入模块加显示模块或触摸屏模块，所述显示模块或按键输入模块加显示模块或触摸屏模块与微处理器连接。

还包括一个或多个热释电红外传感模块，其信号输出端与微处理器的信号输入端连接。

还包括语音模块或温度传感器或语音模块加温度传感器，其信号输出端与微处理器的信号输入端连接。

还包括可将红外发射模块和红外接收模块隔离开的隔板。

所述红外发射模块还包括可控制红外发射信号强度的增益控制电路，所述增益控制电路串联在红外发射管回路中，平时正常检测人手、人体或物体的反射信息时减小红外发射强度，当向家用电器发送红外控制信号时，提高红外发射强度；

所述增益控制电路包括三极管或场效应管Q、限流电阻R2，三极管Q为PNP或NPN型，场效应管为P沟道或N沟道；

在三极管Q的集电极和发射极两端并联限流电阻R2，或在场效应管的源极和漏极两端并联限流电阻R2。

一种可控制家用电器的手势控制智能开关的控制方法，其特征在于：

智能开关平时处于人手或人体检测状态，此时微处理器发送占空比小的红外码给红外发射管来降低红外信号强度或通过增益控制电路来降低红外信号强度，当人手或人体接近红外发射管和红外接收头的有效检测区域时，红外发射管发射的红外线信号被人手或人体反射由红外接收头接收并传输到微处理器，由微处理器判断是否有效的信息输入指令，若是则输出相应控制信号及执行相应的控制；

打开手机APP，操作与家用电器自带的遥控器相对应的手机控制按钮，手机通过WIFI路由器发送控制信息或直接发送控制信息由无线通讯模块接收并输送到微处理器，微处理器输出控制信号给红外发射管，红外发射管向室内空间发送，由室内的家用电器接收并执行相应的控制。

本发明提供了一种可控制家用电器的手势控制智能开关，解决现有的智能开关不能控制带有红外功能的家用电器，手势动作单一，信息量少，不能满足用户更多的手势动作信息输入的需求，采用成本低廉的红外发射模块和红外接收模块实现了多方位多角度的手势动作信息输入对智能开关的控制，还实现了用手机通过本发明的智能开关对具有红外功能的家用电器的远程控制和防盗功能，免接触的手势控制，避免了病毒细菌的交叉感染，还可以通过加入语音模块以及温度、光敏传感器进行功能扩展，给用户带来更多更好更方便的体验，因此，本发明与现有技术相比具有显著的技术进步。

附图说明

图1是本发明第一实施例的原理框图。

图2是本发明第二实施例的原理框图。

图3是本发明第三实施例的原理框图。

图4是本发明第四实施例的原理框图。

图5是本发明第五实施例的原理框图。

图6是本发明第六实施例的原理框图。

图7是本发明第七实施例的原理框图。

图8是本发明第八实施例的原理框图。

图9是本发明第九实施例的原理框图。

图10是本发明第十实施例的原理框图。

图11是本发明第十一实施例的原理框图。

图12是本发明第十二实施例的原理框图。

图13是本发明增益控制电路的第一实施例。

图14是本发明增益控制电路的第二实施例。

图15是本发明增益控制电路的第三实施例。

图16是本发明红外发射管空间排列第一实施例正面示意图。

图17是本发明红外发射管和红外接收头空间排列第一实施例正面示意图。

图18是本发明红外发射管空间排列第二实施例正面示意图。

图19是本发明红外发射管和红外接收头空间排列第二实施例正面示意图。

图20是本发明红外发射管和红外接收头空间排列第三实施例正面示意图。

图21是本发明红外发射管和红外接收头空间排列侧面示意图。

图22是本发明红外发射管和红外接收头空间排列第三实施例正面示意图。

图23是本发明具有热释电传感器实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1和图2所示，本发明的一种可控制家用电器的手势控制智能开关的第一和第二实施例包括无线通讯模块，微处理器，或具有微处理器的无线通讯模块，红外发射模块，红外接收模块，电源模块。

无线通讯模块或带有微处理器的无线通讯模块为WIFI模块或2.4G无线模块或5G无线模块或433M无线模块或Zigbee无线模块或蓝牙模块。

如图3和图4所示，本发明的第三和第四实施例包括有线通讯模块，微处理器，红外发射模块，红外接收模块，电源模块。

有线通讯模块为电力信号同传的信号采集电路，如图3所示。也可采用独立信号线传输的总线通讯模块，如DALA系统总线通讯模块，如图4所示。

红外发射模块为多个红外发射管10组成，如图16至图23所示。红外发射模块也可以是一大功率宽角度红外发射模组。

如图1所示，红外发射模块与所述微处理器的红外发射端口连接，红外接收模块与微处理器的红外接收端口连接，无线通讯模块或有线通讯模块与微处理器的通讯端口连接。内置微处理器的无线通讯模块目前较为常用的如TI公司的CC3000系列WIFI模块。

若控制程序比较复杂端口要求比较多，内置处理器的无线通讯模块无法满足需要，则需要单独的微处理器，如图2所示，红外发射模块与微处理器的红外发射端口连接，红外接收模块与微处理器的无线通讯模块内的红外接收端口连接，无线通讯模块与微处理器的无线通讯端口连接。

无线通讯模块接收手机通过WIFI路由器发送的的控制信息给微处理器，由微处理器输出控制信号给红外发射模块，再由红外发射模块发射红外信号给房间内具有红外接收模块的家用电器来实现对家用电器的控制。

无线通讯模块也可采用2.4G无线模块或5G无线模块或433M无线模块或Zigbee无线模块或蓝牙模块，通过手机与控制网关通讯，控制网关再与无线模块通讯。

红外接收模块接收家用电器遥控器的遥控学习指令，还可接收来自红外发射模块发出的并通过人手、人体或物体反射回来的控制信息给微处理器来实现手势、人体或物体对智能开关的控制。

本发明还包括手机APP，所述手机APP具有与家用电器红外遥控器对应的操作界面和操作按钮。

如图16至图23所示，多个红外发射管10指向不同的方向，以将红外线信号覆盖房间内更大的空间，便于室内的具有红外功能的家用电器可靠地接收到来红外发射管10发出的遥控指令。多个红外发射管10指向不同的方向，在智能开关处于手势控制功能状态时，可通过人手放在不同的红外线发射管附近通过手的反射将红外信号反射到红外接收头20，可获得更多的不同方向的手势操作指令。

如图17、图19至图23所示，红外接收模块为一个或多个红外接收头20。当采用一个红外接收头时，将其安装在多个红外发射管的中部，如图17、图19、图20、图21和图23所示。当采用多个红外接收头时，将其与红外发射管配对安装或几个红外发射管配合一个红外接收头，如图22所示。

如图17所示，将手分别放在标记有1、2、3、4四个位置的四个红外发射管附近，可获得4个位置的基本手势控制指令，将手由位置1移动到位置3可获得一个手势指令，将手由位置1移动到位置2，又可以获得一个手势指令。由此可以得出如下手势操作指令：1-2，2-3，3-4，4-1，1-4，4-3，3-2，2-1，1-3，3-1，4-2，2-4，以上共有12个指令；分别移动到1、2、3、4后立即离开，可获得的4个基本手势控制指令，分别移动到1、2、3、4后做暂短停留后离开，又可获得的4个手势控制指令；因此共可获得20个手势控制指令。对于这些手势指令，可以根据产品的功能和用户体验来筛选，选出便于用户理解的适合一般用户使用习惯的手势控制指令。

如图19所示，原理同上，对于具有8个红外发射管的手势控制来说，比上述4个红外发射管能获得更多的手势控制指令。此外，还可以用手或手指在1-8个发射管周围做画圈动作，当手移动在哪个发射管的位置就能开启相应的灯光亮度。

如图5和图6所示，本发明的智能开关还包括控制模块，其信号输入端与微处理器的信号输出端连接，其输出端与电灯负载或家用电器负载连接。

如图7、图8所示，本发明的智能开关还包括按显示模块和按键输入模块，显示模块和按键输入模块分别与微处理器连接。也可以只保留显示模块无按键输入模块，智能开关上的基本操作只靠手势控制实现，具体的操作功能控制模式的设置修改由用户通过手机APP来实现。

如图9、图10所示，本发明的智能开关还包括按触摸屏模块，触摸屏模块与微处理器连接。用户可直接使用触摸屏进行操作控制以及对操作功能控制模式的设置修改，使用更加方便。

如图23所示，本发明的智能开关还可包括一个或多个热释电红外传感模块40，其信号输出端与微处理器的信号输入端连接。热释电红外传感器可设置在开关的侧面，并将探测距离和探测角度调整到合适的范围，只有当人经过时发出信号，人在房间内正常走动不会探测到。当用户打开房门离开房间时就会检测到人的离开，可实现检测人是否在房间内，房间内有几个人，离没离开房间，做到人来灯亮，人走灯灭的智能化控制。当主人离家时开启安全防盗功能，若有人私闯房屋，智能开关检测到人体的移动就会通过无线通讯模块互连网向用户的手机发出警报或直接向110报警。

也可将红外发射管在开关侧面分前后排成两组，这样可以检测到人体移动到房门旁并打开房门走出房间的动作顺序，是离开房间还是进入房间，与上述同理，也可检测人是否在房间内，房间内有几个人，离没离开房间，做到人来灯亮，人走灯灭的智能化控制。当主人离家时开启安全防盗功能，若有人私闯房屋，智能开关检测到人体的移动就会通过无线通讯模块互连网向用户的手机发出警报或直接向110报警。这个实施例对于在卫生间门口安装的智能开关同样适用，并可以取消遥控家用电器的功能来减少红外发射管的数量以降低成本。

如图11和图12所示，本发明的智能开关还包括语音模块或温度传感器或语音模块加温度传感器，其信号输出端与微处理器的信号输入端连接。

语音模块可直接接收用户发出的语音控制指令并由微处理器输出相应的控制信息或控制指令，若是本智能开关的控制指令则立即执行相应的控制，若是可与其通讯的其它智能开关的控制指令或是发送给手机端的信息则通过无线通讯模块传输给对应的其它智能开关或手机。

本发明还可在手机APP加入语音输入控制功能，使用语音云平台如科大讯飞语音云平台以及相关语音模块，用户可以直接对手机语音说出控制命令来操作控制智能开关。

对于具有温度传感器的实施例，平时可将温度显示在开关的屏幕上，还可将各房间的温度传送到手机APP上供用户参考。对于空调来说，因空调本身的温度传感器在空调内部，和室内远离空调的位置温度还是有差距的，可用本发明的智能开关发送红外信号控制空调，在手机APP里设定好用户需要的室内温度，当智能开关的温度传感器检测到的温度比设定的温度高时就向空调发出降低温度的红外信号，反之就发出提高温度的红外信号。还可设置一个温度范围，低于这个温度就开启空调，高于这个温度就关闭空调。还可用户自定义时间程序控制，几点到几点开空调，几点关空调。因此，本发明的智能开关还是一个专业的智能空气调节开关。

另一种更有效的实施方式是，只需增加几角钱在家用电器如空调上安装红外发射管就可以与本发明智能开关实现红外信号双向通讯，可实现智能开关发出的控制信号是否被空调接收，是否被有效执行，若没有有效收到或得到有效执行，则反馈给智能开关，由智能开关重新发送一次控制信号给空调，提高了控制的可靠性。此外，还可将空调的运行状况及空调检测的温度信息传输给智能开关，智能开关可根据接收到的空调温度及运行状态等信息再根据智能开关检测到的环境温度进行综合运算做出适当运行控制调整，或由智能开关传输到手机端，由手机APP根据接收到的空调温度及运行状态等信息再根据智能开关检测到的环境温度进行综合运算做出适当运行控制调整。这种低成本的双向通讯方式对于其它家用电器同样适用。

本发明的多个智能开关之间可以通过无线通讯模块组网，这样可使任何一个智能开关都可以对网络内的其它智能开关进行通信和控制。对一个智能开关进行信息输入，若是本智能开关的控制信息则立即执行相应的控制，若是同一网络中的其它智能开关的控制指令或是发送给手机端的信息则通过无线通讯模块传输给对应的智能开关或手机。

本发明的智能开关的控制方法：

控制家用电器的方法：1、智能开关内的红外接收模块接收家用电器自带的红外遥控器的按键码，通过手机APP的遥控界面进行各按键的学习并保存，手机APP里可预先存储有各种家用电器的红外码库，可根据用户的家用电器型号随时调用。2、打开手机APP，操作与家用电器自带的遥控器相对应的手机控制按钮，手机通过WIFI路由器发送控制信息或直接发送控制信息由无线通讯模块接收并输送到微处理器，微处理器输出控制信号给红外发射管，红外发射管向室内空间发送，由室内的家用电器接收并执行相应的控制。3、可通过手机APP自定义用户需要的控制功能和控制模式，包括用户自己创建一个或多个操作控制计划，到时可自动执行该计划。

手势控制的方法：智能开关平时处于人手或人体检测状态，此时微处理器发送占空比小的红外码给红外发射管来降低红外信号强度或通过增益控制电路来降低红外信号强度，当人手或人体接近红外发射管和红外接收头的有效检测区域时，红外发射管发射的红外线信号被人手或人体反射由红外接收头接收并传输到微处理器，由微处理器判断是否有效的信息输入指令，若是则输出相应控制信号及执行相应的控制。

用手机APP界面还可对手势控制功能和模式进行设置，可根据用户的需要开启手势控制的红外发射管数量，数量少可以进行简单手势操作，更适合孩子和老年人，数量多更适合年轻人对手势控制的需求。还可关闭或开启手势控制或按键输入模式以及在手势控制和按键控制之间切换，也可以同时开启手势控制和按键控制模式。在智能开关和手机APP上设置右离家模式按钮，开启这个按钮将关闭家里的所有灯光，并启动防盗报警模式，当有人非法进入室内就会通过红外发射管和红外接收头或热释电传感器并将非法闯入的人体的反射信号移动信号通过微处理器、无线通讯模块传送到手机上或直接传送到110报警台。离家防盗功能可直接在手势控制的红外发射接收模块配合微处理器和手机APP实现，开启离家模式后，微处理器控制增益控制电路使红外发射管的发射强度大于手势感应的发射强度，与检测人进出房间模式的发射强度相同。可根据人体反射的红外信号强度适当选取限流电阻的阻值，如果按红外遥控家用电器模式下的发射强度太强的话即使没有人经过也会造成墙壁反射而误报，因而要在红外发射电路回路中再串联一组增益控制电路，其电路中的限流电阻的阻值与人体经过时反射的红外信号相互匹配。

用手机APP可对用户的操作习惯以及进出房间的人次进行数据传输和数据分析，上传到云端，根据用户对照明灯具以及家用电器的操作习惯进行分析，给出一个适合用户习惯的操作建议及操作模式。在用户操作出现问题时可用手机APP进行客户服务，解决用户的问题。还可用智能开关上的显示屏做消息推送，如根据温度变化气候变化推送天气预报，增加事情备忘提醒等互动功能。

本发明除了可采用微处理器发送占空比小的红外码给红外发射管来降低红外信号强度以满足手势控制或人体探测的需求外，还可采用可控制红外发射信号强度的增益控制电路，增益控制电路串联在红外发射管回路中，受微处理器的控制，平时正常检测人手、人体或物体的反射信息时减小红外发射强度，当向家用电器发送红外控制信号时，提高红外发射强度。也可以根据实际需要同时采用小占空比信号加增益控制电路的方式。

如图13至图15所示，增益控制电路包括三极管或场效应管Q、限流电阻R2，三极管Q为PNP或NPN型，场效应管为P沟道或N沟道。在三极管Q的集电极和发射极两端并联限流电阻R2，或在场效应管的源极和漏极两端并联限流电阻R2。

如图21所示，本发明的智能开关还包括可将红外发射管10和红外接收模块20隔离开的隔板30，以防止在手势控制或人体检测状态下红外信号未经人手或人体反射而直接被红外接收模块接收。隔离方式不限于隔板方式，也可将红外发射管安装在独立的型腔内来隔离。

本发明所述的电源模块还包括可充电的电池模块，平时关灯时给电池模块充电，开灯时可给智能开关的各个模块提供充足的直流电力。如果关灯状态能够从照明回路获取足够的电力，当电池电力不足时也可在关灯状态下给电池充电。

具有电池模块的智能开关还可采用可快速拆卸方式，平时贴在墙壁的开关位置上，智能开关的电源输入端与系统电力传输线连接，可获取电力给电池充电和给智能开关内的模块供电，还可迅速拆下，拿在手里当做智能遥控器使用，电池电力不足时可迅速贴在开关位置上，给电池充电，并在墙壁上做墙壁智能开关使用。贴合方式可采用磁力吸合方式或挂接方式或磁力吸合加挂接方式。

本发明的手势控制可以从最简单的只让一组红外发射接收回路发送人手或人体的红外检测信号来产生一个简单的手势控制到让多组红外发射接收回路发送红外检测信号来产生多个手势控制，这些功能可根据不同的产品不同的用户需求来确定。可以在简单的产品上直接赋予简单的手势都动作，如洗手间及厨房用的智能开关。还可以让用户通过手机APP或在智能开关上来进行用户设置，选择手势动作的数量和动作方向及方式，设置各种功能。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可控制家用电器的手势控制智能开关，其特征在于：

包括无线通讯模块或有线通讯模块，微处理器，或具有微处理器的无线通讯模块，红外发射模块，红外接收模块，电源模块；

所述无线通讯模块或带有微处理器的无线通讯模块为WIFI模块或2.4G无线模块或5G无线模块或433M无线模块或Zigbee无线模块或蓝牙模块；

所述有线通讯模块为电力信号同传的信号采集电路或独立信号线传输的总线通讯模块；

所述红外发射模块为多个红外发射管组成或为一大功率宽角度红外发射模组；

红外发射模块与所述微处理器的红外发射端口连接，红外接收模块与微处理器的红外接收端口连接，无线通讯模块或有线通讯模块与微处理器的通讯端口连接；

还包括手机APP，所述手机APP具有与家用电器红外遥控器对应的操作界面和操作按钮。

2.如权利要求1所述的智能开关，其特征在于：

所述多个红外发射管指向不同的方向，以将红外线信号覆盖房间内更大的空间以及获得不同方向的手势操作指令。

3.如权利要求1所述的智能开关，其特征在于：

所述红外接收模块为一个或多个红外接收头，当采用一个红外接收头时，将其安装在多个红外发射管的中部，当采用多个红外接收头时，将其与红外发射管配对安装或几个红外发射管配合一个红外接收头。

4.如权利要求1所述的智能开关，其特征在于：

还包括控制模块，其信号输入端与微处理器的信号输出端连接，其输出端与电灯负载或家用电器负载连接。

5.如权利要求1所述的智能开关，其特征在于：

还包括按显示模块或按键输入模块加显示模块或触摸屏模块，所述显示模块或按键输入模块加显示模块或触摸屏模块与微处理器连接。

6.如权利要求1所述的智能开关，其特征在于：

还包括一个或多个热释电红外传感模块，其信号输出端与微处理器的信号输入端连接。

7.如权利要求1所述的智能开关，其特征在于：

还包括语音模块或温度传感器或语音模块加温度传感器，其信号输出端与微处理器的信号输入端连接。

8.如权利要求1-7中任一项所述的智能开关，其特征在于：

还包括可将红外发射模块和红外接收模块隔离开的隔板。

9.如权利要求8所述的智能开关，其特征在于：

所述红外发射模块还包括可控制红外发射信号强度的增益控制电路，所述增益控制电路串联在红外发射管回路中，平时正常检测人手、人体或物体的反射信息时减小红外发射强度，当向家用电器发送红外控制信号时，提高红外发射强度；

所述增益控制电路包括三极管或场效应管Q、限流电阻R2，三极管Q为PNP或NPN型，场效应管为P沟道或N沟道；

在三极管Q的集电极和发射极两端并联限流电阻R2，或在场效应管的源极和漏极两端并联限流电阻R2。

10.一种可控制家用电器的手势控制智能开关的控制方法，其特征在于：

智能开关平时处于人手或人体检测状态，此时微处理器发送占空比小的红外码给红外发射管来降低红外信号强度或通过增益控制电路来降低红外信号强度，当人手或人体接近红外发射管和红外接收头的有效检测区域时，红外发射管发射的红外线信号被人手或人体反射由红外接收头接收并传输到微处理器，由微处理器判断是否有效的信息输入指令，若是则输出相应控制信号及执行相应的控制；

打开手机APP，操作与家用电器自带的遥控器相对应的APP控制按钮，手机通过WIFI路由器发送控制信息或直接发送控制信息由无线通讯模块接收并输送到微处理器，微处理器输出控制信号给红外发射管，红外发射管向室内空间发送，由室内的家用电器接收并执行相应的控制。