CN105142263B - 智能开关及火线取电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能开关及火线取电方法，所述智能开关包括：分压装置；手动开关；开关执行装置；变压装置，变压装置具有第一输入端、第二输入端和输出端，变压装置用于将第一输入端和第二输入端接入的交流电变换为直流电；电池模块；无线模块和控制装置，控制装置用于根据无线模块接收到的开关信号指令对开关执行装置进行控制，其中，无线模块和控制装置由电池模块和/或变压装置输出端供电。本发明实施例的智能开关能够替换现有墙壁开关，并且具有完全相同的电气接口，无需额外布线，同时具备手动物理开关和无线遥控开关两种操作方式，方便用户操作，以及解决了在只有火线没有零线的开关电路中的设备供电问题而无需更换电池。

Description

智能开关及火线取电方法

技术领域

本发明涉及智能建筑和技术领域，特别涉及一种智能开关及火线取电方法。

背景技术

随着信息技术和建筑设备技术的发展，智能建筑理念和技术也越来越成熟和完备，智能建筑在提供人们更加舒适便捷的生活居住环境的同时，能够利用先进的技术和优化的运作来降低建筑能耗，减少碳排放。其中，建筑中各类设备和环境数据的信息化采集和控制是实现智能建筑的基础，如带有无线通信模块和控制功能的空调、灯光、百叶、窗户、冰箱等。另一方面，由于绝大多数现有建筑都不属于智能建筑范畴，如果对其按照智能建筑的技术标准进行改造，需要投入大量的资金和人力，如何在现有建筑设备的基础上进行升级改造，尽量最小化所需要额外设备、布线，使得现有设备与智能建筑设备之间能够实现平滑升级，是智能建筑技术领域的重要问题，也具有重要的经济价值。

其中，灯光的智能控制是智能建筑设备控制中非常重要的环节，现有大多数建筑的灯光都是由物理的墙壁开关进行通断控制，实现建筑灯光的智能控制的第一步就是要将传统的物理墙壁开关改造成具有远程遥控能力的开关，同时尽量降低所需要的额外布线和设备需求。一种常用的方法是将无线模块与现有墙壁开关进行整合，通过无线模块与控制中心进行通信，传送开关控制指令。但是该方法往往面临无线通信模块的电源供应问题。如果利用灯具装置现有电路进行供电，由于根据建筑室内电路布线标准，墙壁开关电路只有一根火线，没有零线，无法在此形成电路回路来供电，增加新的零线则需要额外布线，给现有建筑设备的升级改造带来困难。如果将开关装置置于灯具灯泡电路附近，虽然可以较方便引出火线和零线构成供电回路，但是由于灯具位置往往处于天花板，无法安装便于操作的传统物理开关，只能进行无线远程操作来控制灯光，不能提供物理开关，并在无线模块出现故障时导致无法开关灯的问题。如果使用电池来解决供电回路问题，则会存在电池工作寿命和电池更换问题，给用户使用带来不便。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种智能开关及火线取电方法，该智能开关更换简单，无需额外布线，并且能够提高用户的使用体验。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种智能开关，包括：分压装置，所述分压装置的一端与市电火线相连；手动开关，所述手动开关与所述分压装置的另一端相连；开关执行装置，所述开关执行装置分别与所述手动开关、控制装置和照明灯相连；变压装置，所述变压装置具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端和所述第二输入端分别对应地与所述分压装置的一端和另一端相连，所述变压装置用于将所述第一输入端和第二输入端接入的交流电变换为直流电；电池模块，所述电池模块与所述变压装置的输入端相连；以及无线模块和控制装置，所述控制装置分别与所述无线模块、所述电池模块和所述开关执行装置相连，用于根据所述无线模块接收到的开关信号指令对所述开关执行装置进行控制，其中，所述无线模块和控制装置由所述电池模块和/或所述变压装置的输出端供电。

根据本发明实施例提出的智能开关能够平滑替代现有传统的墙壁开关，同时提供传统物理开关和无线遥控开关来控制灯具的开关，并且智能开关与现有墙壁开关的外部电气接口和尺寸完全相同，也具备相同手动物理操作方式，方便替换现有建筑的墙壁开关，同时还能额外提供无线遥控的方式远程控制灯具的开关，从而将灯光控制信息化和网络化，还可以解决开关内只有火线没有零线、无法构成供电回路的问题，从而可以为智能开关的内置电池充电，使得智能开关能够长期待机工作，而无需更换电池，提高用户的使用体验，具有重要的实际应用价值。

另外，根据本发明上述实施例的智能开关还可以具有如下附加的技术特征：

优选地，在本发明的一个实施例中，所述变压装置可以为宽电压域变压装置。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述分压装置为可变电阻、可为电容分压器和阻容分压器中的一种。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述控制装置可以为单片机。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述开关执行装置包括：双路开关电路和继电器或晶闸管等能执行开关动作的电路装置。

进一步地，在本发明的一个实施例中所述无线模块为wifi射频通信模块、zigbee射频通信模块、430MHz射频模块、2.4GHz射频模块、移动通信模块中的一种。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述智能开关具有和常规墙壁开关相同的外观尺寸和外部电气接口。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述智能开关接通、所述照明灯点亮时，所述变压装置输出恒定直流电压给所述电池模块充电，当所述智能开关切断、所述照明灯熄灭时，所述变压装置没有电压输出，所述电池模块给所述无线模块和所述控制装置供电。

本发明的实施例还提出了一种火线取电方法，包括：在墙壁开关电路上串入一个分压装置，利用所述分压装置两端的电压差为其他电路提供电源输入，所述墙壁开关电路只有火线，没有零线。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述分压装置为可变电阻、电容分压器和阻容分压器中的一种。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的智能开关的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的智能开关的电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的智能开关。参照图1所示，该智能开关包括：分压装置100、手动开关200、开关执行装置300、变压装置400、电池模块500、无线模块600和控制装置700。

其中，分压装置100的一端与市电火线相连。手动开关200与分压装置100的另一端相连。开关执行装置300分别与手动开关200和控制装置700、照明灯800相连。变压装置400具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端和第二输入端分别对应地与分压装置100的一端和另一端相连，变压装置400用于将第一输入端和第二输入端接入的交流电变换为直流电。电池模块500与变压装置400的输出端相连。控制装置700分别与无线模块600、电池模块500和开关执行装置300相连，控制装置700用于根据无线模块600接收到的开关信号指令对开关执行装置300进行控制，其中，无线模块600和控制装置700由电池模块500供电。本发明实施例的智能开关具有和传统墙壁开关相同的外观尺寸和外部电气接口，可以平滑升级替代现有传统墙壁开关。

优选地，在本发明的一个实施例中，变压装置400可以为宽电压域变压装置。

优选地，在本发明的一个实施例中，分压装置100可以为可变电阻、电容分压器和阻容分压器中的一种，也可为其他可实现分压功能的电路装置。

优选地，在本发明的一个实施例中，控制装置700可以为单片机。

具体地，在本发明的实施例中，手动开关200与传统墙壁开关的操作方式相同，不但能够方便用户以传统习惯的方式进行开关操作，而且也可在无线遥控开关出现故障时提供应急开关操作。其中，用户使用无线遥控开关向无线模块600发送开关指令，无线模块600接收到无线信号之后解码并将通信数据包发送给控制装置700，控制装置700根据无线模块600接收到的无线遥控开关发送的开关信号指令对开关执行装置300进行控制，例如控制继电器的吸合和断开。无线遥控开关可以通过逻辑电路和执行电路对开关执行装置300的双路开关电路进行电气操作(下面会进行详细叙述)。

另外，本发明实施例可以利用市电的火线进行取电，从而为智能开关的控制装置和无线装置的电池模块进行供电和充电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，开关执行装置300包括：双路开关电路和继电器或晶闸管等能执行开关动作的电路装置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，无线模块600可以为wifi射频通信模块、zigbee射频通信模块、430MHz射频模块、2.4GHz射频模块、移动通信模块中的一种，或其他无线射频通信模块。

具体地，手动开关200可以与传统常用的墙壁开关的操作方式完全一致，在开关面板上提供一个按钮，按钮的两档位置分别对应开和关的操作，同时物理开关的档位逻辑信息接入一个双路开关电路。

进一步地，无线遥控开关可以由无线模块600负责与控制装置700进行通信，传输开关信号指令，无线模块600可以选择wifi、zigbee等各种适当的射频通信模块，控制装置700接收到无线模块600给出的开关控制指令编码数据包后，通过相应的控制逻辑无线协议向开关执行装置300发送相应的开关信号指令，开关执行装置300的双路开关电路接收开关信号指令后，形成对照明灯的火线的最终通断逻辑，由继电器或者晶闸管执行开关通断动作进行解码响应。

进一步地，双路开关电路可以同时接收手动开关200和无线遥控开关的逻辑控制指令，输出所控灯具即照明灯800的最终开关电气操作逻辑，手动开关200或无线遥控开关都能操控灯具进行开关。双路开关电路可以采用各种实现方式，包括但不限于双路开关电路使用单片机来实现逻辑，使得任意手动开关或者无线遥控开关的信息输入的变化都能导致单片机的控制逻辑输出进行反位操作，进一步将单片机的逻辑输出作为控制信号如驱动继电器来执行所控灯具火线的开关电气操作，或者进一步将单片机的逻辑输出作为信号来直接控制电力电子器件(如晶闸管)实现所控灯具火线的开关电气操作。

进一步地，在手动开关200的火线上串入一个合适阻值的电阻如可变电阻，在电阻的两端作为输入端接变压装置400如宽电压域变压装置的输入端口，变压装置400的输出端输出恒定直流电压，并入充电电池即电池模块500的两端。在智能开关接通、照明灯800点亮时，火线上有电流经过，那么所串入的电阻两端即会产生电压，该电压可以驱动变压装置400输出恒定直流电压给电池模块500充电，当智能开关切断、照明灯800熄灭时，变压装置400没有电压输出，使用电池模块500给前述的无线模块600及控制装置700供电。

其中，可变电阻可以提供若干电阻档位供用户选择，由于灯具功率不同，导致火线上的工作电流值不同，从而使得变压装置400输入电压不同，可以让用户对照灯具功率大小选择合适档位的电阻，以提供合适的变压装置输入电压。

进一步地，火线串入电阻即可变电阻还可以采用智能反馈控制回路来动态调整其电阻值，使用单片机实现反馈控制回路的控制逻辑，在当电阻两端电压低于变压装置400额定输入电压时，增加其电阻，反之则减小其电阻。

在本发明的实施例中，在开关接通、火线上有电流时，给开关内置电池即电池模块500供电和充电，在开关断开、火线无电流时利用内置电池模块500驱动智能开关的无线模块600和控制装置700，由于智能开关的待机功率低，上述设计可以实现智能开关长期正常工作而无需更换电池。

在本发明的一个具体实施例中，参照图2所示，在开关执行装置300内部包括双路开关电路,通过双路开关电路来分别接入手动开关200的通断信号和无线遥控开关的通断信号。双路开关的电路逻辑也可以通过单片机来实现，单片机将上述两种开关通断信号作为输入，实现一个异或逻辑操作，那么当任何一个开关通断信号发生改变时，单片机的输出信号将会发生变化。单片机的输出信号再接入开关执行装置300的执行机构来执行开关火线的通断电气操作，具体开关执行装置300的执行机构的实现方式可以采用多种方式，例如可以使用继电器来执行开关火线的通断电气操作，单片机的输出信号来控制继电器的通断动作，也可以使用电力电子器件(如晶闸管)来实现开关火线的通断电气操作，晶闸管直接接入开关火线，单片机的输出信号直接控制晶闸管的通断逻辑。

智能开关内部的手动开关200和无线遥控开关的具体实施方式如下：手动开关200与传统开关的实现方式相同，提供外部易于操控的开关按钮或手柄，通过常用的开关通断器件串入逻辑电路，作为双路开关电路的输入信号。无线遥控开关发送的开关信号指令由无线模块600接收，无线模块600可以采用各类无线射频器件及协议，如具有通用优势的wifi模块或者具有节能优势的zigbee模块等，无线模块600接收无线遥控开关发来的开关信号指令，将信号解码并接入控制装置700。控制装置700根据得到的开关信号指令进行逻辑响应，输出相应的开关通断逻辑，并将该逻辑信号作为双路开关电路的输入信号。控制装置700也可以利用单片机进行实现。

进一步地，智能开关内部的火线取电技术的具体实施方式如下：在火线上串入一个电阻(或者可变电阻)，电阻值可根据灯具功率取适当值，也可利用可变电阻手动调节电阻值或根据反馈控制电路动态选择合适电阻值。例如，当灯具功率为100W时，火线上的工作电流约为0.45A，可以串入一个20欧姆的电阻，那么在电阻两端的电压约为9V。在电阻两端并入一个宽电压的变压装置如变压装置400，变压装置的输入电压为电阻两端的电压，输出电压为标准3v或6v的直流电压，输出电压直接连接智能开关内置的锂电池，对其进行充电，同时锂电池作为智能开关的电源输出，驱动智能开关的无线模块600、控制装置700等。另外一种实施方式可以提供可变电阻的几个档位，让用户根据灯具功率进行合理选择，例如可变电阻可提供10欧姆、20欧姆、50欧姆三个档位，当灯具功率为200W时可以选择10欧姆档位，当灯具功率为100W时可以选择20欧姆档位，当灯具功率为40W时，可以选择50欧姆档位，这样在上述三种情况下都能使得电阻两端的电压值在9V左右。同时变压装置400允许输入电压在一定范围内浮动。此外，也可以采取更为复杂智能的实施方式，使用反馈控制电路来动态调整电阻值，以电阻两端的当前电压值作为反馈逻辑的输入，当电阻两端电压过低时，控制电路增加可变电阻的电阻值，反之当电阻两端电压过高时，控制电路减小可变电阻的电阻值，上述控制逻辑也可以利用单片机进行实现，电阻调整操作可以采用电压控制可变电阻等技术手段实现。

在本发明的实施例中，当智能开关接通、火线中有工作电流时，取电电路为智能开关内置电池即电池模块500充电，当智能开关在开关切断、火线中没有工作电流时，利用电池模块500为无线模块600和控制装置700供电，由于可以通过器件选型和电路设计使得智能开关的待机功率控制在毫瓦级别，可以实现智能开关的长期待机工作，而且即使在特殊情况下出现电池耗尽的情况，也可以通过使用手动开关接通灯具，重新为电池充电。

可以理解为，本发明实施例的智能开关可以提供传统的物理开关进行手动操作，也可以通过无线方式进行遥控操作，同时利用开关接通时开关火线上流经的电流进行串联取电，经变压装置400给电池模块500充电，在开关断开火线上无电流经过时由电池模块500给无线模块600和控制装置700供电，实现智能开关的长期工作，而无需更换电池，解决了传统墙壁开关中只有火线没有零线无法构成供电回路的问题，为无线模块600和控制装置700提供长期可用电源，同时该智能开关尺寸外形可以与传统开关完全一致，从而提供统一接口便捷替换现有开关，而无需增加额外电路接口，能极大促进智能开关的推广。

根据本发明实施例提出的智能开关能够平滑替代现有传统的墙壁开关，同时提供传统物理开关和无线遥控开关来控制灯具的开关，并且智能开关与现有墙壁开关的外部电气接口和尺寸完全相同，也具备相同手动物理操作方式，方便替换现有建筑的墙壁开关，同时还能额外提供无线遥控的方式远程控制灯具的开关，从而将灯光控制信息化和网络化，还可以解决开关内只有火线没有零线、无法构成供电回路的问题，从而可以为智能开关的内置电池充电，使得智能开关能够长期待机工作，而无需更换电池，提高用户的使用体验，具有重要的实际应用价值。

其次，本发明实施例还提出了一种火线取电方法，包括：在墙壁开关电路上串入一个分压装置，利用分压装置两端的电压差为其他电路提供电源输入，墙壁开关电路只有火线，没有零线。其中，分压装置为可变电阻、电容分压器和阻容分压器中的一种，也可为其他可实现分压功能的电路装置。

应理解，根据本发明实施例的火线取电方法与本发明实施例的智能开关中的取电方法实现方式类似，为了减少冗余，此处不做详细赘述。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种智能开关，其特征在于，包括：

分压装置，所述分压装置的一端与市电火线相连，所述分压装置串联至墙壁的开关电路上，并且所述分压装置为可变电阻、也可为电容分压器和阻容分压器中的一种；

手动开关，所述手动开关与所述分压装置的另一端相连；

开关执行装置，所述开关执行装置分别与所述手动开关、控制装置和照明灯相连，其中，所述开关执行装置包括：双路开关电路和继电器或晶闸管能执行开关动作的电路装置；

变压装置，所述变压装置具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端和所述第二输入端分别对应地与所述分压装置的一端和另一端相连，所述变压装置用于将所述第一输入端和第二输入端接入的交流电变换为直流电，其中，所述变压装置为宽电压域变压装置；

电池模块，所述电池模块与所述变压装置的输出端相连；以及

无线模块和控制装置，所述控制装置分别与所述无线模块、所述电池模块和所述开关执行装置相连，用于根据所述无线模块接收到的开关信号指令对所述开关执行装置进行控制，所述开关执行装置在接收到开关信号指令后，形成对照明灯的火线的最终通断逻辑，由继电器或者晶闸管执行开关通断动作进行解码响应，其中，所述无线模块和控制装置由所述电池模块和/或所述变压装置的输出端供电，其中，当所述电池模块的电量耗尽或者所述控制装置故障时，通过所述手动开关正常接通所述开关电路，并对所述电池模块重新充电；

当所述智能开关接通、所述照明灯点亮时，所述变压装置输出恒定直流电压给所述电池模块充电，当所述智能开关切断、所述照明灯熄灭时，所述变压装置没有电压输出，所述电池模块给所述无线模块和所述控制装置供电；

所述智能开关具有和常规墙壁开关相同的外观尺寸和外部电气接口。

2.根据权利要求1所述的智能开关，其特征在于，所述控制装置为单片机。

3.根据权利要求1-2任一项所述的智能开关，其特征在于，所述无线模块为wifi射频通信模块、zigbee射频通信模块、430MHz射频模块、2.4GHz射频模块、移动通信模块中的一种。