CN105988441A - 电路控制器和物联网 - Google Patents

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CN105988441A CN201510084102.0A CN201510084102A CN105988441A CN 105988441 A CN105988441 A CN 105988441A CN 201510084102 A CN201510084102 A CN 201510084102A CN 105988441 A CN105988441 A CN 105988441A
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Abstract

本发明公开一种电路控制器，包括机械双稳态电磁开关和常开式光耦继电器。光耦继电器的一对第二输入端分别连接到电路控制器的一对控制信号输入端子；光耦继电器的一个第二输出端连接到电路控制器的一个电源输入端子和一个电源输出端子，并且光耦继电器的另一个第二输出端连接到机械双稳态电磁开关的一个第一输入端；机械双稳态电磁开关的另一个第一输入端连接到电路控制器的另一个电源输入端子，并且机械双稳态电磁开关的一个第一输出端连接到电路控制器的另一个电源输出端子。在本发明中，采用光耦继电器控制机械双稳态电磁开关的开关切换动作。因此，极大地降低了电路控制器的功耗，使得基于纽扣电池供电的物联网控制节点成为可能。

Description

电路控制器和物联网
技术领域
本发明涉及一种电路控制器，尤其涉及一种超低功耗的电路控制器。
背景技术
近年来物联网迅速发展，但是，在现有的物联网的应用中，基于继电器或可控硅的交流或直流负载控制器的功耗过高，成为物联网进一步发展的一个技术瓶颈。通常继电器开启需要400mW以上的直流功耗，可控硅开启也需要10mW以上的直流控制功耗，因此，通常需要额外的AC/DC电路给控制回路供电。这样，不仅增加了成本，而且额外增加了约100mW的功耗。对于数以十亿或百亿计的物联网设备来讲，无疑是一个巨大的能源浪费。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
本发明的一个目的在于提供一种电路控制器，其具有超低的功耗。
根据本发明的一个方面，提供一种电路控制器，包括：机械双稳态电磁开关，具有一对第一输入端和一个第一输出端；和常开式光耦继电器，具有一对第二输入端和一对第二输出端。所述电路控制器具有用于连接到供电线路上的一对电源输入端子、用于连接到负载上的一对电源输出端子和用于连接到控制信号源上的一对控制信号输入端子；所述常开式光耦继电器的所述一对第二输入端分别连接到所述一对控制信号输入端子；所述常开式光耦继电器的一个第二输出端连接到所述电路控制器的一个电源输入端子和一个电源输出端子，并且所述常开式光耦继电器的另一个第二输出端连接到所述机械双稳态电磁开关的一个第一输入端；所述机械双稳态电磁开关的另一个第一输入端连接到所述电路控制器的另一个电源输入端子，并且所述机械双稳态电磁开关的所述一个第一输出端连接到所述电路控制器的另一个电源输出端子。
根据本发明的一个实例性的实施例，当通过所述一对第一输入端向所述机械双稳态电磁开关提供一个脉冲输入信号时，所述机械双稳态电磁开关被从断开状态和闭合状态中的一种状态切换到另一种状态；并且当通过所述一对第二输入端向所述常开式光耦继电器提供一个控制信号时，所述常开式光耦继电器的一对第二输出端被相互导通。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述机械双稳态电磁开关包括电磁线圈和开关元件；并且所述电磁线圈的一端连接到所述机械双稳态电磁开关的所述一个第一输入端，并且所述电磁线圈的另一端连接到所述机械双稳态电磁开关的所述另一个第一输入端；并且所述开关元件的一端连接到所述机械双稳态电磁开关的所述另一个第一输入端，并且所述开关元件的另一端连接到所述机械双稳态电磁开关的所述一个第一输出端。
根据本发明的另一个实例性的实施例，当通过所述一对第一输入端向所述机械双稳态电磁开关提供一个脉冲输入信号时，所述电磁线圈会产生电磁场，驱动所述开关元件从断开状态或闭合状态中的一种状态切换到另一种状态。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电路控制器的所述一对电源输入端子用于连接到交流供电线路上；并且所述电路控制器的所述一对控制信号输入端子用于连接到直流控制信号源上。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电路控制器的所述一对电源输入端子用于连接到直流供电线路上。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电路控制器的所述一个电源输入端子用于连接到所述交流供电线路的火线上；所述电路控制器的所述另一个电源输入端子用于连接到所述交流供电线路的零线上；所述电路控制器的所述一个电源输出端子用于连接到所述负载的正极端；并且所述电路控制器的所述另一个电源输出端子用于连接到所述负载的负极端。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电路控制器的所述一对电源输入端子用于连接到220V的交流供电线路上。
根据本发明的另一个方面，提供一种物联网，包括：前述电路控制器；负载；和供电线路。所述电路控制器的所述一对电源输入端子连接到交流供电线路上，所述电路控制器的所述一对电源输出端子分别连接到所述负载的正极端和负极端上，并且所述电路控制器的所述一对控制信号输入端子连接到直流控制信号源上。
根据本发明的一个实例性的实施例，所述直流控制信号源由纽扣电池供电。
在本发明前述各个实例性的实施例的电路控制器中，其利用光耦继电器控制机械双稳态电磁开关的开关切换动作，并且机械双稳态电磁开关不需要额外的直流电源来驱动，而是直接由负载电源驱动。由于光耦继电器的功耗通常在2mW以下，并且机械双稳态电磁开关的驱动不消耗额外的直流电能。因此，极大地降低了电路控制器的功耗，因此，能够使用纽扣电池向光耦继电器提供控制信号(供电)，使得基于纽扣电池供电的物联网控制节点成为可能。
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的电路控制器；和
图2显示根据本发明的一个实例性的实施例的物联网的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
根据本发明的一个总体技术构思，提供一种电路控制器，包括：机械双稳态电磁开关，具有一对第一输入端和一个第一输出端；和常开式光耦继电器，具有一对第二输入端和一对第二输出端。所述电路控制器具有用于连接到供电线路上的一对电源输入端子、用于连接到负载上的一对电源输出端子和用于连接到控制信号源上的一对控制信号输入端子；所述常开式光耦继电器的所述一对第二输入端分别连接到所述一对控制信号输入端子；所述常开式光耦继电器的一个第二输出端连接到所述电路控制器的一个电源输入端子和一个电源输出端子，并且所述常开式光耦继电器的另一个第二输出端连接到所述机械双稳态电磁开关的一个第一输入端；所述机械双稳态电磁开关的另一个第一输入端连接到所述电路控制器的另一个电源输入端子，并且所述机械双稳态电磁开关的所述一个第一输出端连接到所述电路控制器的另一个电源输出端子。
图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的电路控制器10；和图2显示根据本发明的一个实例性的实施例的物联网的示意图。
在本发明的一个实例性的实施例中，公开了一种电路控制器10。如图1所示，该电路控制器10主要包括一个机械双稳态电磁开关100和一个常开式光耦继电器200。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，机械双稳态电磁开关100具有一对第一输入端101、102和一个第一输出端103。常开式光耦继电器200具有一对第二输入端211、212和一对第二输出端221、222。
在本发明的一个实例性的实施例中，如图1和图2所示，电路控制器10具有用于连接到供电线路L1、L2上的一对电源输入端子1、2、用于连接到负载300上的一对电源输出端子3、4和用于连接到控制信号源(未图示)上的一对控制信号输入端子5、6。
请继续参见图1和图2，在图示的实施例中，常开式光耦继电器200的一对第二输入端211、212分别连接到一对控制信号输入端子5、6。常开式光耦继电器200的一个第二输出端221连接到电路控制器10的一个电源输入端子1和一个电源输出端子3。常开式光耦继电器200的另一个第二输出端222连接到机械双稳态电磁开关100的一个第一输入端101。机械双稳态电磁开关100的另一个第一输入端101连接到电路控制器10的另一个电源输入端子2。机械双稳态电磁开关100的一个第一输出端103连接到电路控制器10的另一个电源输出端子4。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，机械双稳态电磁开关100包括壳体、容纳在壳体中的电磁线圈110、开关元件120和一些其它机械部件。由于机械双稳态电磁开关100是一种现有的产品，为了简洁起见，这里不再对其具体结构进行详细说明。下面仅简单介绍一下机械双稳态电磁开关100的工作原理。
机械双稳态电磁开关100的工作原理如下：如图1和图2所示，在图示的实施例中，当通过一对第一输入端101、102向机械双稳态电磁开关100提供一个输入信号(例如，电压为220V、脉冲宽度为10ms的交流脉冲信号)时，机械双稳态电磁开关100的电磁线圈110产生电磁场，在该电磁场的作用下，开关元件120被从断开状态和闭合状态中的一种状态切换到另一种状态(即，机械双稳态电磁开关100执行一次开关切换动作)。
常开式光耦继电器200也是一种现有的产品，为了简洁起见，这里不再对其具体结构进行详细说明。下面仅简单介绍一下常开式光耦继电器200的工作原理。
常开式光耦继电器200的工作原理如下：如图1和图2所示，在图示的实施例中，当通过一对第二输入端211、212向常开式光耦继电器200提供一个控制信号(例如，电流为1mA、脉冲宽度为10ms的直流脉冲控制信号)时，常开式光耦继电器200的一对第二输出端221、222被相互导通。当停止向常开式光耦继电器200的一对第二输入端211、212提供控制信号时，常开式光耦继电器200的一对第二输出端221、222被相互断开。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，电磁线圈110的一端连接到机械双稳态电磁开关100的一个第一输入端101，并且电磁线圈110的另一端连接到机械双稳态电磁开关100的另一个第一输入端102。开关元件120的一端连接到机械双稳态电磁开关100的另一个第一输入端102，并且开关元件120的另一端连接到机械双稳态电磁开关100的一个第一输出端103。
在图示的实施例中，如图1和图2所示，当需要向负载300供电时，只需要通过一对第二输入端211、212向常开式光耦继电器200提供一个控制信号(例如，电流为1mA、脉冲宽度为10ms的直流脉冲控制信号)，这样，常开式光耦继电器200的一对第二输出端221、222被相互导通。一旦一对第二输出端221、222被相互导通，械双稳态电磁开关100的电磁线圈110的两端就被电连通到供电线路L1、L2上，这样，供电线路L1、L2将通过一对第一输入端101、102向机械双稳态电磁开关100提供一个输入信号(例如，电压为220V、脉冲宽度为10ms的交流脉冲信号)，这样，机械双稳态电磁开关100的电磁线圈110会产生电磁场，在该电磁场的作用下，开关元件120被从断开状态切换到闭合状态。一旦开关元件120被切换到闭合状态，负载300的正极端301和负极端302就被电连通到供电线路L1、L2上，供电线路L1、L2就向负载300提供电力。
在图示的实施例中，如图1和图2所示，当需要停止向负载300供电时，只需要通过一对第二输入端211、212向常开式光耦继电器200再次提供一个控制信号，这样，械双稳态电磁开关100的开关元件120就会从闭合状态切换到断开状态，从而使负载300从供电线路L1、L2上断开。
在本发明的一个实例性的实施例中，如图1和图2所示，电路控制器10的一对电源输入端子1、2适于连接到交流供电线路L1、L2上；并且电路控制器10的一对控制信号输入端子5、6用于连接到直流控制信号源上。
在本发明的一个实例性的实施例中，如图1和图2所示，电路控制器10的一对电源输入端子1、2用于连接到220V的交流供电线路L1、L2上。
但是，请注意，本发明不局限于图示的实施例，电路控制器10的一对电源输入端子1、2也适于连接到直流供电线路上。
请继续参见图2，在图示的实施例中，电路控制器10的一个电源输入端子1连接到交流供电线路L1、L2的火线L1上；电路控制器10的另一个电源输入端子2连接到交流供电线路L1、L2的零线L2上；电路控制器10的一个电源输出端子3连接到负载300的正极端301；并且电路控制器10的另一个电源输出端子4连接到负载300的负极端302。
在本发明的一个实例性的实施例中，与电路控制器10的一对控制信号输入端子5、6连接的直流控制信号源由纽扣电池供电。
在本发明前述各个实例性的实施例的电路控制器10中，其利用光耦继电器200控制机械双稳态电磁开关100的开关切换动作，并且机械双稳态电磁开关100不需要额外的直流电源来驱动，而是直接由负载电源(即图中的交流供电线路L1、L2)驱动。由于光耦继电器200的功耗通常在2mW以下，并且机械双稳态电磁开关100的驱动不消耗额外的直流电能。因此，极大地降低了电路控制器10的功耗。
图2显示了物联网一个控制节点处的负载电路。如图2所示，电路控制器10的一对电源输入端子1、2连接到交流供电线路L1、L2上。电路控制器10的一对电源输出端子3、4分别连接到负载300的正极端301和负极端302上。电路控制器10的一对控制信号输入端子5、6连接到直流控制信号源上。
在本发明的一个实例性的实施例中，直流控制信号源适于输出电流小于1mA的直流脉冲控制信号。
与现有技术中的用于控制负载回路断开和闭合的双稳态继电器相比，本发明的各个实施例公开的电路控制器(下面称为复合式电路控制器)至少具有如下优点：
1)极低的驱动功耗
一般的双稳态继电器驱动功率要求400mW以上，而本发明的复合式电路控制器驱动功率2mW以下(包括相关的限流限压电阻功耗)，按每天100次总开关，每次10ms，平均功耗仅为0.023uW。
2)简单的接口
一般的双稳态继电器需要两或三个控制信号，由于电流较大，一般需要300mA以上(3V供电)，普通的单片机管脚无法输出这么大的电流，需要额外的全桥或两个三极管驱动电路实现控制，并且这么大的电流对纽扣电池的选型和要求都比较高。而本发明的复合式电路控制器仅需要通过I、O引脚(即，电路控制器10的一对第二输入端211、212)提供一个1mA的脉冲电流即可，可以直接与普通单片机管脚连接。
3)优良的抗干扰性
由于采用机械式电磁开关，需要较大的功率才可以驱动开关状态，普通的干扰无法触发开关行为。在负载由交流供电线路供电时，交直流信号隔离，降低了交流线上的噪声对系统的影响。
4)支持大功率设备的开关
机械式开关可以支持16A以上的交流负载。
5)成本低、绿色环保
没有AC/DC模块的待机消耗和成本。
本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims (10)

1.一种电路控制器，其特征在于，包括：
机械双稳态电磁开关(100)，具有一对第一输入端(101、102)和一个第一输出端(103)；和
常开式光耦继电器(200)，具有一对第二输入端(211、212)和一对第二输出端(221、222)，
其中，所述电路控制器(10)具有用于连接到供电线路(L1、L2)上的一对电源输入端子(1、2)、用于连接到负载(300)上的一对电源输出端子(3、4)和用于连接到控制信号源上的一对控制信号输入端子(5、6)；
其中，所述常开式光耦继电器(200)的所述一对第二输入端(211、212)分别连接到所述一对控制信号输入端子(5、6)；
其中，所述常开式光耦继电器(200)的一个第二输出端(221)连接到所述电路控制器(10)的一个电源输入端子(1)和一个电源输出端子(3)，并且所述常开式光耦继电器(200)的另一个第二输出端(222)连接到所述机械双稳态电磁开关(100)的一个第一输入端(101)；
其中，所述机械双稳态电磁开关(100)的另一个第一输入端(101)连接到所述电路控制器(10)的另一个电源输入端子(2)，并且所述机械双稳态电磁开关(100)的所述一个第一输出端(103)连接到所述电路控制器(10)的另一个电源输出端子(4)。
2.根据权利要求1所述的电路控制器，其特征在于：
当通过所述一对第一输入端(101、102)向所述机械双稳态电磁开关(100)提供一个脉冲输入信号时，所述机械双稳态电磁开关(100)被从断开状态或闭合状态中的一种状态切换到另一种状态；并且
当通过所述一对第二输入端(211、212)向所述常开式光耦继电器(200)提供一个控制信号时，所述常开式光耦继电器(200)的一对第二输出端(221、222)被相互导通。
3.根据权利要求2所述的电路控制器，其特征在于：
所述机械双稳态电磁开关(100)包括电磁线圈(110)和开关元件(120)；并且
所述电磁线圈(110)的一端连接到所述机械双稳态电磁开关(100)的所述一个第一输入端(101)，并且所述电磁线圈(110)的另一端连接到所述机械双稳态电磁开关(100)的所述另一个第一输入端(102)；并且
所述开关元件(120)的一端连接到所述机械双稳态电磁开关(100)的所述另一个第一输入端(102)，并且所述开关元件(120)的另一端连接到所述机械双稳态电磁开关(100)的所述一个第一输出端(103)。
4.根据权利要求3所述的电路控制器，其特征在于：
当通过所述一对第一输入端(101、102)向所述机械双稳态电磁开关(100)提供一个脉冲输入信号时，所述电磁线圈(110)会产生电磁场，驱动所述开关元件(120)从断开状态或闭合状态中的一种状态切换到另一种状态。
5.根据权利要求1所述的电路控制器，其特征在于：
所述电路控制器(10)的所述一对电源输入端子(1、2)用于连接到交流供电线路(L1、L2)上；并且
所述电路控制器(10)的所述一对控制信号输入端子(5、6)用于连接到直流控制信号源上。
6.根据权利要求1所述的电路控制器，其特征在于：
所述电路控制器(10)的所述一对电源输入端子(1、2)用于连接到直流供电线路(L1、L2)上。
7.根据权利要求5所述的电路控制器，其特征在于：
所述电路控制器(10)的所述一个电源输入端子(1)用于连接到所述交流供电线路(L1、L2)的火线(L1)上；
所述电路控制器(10)的所述另一个电源输入端子(2)用于连接到所述交流供电线路(L1、L2)的零线(L2)上；
所述电路控制器(10)的所述一个电源输出端子(3)用于连接到所述负载(300)的正极端(301)；并且
所述电路控制器(10)的所述另一个电源输出端子(4)用于连接到所述负载(300)的负极端(302)。
8.根据权利要求7所述的电路控制器，其特征在于：
所述电路控制器(10)的所述一对电源输入端子(1、2)用于连接到220V的交流供电线路(L1、L2)上。
9.一种物联网，其特征在于，包括：
前述任一项权利要求所限定的电路控制器(10)；
负载(300)；和
供电线路(L1、L2)，
其中，所述电路控制器(10)的所述一对电源输入端子(1、2)连接到交流供电线路(L1、L2)上，
其中，所述电路控制器(10)的所述一对电源输出端子(3、4)分别连接到所述负载(300)的正极端(301)和负极端(302)上，并且
其中，所述电路控制器(10)的所述一对控制信号输入端子(5、6)连接到直流控制信号源上。
10.根据权利要求9所述的物联网，其特征在于：所述直流控制信号源由纽扣电池供电。
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