CN106681207A - 一种单片机电源开关兼换挡模块及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种单片机电源开关兼换挡模块及其控制方法，通过电源开关兼作多路交流通断控制，它主要由220V交流转5V的工作电源、单片机、二极管D、断电瞬间供电电容C、若干电阻、固态继电器SSR组成；本发明充分发掘新型单片机潜在功能，以精简的方式将单片机与无触点SSR交流过零开关或双向可控硅结合构成通用电子模块，用于对常用简单电器实现电源开关兼调亮、调速、或调温。仅用一只电源开关兼调档，使结构简单、操作方便、可靠性高。由于方法设计合理，即使有4档以上的多档轮换，操作体验仍很好，包括按一次开关在两个预存档中切换；刚开启恢复到最近用过的档。

Description

一种单片机电源开关兼换挡模块及其控制方法

技术领域

本发明涉及照明灯亮度控制及家用电器控制领域，尤其涉及一种单片机电源开关兼换挡模块及其控制方法。

背景技术

仅用一只普通电源开关调灯光或电扇风速，具有结构简单、安装方便。目前实现这种控制的模块很少，特别是要求功能完善的。然而当前是微处理器(MCU)控制的鼎盛时期，新型单片机除具有典型的微处理器功能外，还大量集成了常用典型功能部件(如电压检测、ADC、通讯接口、断电数据保存、定时器、PWM输出、设置输入输出驱动结构)，且外围电路几乎全没了(如晶振电路、上电复位电路)，再加上价格低廉(如国产宏晶STC15F104系列8脚单片机才1元左右)，使这种单片机充当专用IC条件具备，关键是要选对品种、用足功能、以最小的成本、体积、设计出连接方便的通用模块。

本发明充分利用了国产宏晶STC 15系列单片机具有掉电微功耗模式带定时退出功能、电源脚低压检测及中断功能、内带断电非易失存贮器EEPROM使历史状态断电保存、以及不用晶振电路、上电复位电路，使除了正负电源脚外的所有引脚都是IO口，这对简洁的8脚单片机尤为重要。用这种单片机控制无触点SSR交流过零开关或双向可控硅，做成通用电子模块，使原基本电器改为用电源开关兼调档的电器很方便。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种单片机电源开关兼换挡模块及其控制方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种单片机电源开关兼换挡模块，通过电源开关兼作多路交流通断控制，它主要由220V交流转5V的工作电源、单片机、二极管D、断电瞬间供电电容C、若干电阻、固态继电器SSR组成；电源开关串联在工作电源输入进线中；工作电源的5V输出+端与二极管D正极相连，二极管D负极和电容C的正端都同单片机电源+连接，电容C的负端、单片机的电源-端G、工作电源的5V输出-端连在一起接地；若干单片机I/O口Pk.n串电阻R接各固态继电器SSR，即电阻R的一端接单片机I/O口Pk.n，另一端接固态继电器SSR的输入二极管负极，固态继电器SSR的输入二极管正极接工作电源的5V输出+端，固态继电器SSR的另一边的过零交流开关输出端作为单片机电源开关兼换挡模块的输出，即交流通断控制连接点。

本发明还提供一种单片机电源开关兼换挡模块，通过电源开关兼作多路交流通断控制，其特征在于，它主要由220V交流转5V的工作电源、单片机、二极管D、断电瞬间供电电容C、若干电阻、继电器组成；电源开关串联在工作电源输入进线中；工作电源的5V输出+端与二极管D正极相连，二极管D负极和电容C的正端都同单片机电源+连接，电容C的负端、单片机的电源-端G、工作电源的5V输出-端连在一起接地；继电器线圈的一端接单片机I/O口Pk.n，另一端接工作电源的5V输出+端，继电器线圈两端还应并联接二极管，用于吸收断开瞬间浪涌电流；继电器触点输出即为单片机电源开关兼换挡模块的输出。

本发明还提供一种单片机电源开关兼换挡模块，通过电源开关兼作多路交流通断控制，它主要由220V交流转5V的工作电源、单片机、二极管D、断电瞬间供电电容C、若干电阻、若干双向可控硅组成；电源开关串联在工作电源输入进线中；工作电源的5V输出+端与二极管D正极相连，二极管D负极和电容C的正端都同单片机电源+连接，电容C的负端、单片机的电源-端G、工作电源的5V输出-端连在一起接地；各双向可控硅的T1极连在一起接工作电源的5V输出-端，各双向可控硅的门极G均串有一个电阻R3连接单片机I/O口Pk.n，各双向可控硅的T2极是输出端。

进一步的，所述固态继电器SSR的输出端还可连接大功率双向可控硅，大功率双向可控硅作为交流通断控制连接点输出，固态继电器SSR的一个输出端与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端和电阻R1的一端均接双向可控硅门极G，电阻R1的另一端接双向可控硅T1极，双向可控硅T2极与固态继电器SSR的另一个输出端相连，双向可控硅T1、T2极就是大电流交流通断控制连接点输出。

所述大功率双向可控硅指负载电流大于所述固态继电器SSR及负载电流2A以上带散热板的塑封管。

进一步的，对9V以上的继电器或励磁电流在20mA以上的继电器，增加NPN型晶体管及隔离高于单片机工作电压的9V以上电源，NPN型晶体管的发射极接工作电源的5V输出-端，NPN型晶体管的集电极接继电器线圈，继电器线圈的另一端接9V以上电源+，继电器线圈两端还应并联接二极管吸收断开瞬间浪涌电流，NPN型晶体管的基极串电阻R接单片机Pk.n。

所述9V以上电源可以是开关电源的另一个电压输出，也可以是电容降压型电源先输出9V以上的直流电压，接着经降压稳压得工作电源(2)的5V输出。

进一步的，对双向可控硅触发电流在20mA以上的，增加PNP型晶体管作驱动，PNP型晶体管的发射极接工作电源的5V输出+端，晶体管的集电极与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端和电阻R13的一端均接双向可控硅的门极G，电阻R13的另一端接双向可控硅T1极，双向可控硅T1极接工作电源的5V输出-端，晶体管的基极与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接单片机Pk.n。

进一步的，所述断电瞬间供电电容C的容量取值要求为当单片机进入停机微功耗模式时保持约1秒供电，所述单片机首选具有停机微功耗模式带定时退出功能的单片机，或单片机选有IDLE空闲模式能响应定时器中断的；

所述单片机电源脚具有低压检测或中断功能；

所述单片机若采用国产宏晶STC 15系列单片机，其电源脚低压检测阈值可选产品所具有的高电压值设定；

所述单片机内带断电非易失存贮器EEPROM、单片机可取消/无外部晶振电路和上电复位电路。

进一步的，还包括讯响灯，所述讯响灯是LED指示灯，LED指示灯同单片机I/O口Pk.n连接；或，讯响灯是蜂鸣器，蜂鸣器同单片机I/O口Pk.n连接；或，各档都有LED指示灯、及再包括通电指示灯；或，LED显示屏，此时用若干单片机I/O口Pk.n连接若干LED指示灯或LED显示屏；

若讯响灯包括通电指示灯，通电指示灯既可接在220V交流转5V工作电源的5V输出端，也可串电阻接在220V交流转5V工作电源的高压输入端；

所述电源开关可以是带锁按钮、船型开关、拔动开关、旋钮开关或拉线开关。

本发明还提供一种建立在上述的单片机电源开关兼换挡模块硬件基础上的控制方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

电源开关的快速关断又开启作为换挡操作，具体步骤如下：所述单片机根据电源开关的一次关断又开启，且断电时间少于1秒，确定为换挡操作，简称“短关”，首次短关总是换挡到上次预存的档位；

紧接着再短关，增加一档；不断短关，逐档递增；到最高档时，讯响灯亮或嘀声响一下，再后即为最低档，依次轮换；

到某档停住不变超过1秒，该档即为最近预存；关掉时间超过1秒后下次开启就恢复到最近预存档，不改变预存；若短关换挡，新的档又为最近预存，前面的最近预存变为上次预存，供随时按一下短关就切换到上次预存档；

分档多时，可设置多个预存档；

预存就是将调档数据保存在单片机内带的断电非易失存贮器EEPROM中。

对分档在3档或3档以下的，可简化为：短关就是增加一档的操作，到最高档时，讯响灯亮或嘀声响一下，再后即为最低档，依次轮换；可要求关掉后下次开启总是恢复到上次用过的档位。

本发明的有益效果是：以精简的方式将单片机与无触点SSR交流过零开关或双向可控硅结合构成通用电子模块，用于对常用简单电器实现电源开关兼调亮、调速、或调温。仅用一只电源开关兼调档，使结构简单、操作方便、可靠性高。由于方法设计合理，即使有4档以上的多档轮换，操作体验仍很好，包括按一次开关在两个预存档中切换；刚开启恢到复最近用过的档。

附图说明

图1是单片机电源开关兼换挡模块的基本构成图；

图2是单片机电源开关兼换挡模块的控制扩展图；

图中：1、电源开关；2、220V交流转5V工作电源；3、讯响灯；4、5V输出+端；5、单片机I/O口Pk.n；6、交流通断控制连接点；7、双向可控硅功率扩展；8、单片机电源+；9、继电器触点输出；10、双向可控硅交流3选1输出；11、晶体管驱动增强；12、电器电源接入点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例：

单片机电源开关兼换挡模块主要由220V交流转5V工作电源2、单片机、交流通断控制6、讯响灯3组成。电源开关1串联在电源输入进线中。220V交流转5V工作电源2的5V输出+端4通过二极管D单向供电单片机电源+8，并连接断电瞬间供电电容C，即二极管D正极接5V输出+端4，二极管D负极和电容C的正端都同单片机电源+8连接，C的负端、单片机的电源-端G、5V输出-端连在一起接地。若干单片机I/O口Pk.n5串电阻R接各固态继电器SSR，即电阻R一端接单片机Pk.n、一端接固态继电器SSR的输入二极管负极，固态继电器SSR的输入二极管正极接5V输出+端4，固态继电器SSR另一边的过零交流开关输出端就是该模块的输出：交流通断控制连接点6。

220V交流转5V工作电源2形态丰富，常用或典型的及特点如下：

耐压400V、0.47-1uF电容降压接桥式整流，不用高频变压器、电路简单，成本低。5V稳压可用并联型，直接用一只1W5V稳压管接在桥式整流输出正负端，也就是并联在桥式整流输出的滤波电解电容两端。注意，电容降压接通220V瞬间有大冲击电流，降压电容必须串100-500欧的限流电阻；前面所述5V稳压管必须是1W。或先输出12V或24V(为适用一些继电器)，用1W稳压管或压敏电阻稳压兼抗冲击，然后再用三端稳压器，如7805、7550、7144、AMS1117，降至5V。

电容降压桥式整流型220V交流转5V工作电源2，因无隔离，不能配双向可控硅10、晶体管驱动增强11的交流通断控制输出结构，见图2(a)和(b)。

还有一种更简单的电容降压电路，不用桥式整流，改用一只整流二极管加一只稳压管兼整流，同样，稳压管必须是1W；降压电容必须串100-500欧的限流电阻。这种电路，同样容量的降压电容，输出电流只有一半，但可配小电流触发的双向可控硅，图2(b)中双向可控硅10的交流通断控制输出结构(两根220V交流供电线中有一根同5V输出-端【地】是直通的)。

非隔离降压开关电源(芯片型号如XL5003)，因不用高频隔离变压器，效率高，在LED灯中大量使用。这种非隔离降压开关电源，只要将电路改成5V输出-端【地】与一根220V交流供电线是直通的就可配双向可控硅10、晶体管驱动增强11的交流通断控制输出结构，见图2(a)和(b)。具体改法是，220V交流用一只整流二极管半波整流，串20-100欧的限流电阻，后接耐压400V滤波电解电容。因单片机及双向可控硅触发电流不大，220V交流用半波整流配400V、4.7uF电解电容滤波很经济。

最常见的各种隔离型5V开关电源(如充电器、LED灯电源小模块)，当然是这里作为220V交流转5V工作电源2的首选，能方便地同各种交流通断控制器件连接，包括大功率双向可控硅。还可提供5V、12V常用工作电压输出。当然220V交流供电输入端也要串20-100欧的限流电阻抗通电瞬间大电流冲击。

之所以220V交流转5V工作电源2的5V输出+端4要通过二极管D单向供电单片机电源+8，即用二极管D单向供电，这就是本发明的关键点：靠(电源开关1)断电来控制。断电时，供电很快消失，由于二极管D单向导电性，不会漏掉单片机电源+8所接的电源滤波电容C的储电，所以该单片机电源滤波电容C在此时变为断电瞬间供电电容C，其容量取值要求为当单片机进入掉电微功耗模式时能保持约1秒供电。更具体的断电瞬间执行过程是：单片机本身运行有不小的耗电，断电后接有滤波电容C的单片机的工作电压(图1中的8) 也很快下降，被单片机的低压检测功能检测到，并启动低压中断功能程序使单片机进入停机微功耗模式(因翻译习惯，一直叫“掉电模式”)(包括关掉所有耗电端口)，此时单片机的工作电压下降就很缓慢了，并每隔百毫秒自动超时退出停机微功耗模式检测供电是否已恢复正常。若已正常，则表示出现了一次断电控制，供程序根据要求执行控制。若仍为低压状态，则继续进入停机微功耗模式等超时再退出检测供电状态。若超过近1秒仍未恢复供电(断电瞬间供电电容C仅维持1秒供电，超过1秒单片机就不工作了，下次来电就是冷启动)，那就不是断电控制，就是关掉了。这里用到了新型单片机的停机微功耗模式带定时退出功能、电源脚低压检测及中断功能，国产宏晶STC 15系列单片机不仅具有这些功能，且电源脚低压检测阈值是可设定的，设得高、能早发现断电，编程更宽裕灵活。具体关于电源脚低压检测及中断功能，详见宏晶STC15F2K60S2单片机产品手册。因此，外部就不需要设计断电检测取样电路了。

注意，关于单片机的停机微功耗模式(文献资料一直叫“掉电模式”)，不要按字面误以为只要电源脚的工作电压低到一定程度就会自然进入掉电微功耗模式。其实早在30年前的鼻祖8031系列(及后来的ATMEL89系列)单片机就已经有了该微功耗模式，符号是PD，即Power Down(掉电)，它必须通过执行指令才能进入这种最不耗电的“非死机”模式，所谓“非死机”，即它已经是停机了，但还能响应一些事件触发中断、退出PD模式回到正常指令执行状态。特别是这里所说的新型单片机的PD模式(本文直接改称“停机微功耗模式”)具有带定时自动退出PD模式功能，使编程检测断电状态特别方便，外围电路就多了一只二极管D，断电供电电容C是本来就必须的电源滤波电容，也正是因为PD模式的微功耗，才使得C的体积可小到米粒大。关于具体PD模式带定时自动退出设置，详见宏晶STC15F2K60S2单片机产品手册。

对停机微功耗模式没有定时自动退出功能的单片机，可用空闲IDL模式配合定时器中断，但此时断电供电电容C要加大(但体积仍可小于绿豆)。IDLE空闲模式耗电在0.1mA以下，能响应定时器溢出中断。

这里所用的是新型单片机，除二电源脚+/-外，可以全部都是I/O口Pk.n脚(图1中5)。对宏晶STC15系列，k＝0-5,即端口P0-P5；n＝0-7，即口线位bit Pk.0-Pk.7。因此，新型单片机不仅把IC芯片上的脚(除二电源脚+/-外)都留作I/O脚，且支撑单片机运行的辅助电路全取消了(如晶振电路、上电复位电路)。

单片机控制交流通断的理想方式是用固态继电器SSR过零交流开关(继电器有机械触点，寿命短、体积大、驱动电流大，应淘汰)，图1交流通断控制连接点6中的SSR就是这种，SSR的型号可用TLP3063或MOC3063，其输入端的发光二极管的驱动电流可小于5mA，对220V交流转5V工作电源2的要求很低，适用于400V 0.47uF电容降压接桥式整流，这里也用到了SSR的光耦隔离结构。

SSR 3063输出端的电流只有1A，只能控制100W以下的交流电器。

若干单片机I/O口Pk.n 5串电阻R接各固态继电器SSR，即电阻R一端接单片机Pk.n、一端接固态继电器SSR的输入二极管负极，固态继电器SSR的输入二极管正极接5V输出+端4，固态继电器SSR另一边的过零交流开关输出端就是该模块的输出：交流通断控制连接点6。这些都是图1所述的基本构成及连接关系，但交流通断控制连接点6能承受的电流只有1A，只能控制100W以下的交流电器，为扩大负载功率，图2(c)双向可控硅功率扩展7增加了大功率双向可控硅作为交流通断控制连接点，加上R1、R2使工作状态更安全。

对历史悠久的继电器，因习惯性还是有人喜欢选用，图2(d)继电器触点输出9就是继电器触点组输出方案，其线圈的一端直接连单片机Pk.n，另一端接5V输出+端4，继电器线圈两端还应并联接二极管吸收断开瞬间浪涌电流。

以上SSR输出6、或SSR带大功率双向可控硅输出7、继电器触点组输出9都是连接自由的独立交流通断控制连接点(输出)。

图2(b)双向可控硅交流3选1输出10所示的是直接用多个双向可控硅构成的多选一交流开关组。这种方案显然更简单，但要求所有双向可控硅的公共接地点与一根220V交流供电进线是直接连接的(交流选通公共端)，并且双向可控硅的公共接地点也就是5V输出-端【地】，这点虽然非桥式整流型电容降压或半波整流型非隔离降压开关电源能满足，但1A以上的双向可控硅，特别是多个时，触发电流要求很大，这两类电源仍很难适用，还是以用隔离型降压开关电源为主。各双向可控硅的门极(触发极)经电阻R3与单片机Pk.n连接。各双向可控硅的另一端即为交流选通端(输出)。

这种多选一交流开关组的典型应用是常用交流电扇的调速。双向可控硅的公共连接端(交流选通公共端)代替原分档开关的选择点，各双向可控硅的交流选通端代替原分档开关的被选择点，即接电机绕组的各抽头。

注意，一般原电器可接在电源进线上的电源开关1的后面，如图1电器电源接入点12(电器电源接入点)所示。但对100W以上的大功率电器(或开机时有冲击电流大的电器)，电源进线应该设计在电源开关1之前，避免电器的大启动电流烧坏(开关兼调档的)电源开关1。特别是有了单片机带(通电) 指示灯，加上以上所述的交流通断输出形态：SSR输出6、或SSR带大功率双向可控硅输出7、继电器触点组输出9、双向可控硅构成的多选一输出10，电器电源进线可方便、可靠地设计接在电源开关1之前。

上面已讲到1A以上的双向可控硅需要较大的触发电流，5A以上的双向可控硅需要更大的触发电流，会超出单片机Pk.n的驱动能力，需要用晶体管增加驱动能力，如图2(a)晶体管驱动增强11所示。这里PNP型晶体管的发射极接5V输出+端，晶体管的集电极串R12接双向可控硅的门极(触发极)，晶体管的基极串R11接单片机Pk.n。类似图2(a)晶体管驱动增强11，还会要求用NPN型晶体管增加驱动能力兼单片机高压隔离，例如要接12V以上的继电器，这时NPN型晶体管的发射极接5V输出-端【地】，NPN型晶体管的集电极接继电器线圈一端，继电器线圈另一端接12V以上的电源+(继电器线圈两端还应并联接二极管吸收断开瞬间浪涌电流)，NPN型晶体管的基极串电阻接单片机Pk.n。

注意，对白炽灯调亮、电热器调温，只要一路SSR输出6、或SSR带大功率双向可控硅输出7、或双向可控硅输出10。具体由单片机程控N*0.02秒通、M*0.02秒断这种间隔导通实现，N、M是大于1的整数，N越大于M就越亮或功率越大。0.02秒是220V交流50周波的一个波的周期时间。

单片机I/O口Pk.n还连接讯响灯3，其功能为，当调到最高档时，讯响灯3亮或嘀声蜂鸣器响一下，让用户知道这是最高档，再调就变最低档。

讯响灯3可以是LED指示灯，也可改为嘀声蜂鸣器，或各档都有LED指示灯(特别适用于电扇、电热器)或各种显示屏，此时包括用若干单片机I/O口Pk.n5连接若干LED指示灯或显示屏。

讯响灯3也可再增加一只通电指示灯，特别适用于电扇、电热器这种对开关通断状态不能即时直观反映的电器控制。通电指示灯既可接在220V交流转5V工作电源2的5V输出端(一般要串电阻)，也可串电阻接在220V交流转5V工作电源2的高压输入端。

电源开关1串联在电源输入进线中，可以是带锁按钮、船型开关、拔动开关、旋钮开关、或拉线开关。

控制方法设计得合理是操作体验好的关键。本发明为解决(一个通断开关)多档选择操作繁的问题，引入两个自动预存档，短关一次就切换到上个预存档。连续短关就是从上个预存档开始逐档递增，到最高档时，讯响灯3亮，再后即为最低档，依次轮换。所谓“短关”是指(开关断电)关时间少于1秒(后又即开通)的。“短关一次”与“连续短关”的区别是“短关一次”后就停住不变了(通电时间超过1秒)；“连续短关”指相邻的两次短关间的通电时间不到1秒的。只要改变了档位，(稳定不变后超过1秒)新的档就自动进入最近预存，前面的最近预存变为上次预存，供随时短关切换到上次预存档(内部设计就是首次短关总是切换到上次预存档。短关一次也就是首次短关)。

最近用过的两档就是最近预存档及上次预存档。关后(1秒以上)下次开启总是恢复到最近预存档(这个不改变预存)；凡短关总是从上次预存档开始。

注意，这种调档随时都可进行，并非仅在刚开启时有效。

虽然可对分档在3档以下的(主要指3档)，电源开关(1)的操作可简化为只有“短关”(增加一档)，但这与上面的定义也不矛盾。下次开启总是恢复到最近用过的档也可保留。对灯调光分档在3档以下的讯响灯(3)可去消不用。

分档多，可引入多个预存切换是简化操作的方法。

预存就是将调档数据保存在单片机内带的断电非易失存贮器EEPROM中，使关掉长时间断电后仍记得以前用过的档位，减少经常调档的麻烦。

Claims (9)

1.一种单片机电源开关兼换挡模块，通过电源开关(1)兼作多路交流通断控制，其特征在于，它主要由220V交流转5V的工作电源(2)、单片机、二极管D、断电瞬间供电电容C、若干电阻、固态继电器SSR组成；电源开关(1)串联在工作电源(2)输入进线中；工作电源(2)的5V输出+端(4)与二极管D正极相连，二极管D负极和电容C的正端都同单片机电源+(8)连接，电容C的负端、单片机的电源-端G、工作电源(2)的5V输出-端连在一起接地；若干单片机I/O口Pk.n(5)串电阻R接各固态继电器SSR，即电阻R的一端接单片机I/O口Pk.n，另一端接固态继电器SSR的输入二极管负极，固态继电器SSR的输入二极管正极接工作电源(2)的5V输出+端(4)，固态继电器SSR的另一边的过零交流开关输出端作为单片机电源开关兼换挡模块的输出，即交流通断控制连接点(6)。

2.一种单片机电源开关兼换挡模块，通过电源开关(1)兼作多路交流通断控制，其特征在于，它主要由220V交流转5V的工作电源(2)、单片机、二极管D、断电瞬间供电电容C、若干电阻、继电器组成；电源开关(1)串联在工作电源(2)输入进线中；工作电源(2)的5V输出+端(4)与二极管D正极相连，二极管D负极和电容C的正端都同单片机电源+(8)连接，电容C的负端、单片机的电源-端G、工作电源(2)的5V输出-端连在一起接地；；继电器线圈的一端接单片机I/O口Pk.n，另一端接工作电源(2)的5V输出+端(4)，继电器线圈两端还应并联接二极管，用于吸收断开瞬间浪涌电流；继电器触点输出(9)即为单片机电源开关兼换挡模块的输出。

3.一种单片机电源开关兼换挡模块，通过电源开关(1)兼作多路交流通断控制，其特征在于，它主要由220V交流转5V的工作电源(2)、单片机、二极管D、断电瞬间供电电容C、若干电阻、若干双向可控硅组成；电源开关(1)串联在工作电源(2)输入进线中；工作电源(2)的5V输出+端(4)与二极管D正极相连，二极管D负极和电容C的正端都同单片机电源+(8)连接，电容C的负端、单片机的电源-端G、工作电源(2)的5V输出-端连在一起接地；；各双向可控硅的T1极连在一起接工作电源(2)的5V输出-端，各双向可控硅的门极G均串有一个电阻R3连接单片机I/O口Pk.n，各双向可控硅的T2极是输出端。

4.根据权利要求1所述的单片机电源开关兼换挡模块，其特征在于，所述固态继电器SSR的输出(6)端还可连接大功率双向可控硅(7)，大功率双向可控硅(7)作为交流通断控制连接点输出，固态继电器SSR的一个输出端与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端和电阻R1的一端均接双向可控硅门极G，电阻R1的另一端接双向可控硅T1极，双向可控硅T2极与固态继电器SSR的另一个输出端相连，双向可控硅T1、T2极就是大电流交流通断控制连接点输出(7)；

所述大功率双向可控硅指负载电流大于所述固态继电器SSR及负载电流2A以上带散热板的塑封管。

5.根据权利要求2所述的单片机电源开关兼换挡模块，其特征在于，对9V以上的继电器或励磁电流在20mA以上的继电器，增加NPN型晶体管及隔离高于单片机工作电压的9V以上电源，NPN型晶体管的发射极接工作电源(2)的5V输出-端，NPN型晶体管的集电极接继电器线圈，继电器线圈的另一端接9V以上电源+，继电器线圈两端还应并联接二极管吸收断开瞬间浪涌电流，NPN型晶体管的基极串电阻R接单片机Pk.n。

所述9V以上电源可以是开关电源的另一个电压输出，也可以是电容降压型电源先输出9V以上的直流电压，接着经降压稳压得工作电源(2)的5V输出。

6.根据权利要求3所述的单片机电源开关兼换挡模块，其特征在于，对双向可控硅触发电流在20mA以上的，增加PNP型晶体管作驱动，PNP型晶体管的发射极接工作电源(2)的5V输出+端，晶体管的集电极与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端和电阻R13的一端均接双向可控硅的门极G，电阻R13的另一端接双向可控硅T1极，双向可控硅T1极接工作电源(2)的5V输出-端，晶体管的基极与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接单片机Pk.n。

7.根据权利要求1或2或3所述的单片机电源开关兼换挡模块，其特征在于，所述断电瞬间供电电容C的容量取值要求为当单片机进入停机微功耗模式时保持约1秒供电，所述单片机首选具有停机微功耗模式带定时退出功能的单片机，或单片机选有IDLE空闲模式能响应定时器中断的；

所述单片机电源脚(8)具有低压检测或中断功能；

所述单片机若采用国产宏晶STC 15系列单片机，其电源脚低压检测阈值可选产品所具有的高电压值设定；

所述单片机内带断电非易失存贮器EEPROM、单片机可取消/无外部晶振电路和上电复位电路。

8.根据权利要求7所述的单片机电源开关兼换挡模块，其特征在于，还包括讯响灯(3)，所述讯响灯是LED指示灯，LED指示灯同单片机I/O口Pk.n 连接；或，讯响灯是蜂鸣器，蜂鸣器同单片机I/O口Pk.n连接；或，各档都有LED指示灯、及再包括通电指示灯；或，LED显示屏，此时用若干单片机I/O口Pk.n(10)连接若干LED指示灯或LED显示屏；

若讯响灯(3)包括通电指示灯，通电指示灯既可接在220V交流转5V工作电源(2)的5V输出端，也可串电阻接在220V交流转5V工作电源(2)的高压输入端；

所述电源开关(1)可以是带锁按钮、船型开关、拔动开关、旋钮开关或拉线开关。

9.一种建立在权利要求4、5、6或8中任一项所述的单片机电源开关兼换挡模块硬件基础上的控制方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

电源开关(1)的快速关断又开启作为换挡操作，具体步骤如下：所述单片机根据电源开关(1)的一次关断又开启，且断电时间少于1秒，确定为换挡操作，简称“短关”，首次短关总是换挡到上次预存的档位；

紧接着再短关，增加一档；不断短关，逐档递增；到最高档时，讯响灯(3)亮或嘀声响一下，再后即为最低档，依次轮换；

到某档停住不变超过1秒，该档即为最近预存；关掉时间超过1秒后下次开启就恢复到最近预存档，不改变预存；若短关换挡，新的档又为最近预存，前面的最近预存变为上次预存，供随时按一下短关就切换到上次预存档；

分档多时，可设置多个预存档；

预存就是将调档数据保存在单片机内带的断电非易失存贮器EEPROM中。

对分档在3档或3档以下的，可简化为：短关就是增加一档的操作，到最高档时，讯响灯(3)亮或嘀声响一下，再后即为最低档，依次轮换；可要求关掉后下次开启总是恢复到上次用过的档位。