CN106707891B - 一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，包括微控制器、遥控接收电路等；当电路处在第一低功耗状态时，遥控接收电路在工作，微控制器大部分时间处在低功耗状态，当电路处在第二低功耗状态时，遥控接收电路停止工作，微控制器也处在低功耗状态；合适的选择两个低功耗状态的时间，既保证电路能及时响应遥控和按键信号，又能使电路的功耗降到最低，即便在环境光为50LUX的情况下，无需外接电源，小面积的光电池提供的电流也能够满足电路的需求，在没有环境光和储能元件时通过按键也可以使电路工作。本申请可用于各种家用电器领域，以降低家用电器的待机功耗。

Description

一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路

技术领域

本申请涉及到电子技术和控制技术领域，尤其是一种在待机时不需要外接电源的遥控接收和按键响应电路。

背景技术

多种家用电器都有手动按钮，又具有遥控接收装置，如电视、空调等。大多数情况下，不使用电器时，按下遥控器的关闭键，电器处在待机状态，等待遥控器或者是手动按钮发出工作信号。在待机状态下交流电源或直流电源等工作电源仍然连接在电器上，不仅不安全还存在着一定的功耗。例如电视机的待机功耗可以达到0.5W，空调的待机功耗一般为3W，数字机顶盒为5W左右。全世界的这些家用电器在待机的情况下将会消耗可观的电力能源。

为了进一步节能环保，需要降低电视、空调、机顶盒的待机功耗，降低目前全世界此类家用电器的待机功耗非常有意义。然而现有技术都很难做到在待机时交流电或直流电源零功耗，有一部分技术是采用电池或电容等储能元件，在电器正常工作时从外接工作电源中获取一部分电能，在待机时利用这部分的电能，即便在待机状态下使用的能源也是从工作电源中获得的。

有些技术提出采用太阳能电池板等光电池供电，因而待机时不需要从外接的工作电源中获得能量，但由于在待机状态下电路的功耗比较大，因而光电池板的面积比较大，难以安装到电器上，由于电器大多放在室内，在夜晚室内环境下，即便采用很大的光电池也不能满足电器的待机功耗。在一些技术方案中提出采用大的光电池供电和大容量储能元件储能以满足夜晚的需求，不仅增加了成本还进一步增加了电器体积，所以一直没有推广。

为了彻底将待机状态下的外接电源功耗降到零，真正实现待机时的电能也不从工作电源中获得，并且系统的体积也足够小，成本足够低，需要进一步降低待机状态下的电器功耗，设计新的方案解决这个问题。

发明内容

本申请的目的是为了降低待机时的功耗，使得光电池和、或储能元件能够满足待机的要求，真正使待机时的电能也不从外接电源中获得。本申请技术方案如下：

一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，包括微控制器、遥控接收电路、按键、储能元件；储能元件与微控制器电连接；还包括电子开关、传感器、以及与微控制器配合的看门狗或定时器；遥控接收电路与微控制器电连接；微控制器控制遥控接收电路是否工作；传感器与微控制器电连接；电子开关具有控制端，电子开关的控制端与微控制器电连接，按键与电子开关并联后串联在电源线中；微控制器控制电子开关的导通和断开，在电子开关导通或按键闭合时给后续的负载供电，在电子开关断开并且按键断开时，后续的负载得不到电能； 电流先通过按键或电子开关，再通过传感器。

电路的工作过程包括以下内容：

内容a，微控制器使遥控接收电路工作，经过时间T1后，电路进入第一低功耗状态；在第一低功耗状态微控制器处在低功耗中，遥控接收电路继续工作；当遥控接收电路收到信号后发出的电信号使微控制器从低功耗状态中恢复到正常状态，微控制器识别遥控接收电路接收到的信号，如果是正确的遥控信号，微控制器使电子开关导通；如果在T2时间内遥控接收电路一直没有使微控制器恢复到正常状态，看门狗或者定时器就使微控制器从低功耗状态中恢复到正常状态；

内容b，在按键闭合时，电源线导通，传感器向微控制器发出电信号，微控制器检测到变化的电信号或被该电信号从低功耗中恢复到正常状态，微控制器使电子开关导通；

内容c，电子开关导通后，传感器检测负载的功耗，并发送电信号至微控制器；微控制器根据电信号判断负载是在待机状态还是在工作状态，如果是待机状态并持续了一定长的时间T3，微控制器关断电子开关；

内容d，微控制器使遥控接收电路停止工作，并且微控制器进入低功耗状态，电路进入第二低功耗状态，等待看门狗或定时器或其它信号使微控制器恢复到正常状态。在第二低功耗状态中遥控接收电路停止工作，并且微控制器处在低功耗状态中。

优选的，微控制器采用低功耗的单片机；电子开关采用可控硅或继电器或IGBT或GTR。

优选的，微控制器收到遥控接收电路发出的特殊格式的电信号，微控制器使电子开关断开。

优选的，特殊的按键按下，微控制器收到变化的信号，将电子开关断开。

优选的，采用微控制器的IO口给遥控接收电路供电。

优选的，采用微控制器的IO口作为遥控接收电路的地信号。

优选的，采用微控制器的IO口控制场效应管，遥控接收电路的电流通过场效应管。

优选的，传感器含有电流敏感元件，通过负载电流的大小判断负载的状态。

优选的，传感器含有电压敏感元件。

优选的，传感器输出直流电压并供给微控制器使用和、或检测。

优选的，在微控制器上电后检查传感器的信号，如果检测到合适的信号则微控制器使电子开关导通。

优选的，遥控接收电路中含有红外接收元件。

优选的，遥控接收电路中含有网络信号接收元件。

优选的，当时间T1小于微控制器的指令周期时，微控制器程序中没有延时指令。优选的，电路中含有光电池，光电池与储能元件电连接。

本申请的有益效果是：能够显著降低遥控接收电路的待机功耗，可用于家用电器等设备，微控制器大部分时间处在低功耗状态，在收到遥控信号或按键信号时恢复正常工作，仅仅在部分时间遥控接收电路工作，大部分时间遥控接收电路都不工作，和传统的电路相比进一步降低了功耗，使用光电池供电时需要的光电池面积更小，使用储能元件时，储能元件的体积也更小，整个电路的体积更小，适合装到家用电器中，成本更低，便于推广；使用微控制器作为核心元件可以与后续的家用电器控制电路完美的结合，降低整个系统的成本；由于待机状态下功耗小，因而不需要消耗外接电源的功耗，真正做到待机时外接的交流电或直流电零功耗；在电器的待机状态可以完全断开外接电源，提高了安全性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本申请一个实施例的电路图。

图2是一个实施例中采用继电器作为电子开关的电路图。

图3是一个实施例中遥控接收电路与PIC单片机的连接示意图。

图4是一个实施例中传感器的示意图。

图5是另一个实施例中传感器的示意图。

图中：1.按键，2.电子开关，3.电压传感器，4.电流传感器，5.微控制器，6. 储能元件，7.用电负载，8.光电池，9.遥控接收电路。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1是一个实施例的原理框图，一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，包括微控制器、遥控接收电路、储能元件；储能元件与微控制器电连接；还包括电子开关、按键、传感器、以及与微控制器配合的看门狗或定时器；遥控接收电路与微控制器电连接；微控制器控制遥控接收电路是否工作；传感器与微控制器电连接；电子开关具有控制端，电子开关的控制端与微控制器电连接，按键与电子开关并联后串联在电源线中；微控制器控制电子开关的导通和断开，在电子开关导通或按键闭合时给后续的负载供电，在电子开关断开并且按键断开时，电流不能通过电子开关或按键，后续的负载得不到电能；电流先通过按键或电子开关，再通过传感器。

微控制器使遥控接收电路工作，过一段时间T1后，电路进入第一低功耗状态，微控制器处在低功耗状态中，遥控接收电路在工作中，遥控接收电路接收到信号以后，其输出信号发生电平变化，变化的电平使微控制器恢复到正常状态，微控制器开始对遥控接收电路的输出信号进行识别，如果是正确的信号就打开电子开关，给负载供电，通过传感器检测负载功率，如果负载功率小于阈值，表明负载在待机状态，当负载持续处在待机状态并达到一定长的时间，就关闭电子开关，停止给负载供电并停止检测负载功率。在上述过程中，当遥控接收电路工作时，微控制器的大部分时间处在低功耗状态，能够显著降低电路的平均功耗。

在遥控接收电路开始工作并延迟一段时间T1后，微控制器才开始进入低功耗状态，通过这段时间的延迟可以使遥控接收电路进入稳定的工作状态，避免遥控接收电路刚工作时输出状态不稳定。在上述过程中，遥控接收电路恢复微控制器后，微控制器对遥控接收电路发出的信号进行识别，避免干扰信号的误触发，从而减少电能消耗。在上述过程中，时间T1的长短是由遥控接收电路的性能决定的，对有一些种类的遥控接收电路时间T1是几十微秒，对另外一些种类的遥控接收电路时间T1非常短甚至小于微控制器的一个指令周期，所以对于微控制器的程序而言，根据遥控接收电路的种类和程序的功能不同，有些情况下程序具有明显的延时，有些情况下程序不具有明显的延时指令。为了延迟T1时间，可以让微控制器停止对外界遥控接收电路的响应，和、或用休眠指令替代延时指令，或者在T1时间内执行一些其它的指令，完成一些其它的功能，这样可以降低功耗。

在遥控接收电路工作的时候，如果一段时间T2内处在第一低功耗状态下的微控制器都没有被遥控接收电路的信号恢复，看门狗或者定时器使微控制器恢复到正常状态，微控制器使遥控接收电路停止工作，微控制器开始进入低功耗状态，电路进入第二低功耗状态等待恢复。看门狗或者定时器从第一低功耗状态下使微控制器恢复，避免了微控制器在第一低功耗状态下的时间过长，因为在第一低功耗状态下遥控接收电路仍然会消耗功耗。通过看门狗或者定时器从第一低功耗状态下恢复微控制器，电路再进入第二低功耗状态，可以有效的降低功耗。在第二低功耗状态下，处在低功耗状态的微控制器功耗非常低，遥控接收电路也不工作，整个电路的功耗非常低。

由于在第二低功耗状态下，遥控接收电路不工作不能接受遥控信号，所以不能一直处在第二低功耗状态下，必须要将其恢复到工作状态，延迟一段时间T4以后，看门狗或定时器再次将微控制器恢复，当然其它信号也可以将微控制器提前恢复正常工作，在一些实施例中使用外部引脚的电平变化也可以使微控制器提前恢复到正常工作。

在按键闭合时，电源导通，传感器向微控制器发出电信号，微控制器检测到变化的电信号或被该电信号从低功耗状态中恢复，微控制器闭合电子开关；通过这种方式，用户不使用遥控器，通过按键也可以使电子开关闭合。在图中Vsense 和Isense都是传感器发出的信号，K2是开关。

电流先通过电子开关或按键，再通过传感器；只有电子开关闭合或按键闭合，传感器才能工作，减小了电路的待机功耗。传感器可以使用电流传感器和、或电压传感器，在一个实施例中，传感器中含有电流敏感元件，仅仅通过电流判断负载的状态，负载电流大表明负载处在工作状态，负载电流小表明负载处在待机状态。

在另一个实施例中传感器含有电压敏感元件，通过电压和电流共同判断负载功耗。电流传感器检测电流强度，并发送信号至微控制器；电压传感器检测电压强度，并发送信号至微控制器；微控制器根据电流信号与电压信号判断出负载的功率，并判断负载在待机状态还是在工作状态。在另一个实施例中，负载工作时会使电源线上的电压发生变化，通过电压传感器就能判断负载的工作状态。

如果是负载待机状态并持续了一定长的时间T3，微控制器关断电子开关。

待机状态、休眠状态、掉电状态等都是微控制器的低功耗状态。在一个实施例中，微控制器采用PIC16F882单片机，它的低功耗状态是休眠，在另一个实施例中，微控制器采用STM32单片机，它的低功耗状态是待机或掉电。

在一个实施例中，从遥控接收电路开始工作到微控制器开始休眠的时间T1为50微秒，在第一低功耗状态下微控制器的休眠时间T2为2毫秒，从用电负载进入待机状态到关闭电子开关的时间T3为7秒，在第二低功耗状态下微控制器的休眠时间T4为64毫秒，合理的选择这些时间可以保证电路对主流的遥控信号都能及时响应，还能使这个电路的功耗降到最低。在一个实施例中电路的平均电流只有24微安，在另一个实施例中电路的平均电流为12微安。

如果针对某些具体的家用电器，遥控信号是已知的，则上述时间可以进一步优化，从而进一步减小待机功耗和、或减小光电池的面积，进而降低成本和体积，使电路更容易装到电器中。对家用电器的生产厂家，为了降低功耗也可以改变遥控信号，例如延长遥控信号的发射时间，就可以延长电路的休眠时间，进而进一步降低待机时的功耗。

在一些实施例中，如果遥控接收电路接收到的信号是要求彻底关闭用电器的电源，那么遥控接收电路发给微控制器特定的信号，微控制器也会关闭电子开关，断开后续电路的电源。

在电路中也可以增加特定的按键，当特定的按键按下时，表示要求切断用电器的供电，微控制器收到变化的电信号，将电子开关断开。

微控制器可采用低功耗的单片机，PIC系列的单片机或MSP系列的单片机以及STM32单片机都可以在低功耗状态下运行。多种电器都有内置的单片机，如电视、空调、冰箱、洗衣机等，本申请中的单片机可以和电器内原有的单片机合并，这样就可以进一步降低成本。

电子开关常常采用IGBT、GTR、可控硅或继电器，使用继电器的优点是成本低，缺点是继电器吸合时需要几十毫安的电流，在一个实施例中继电器使用的是SRD-05VDC-SL-C，使用可控硅的缺点是在电流接近于零的时候可控硅可能会断开，在一个实施例中，采用双向可控硅作为电子开关，在可控硅的控制端加上恒定的电压以保证可控硅持续的导通，驱动可控硅需要的电流远小于继电器需要的电流。图2 是在一个实施例中采用继电器作为电子开关的电路图，当微控制器给三极管基极提供电流时，三极管导通，继电器的线圈通电，继电器吸合，电子开关导通。

在一个实施例中，采用微控制器的IO口给遥控接收电路供电。如图3所示，遥控接收电路是HS0038BD红外接收头，用PIC单片机的RC2口给红外接收头供电，红外接收头发出的信号连到单片机的RB6口。在另外一些情况下也可以采用微控制器的IO口作为遥控接收电路的供电地信号，当IO口输出为低电平或低电阻状态时，红外接收头开始工作，在IO口输出高电平或处在高阻输入状态，红外接收头停止工作。在另一个实施例中，采用微控制器的IO口控制场效应管，遥控接收电路的电流通过场效应管，当场效应管导通时，遥控接收电路开始工作，当场效应管断开时，遥控接收电路停止工作。

当电子开关导通后，传感器开始工作，在一个实施例中，传感器中有变压器，直接将220V交流电转换成低压交流电，并经过电阻分压，加上直流偏置电压以后送到单片机的IO口，传感器还产生+5V的直流电压输出供传感器和微控制器使用，该直流电压的信号也连到单片机的IO口上。

在一个实施例中，按键采用单刀不自锁的常开开关，开关的型号为KW4A-A，按键闭合后，电流通过按键，传感器开始工作，产生了+5V的直流电源，也传给单片机。

储能元件是指任何能储存电能的元件，常用的储能元件是电容和电池，通过外接的光电池可以给储能元件供电，使储存的电能满足电路待机需求。在一个实施例中即使环境光为0，储能元件采用300mAH锂电池，锂电池的电能可维持电路工作1个月。当环境光为0，并且储能元件的电能也不足以维持电路工作时，微控制器停止工作，用户闭合按键后，由传感器产生的+5V的电源给微控制器和电路其他部分供电，在微控制器上电后检查到传感器的信号，微控制器使电子开关导通，保证了用户手动可以开机。当负载处在待机状态下，微控制器使电子开关断开后，传感器都停止工作。

在一个实施例中，传感器内部含有ZMCT103C型电流互感器，在互感器的输出端接一个电阻。在另一个实施例中，由于要检测微弱的电流，互感器的输出信号太弱，所以在电流传感器中含有运算放大器，运算放大器的输出接到单片机的IO口上。图5是电流传感器的示意图。

在一个实施例中，光电池使用的是SSETC ST-3722-9，尺寸为37.0mm×21.8mm×1.1 mm，在室内弱光下输出电压是5.5V，输出电流是10uA；储能元件采用300mAh的锂电池，自带充电和放电保护板。在50LUX的弱光下，采用几个光电池并联也能使电路工作。

在一个实施例中，电路没有按键，电路只接收遥控信号，电路可以响应遥控信号，只是不能响应按键，电路也可以工作。

如果没有遥控接收电路，电路也可以响应按键信号，只是不能响应遥控信号，电路也可以工作。

在一个实施例中，遥控接收电路采用网络信号接收电路，本申请提出的方案也是切实可行的，并能显著降低待机功耗。

在实施例中，将本申请公开的电路放在插座中，可以对现有的电器进行控制，这样不需要修改原有的电器电路，便于推广，也可以将本申请公开的电路与电器电路整合在一起，或加到电器电路中，可以降低成本和体积。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创新构思的前提下，还可以作出的若干的变形和改进，这些都属于本申请的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，包括微控制器、遥控接收电路、按键、储能元件；储能元件与微控制器电连接；其特征是：还包括电子开关、传感器、以及与微控制器配合的看门狗或定时器；遥控接收电路与微控制器电连接；微控制器控制遥控接收电路是否工作；传感器与微控制器电连接；电子开关具有控制端，电子开关的控制端与微控制器电连接，按键与电子开关并联后串联在电源线中；微控制器控制电子开关的导通和断开，在电子开关导通或按键闭合时给后续的负载供电，在电子开关断开并且按键断开时，后续的负载得不到电能；电流先通过按键或电子开关，再通过传感器；

电路的工作过程包括以下内容：

内容a，微控制器使遥控接收电路工作，经过时间T1后，电路进入第一低功耗状态；在第一低功耗状态微控制器处在低功耗中，遥控接收电路继续工作；当遥控接收电路收到信号后发出的电信号使微控制器从低功耗状态中恢复到正常状态，微控制器识别遥控接收电路接收到的信号，如果是正确的遥控信号，微控制器使电子开关导通；如果在T2时间内遥控接收电路一直没有使微控制器恢复到正常状态，看门狗或者定时器就使微控制器从低功耗状态中恢复到正常状态；

内容b，在按键闭合时，电源线导通，传感器向微控制器发出电信号，微控制器检测到变化的电信号，微控制器使电子开关导通；

内容c，电子开关导通后，传感器检测负载的功耗，并发送电信号至微控制器；微控制器根据电信号判断负载是在待机状态还是在工作状态，如果是待机状态并持续了一定长的时间T3，微控制器关断电子开关；

内容d，微控制器使遥控接收电路停止工作，并且微控制器进入低功耗状态，电路进入第二低功耗状态，等待看门狗或定时器或其它信号使微控制器恢复到正常状态。

2.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：微控制器采用低功耗的单片机。

3.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：电子开关采用可控硅或继电器或IGBT或GTR。

4.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：微控制器收到遥控接收电路发出的特殊格式的电信号，微控制器使电子开关断开。

5.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：特殊的按键按下，微控制器收到变化的信号，将电子开关断开。

6.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：采用微控制器的IO口给遥控接收电路供电。

7.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：采用微控制器的IO口作为遥控接收电路的地信号。

8.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：采用微控制器的IO口控制场效应管，遥控接收电路的电流通过场效应管。

9.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：传感器含有电流敏感元件，通过负载电流的大小判断负载的状态。

10.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：传感器含有电压敏感元件。

11.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：传感器输出直流电压并供给微控制器使用和、或检测。

12.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：在微控制器上电后检查传感器的信号，如果检测到合适的信号则微控制器使电子开关导通。

13.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：遥控接收电路中含有红外接收元件。

14.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：遥控接收电路中含有网络信号接收元件。

15.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：当时间T1小于微控制器的指令周期时，微控制器程序中没有延时指令。

16.根据权利要求1所述的一种极低功耗的遥控接收和按键响应电路，其特征是：电路中含有光电池，光电池与储能元件电连接。