CN106940039A - 一种宽负载无温升的开关型室温控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽负载无温升的开关型室温控制器，包括温控主板、灯具接线端子、开关主板、MCU芯片、无线模块、低电检测模块、灯具开关模块和电量存储模块；其特征在于该控制器还包括开态单火取电转换模块、关态单火取电转换模块、控制模块、磁保持继电器工作电路、全波整流电路、低压串联介入电路、LDO降压电路和电压检测电路。该控制器从单火线中取电为系统供电，并带有灯具开关功能，选用磁保持继电器触点作为开关工具，解决了原先采用的可控硅器件导致的温升问题，实现了热用户灯具0‑300W宽范围带载，同时能完全替换标准开关的灯具开关。

Description

一种宽负载无温升的开关型室温控制器

技术领域

本发明涉及供热节能远程监控领域，具体是一种宽负载无温升的开关型室温控制器，用于供热节能的智能调控及数据信息远程传输。

背景技术

冬季北方地区采用集中供热的方式为住户提供保证生活所需的室内温度。近年来随着城市居民住宅量增加，同时由供热排放等因素所引发的大气污染日趋严重，采取有效的节能减排方式成为当下供暖工作的重中之重。

目前社会上供暖方式多采用粗放式的集体供暖方法，住户家中对室温的需求值不能得到有效的采集与利用。同时住户无法根据自家实际情况自动对供热管道进行有效的关闭与开启操作，导致居民家中无需供热时，同样消耗大量热量，同时供热公司无法根据居民现住房内实际温度值来调节供暖量的多少，导致资源的极大浪费。

已有的开关型室温控制器的安装解决了保留热用户的原室内装修不变的情况下，实现热用户对室内温度的任意调节，解决了部分用户随意移动控制器造成的测温不准。已有的开关型室温控制器利用原电源开关内的供电线路，采用单火线取电技术，为室温控制器提供供电电源，解决了热用户电池没电时更换电池的繁琐。但是该开关型室温控制器虽然采用单火线取电技术，但仍存在热用户的灯具负载在通态时，因电路自身发热带来的测温温升误差使其在某些灯具功率较大的热用户存在测温不准，导致采集到的室温数据上传到中心平台，不能正确地指导换热站或热源工况进行最佳节能控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种宽负载无温升的开关型室温控制器。该控制器从单火线中取电为系统供电，并带有灯具开关功能，选用磁保持继电器触点作为开关工具，解决了原先采用的可控硅器件导致的温升问题，实现了热用户灯具0-300W宽范围带载，同时能完全替换标准开关的灯具开关。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种宽负载无温升的开关型室温控制器，包括温控主板、灯具接线端子、开关主板、MCU芯片、无线模块、低电检测模块、灯具开关模块和电量存储模块；所述MCU芯片、无线模块和低电检测模块连接于温控主板上；所述MCU芯片通过温控主板分别与无线模块和低电检测模块连接；所述温控主板与开关主板连接；所述灯具开关模块、电量存储模块和灯具接线端子连接于开关主板上；其特征在于该控制器还包括开态单火取电转换模块、关态单火取电转换模块、控制模块、磁保持继电器工作电路、全波整流电路、低压串联介入电路、LDO降压电路和电压检测电路；所述开态单火取电转换模块、关态单火取电转换模块、控制模块、磁保持继电器工作电路、全波整流电路、低压串联介入电路、LDO降压电路和电压检测电路均连接于开关主板上。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

原有开关型室温控制器在控制灯具开关导通时选用可控硅作为开关器件，因可控硅导通自身产生压降，当遇到用户家中灯具功率过大时，会产生发热现象，从而影响对环境温度测量的准确性。本控制器选用磁保持继电器作为开关器件，当电路中存在大功率灯具时，经过继电器工作触点不存在发热现象，因此避免了控制器在大功率灯具照明时因发热现象导致的测温不准的问题。同时磁保持继电器具有断电保持功能，因此不存在自身功耗问题。

该控制器在电源变换电路部分采用全波整流电路，避免了原有开关型室温控制器半波整流中出现的低功率阻容灯具的长时间充电导致的灯具常亮或闪烁现象。

该控制器采用单火线取电原理，克服了控制器频繁更换电池的弊端；该控制器固定于墙体标准开关上，避免了用户将控制器私挪的现象；该控制器保留了原有开关的功能特性，控制器可直接替换原有开关；该控制器具有无线通信能力，可以实现远程控制对应阀门进行开关操作的功能；该控制器配有显示模块以及按键，可以实现良好的人机交互功能；该控制器装有高精度测温元件，可以实现环境温度测量功能；该控制器配有触控按键以及声光提示功能。

附图说明

图1为本发明宽负载无温升的开关型室温控制器一种实施例的内部整体结构后视示意图；

图2为本发明宽负载无温升的开关型室温控制器一种实施例的内部整体结构主视示意图；

图3为本发明宽负载无温升的开关型室温控制器一种实施例的整体结构主视示意图；

图4为本发明宽负载无温升的开关型室温控制器一种实施例的整体结构后视示意图；

图5为本发明宽负载无温升的开关型室温控制器一种实施例的整体结构左视示意图；

图6为本发明宽负载无温升的开关型室温控制器一种实施例的模块连接示意图；

图7为本发明宽负载无温升的开关型室温控制器一种实施例的单火线取电及无温升功能实现的原理示意图；(图中1、前盖；2、后盖；3、温控主板；4、显示器；5、温控按键；6、灯控按键；7、灯具接线端子；8、天线；9、开关主板；10、温度传感器；11、第一透气孔；12、安装孔；13、第一连接器；14、第二连接器；15、第二透气孔；101、MCU芯片；102、无线模块；103、低电检测模块；104、灯具开关模块、105、开态单火线取电转换模块；106、电量存储模块；107、关态单火线取电转换模块；701、单火市电输入端口；702、单火市电输出端口；901、磁保持继电器工作电路；902、全波整流电路；903、低压串联介入电路；904、LDO降压电路；905、电压检测电路)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种宽负载无温升的开关型室温控制器(参见图1-7，简称控制器)，包括前盖1、后盖2、温控主板3、显示器4、温控按键5、灯控按键6、灯具接线端子7、天线8、开关主板9、温度传感器10、第一透气孔11、安装孔12、第一连接器13、第二连接器14、第二透气孔15、MCU芯片101、无线模块102、低电检测模块103、灯具开关模块104、开态单火线取电转换模块105、电量存储模块106、关态单火线取电转换模块107、控制模块108、磁保持继电器工作电路901、全波整流电路902、低压串联介入电路903、LDO降压电路904和电压检测电路905；

所述前盖1和后盖2卡扣连接，组成控制器的主体外壳；所述温控主板3通过卡扣或螺钉固定于前盖1内，主要负责采集温度、显示数据、无线数据传输、温度设定；所述显示器4、温控按键5和灯控按键6连接于温控主板3上，位于前盖1的相应预留位置上；显示器4用于显示相关温度等信息；灯控按键6为触摸式按键，用户可在现场进行开关灯操作；温控按键5为机械按键，主要进行设定温度操作以及显示信息查询操作；所述前盖1上开有第一透气孔11和第二透气孔15，第一透气孔11和第二透气孔15开在前盖1的长方体结构不同的面上，使温度传感器10具有更好的通风效果，测量的温度更准确；温度传感器10连接在温控主板3上，安装位置在前盖1对应的第一透气孔11和第二透气孔15处，进行环境温度测量工作，保证控制器测量的温度与实际室温一致；

所述MCU芯片101、无线模块102、低电检测模块103和第一连接器13连接于温控主板3上；MCU芯片101通过温控主板3分别与无线模块102、低电检测模块103、灯控按键6、温度传感器10、温控按键5和显示器4连接；低电检测模块103实时检测温控主板3对无线模块102的供电电压，当检测到的电压低于设定值时，通过温控主板3向MCU芯片101发出信号；MCU芯片101接收电压低信号后，通过开关主板9向电量存储模块106发出指令，自动调整温控主板3的供电电压；同时MCU芯片101在显示器4上显示低电提醒标志，同时禁止无线模块102的通信操作以节省电量，并且防止电压低时MCU芯片101的不可靠工作；MCU芯片101实时读取并存储温度传感器10测量的温度值，为MCU芯片101通过无线模块102向管井内的通断控制器提供开关阀门判断依据；

所述天线8位于前盖1内，天线8通过无线模块102与温控主板3电连接，MCU芯片101通过无线模块102控制天线8，天线8具有接收和发射信号的功能；所述开关主板9通过螺钉固定于后盖2内，主要负责灯具的控制、单火线取电转换和电量存储；所述灯具开关模块104、开态单火取电转换模块105、电量存储模块106、关态单火取电转换模块107、灯具接线端子7、第二连接器14和控制模块108连接于开关主板9上；开关主板9通过接线端子7与原来标准开关内部的灯具电线进行连接进行单火取电，同时控制灯具开关操作；所述温控主板3通过第一连接器13、第二连接器14和灯具接线端子7与开关主板9连接；灯具开关模块104通过第一连接器13和第二连接器14之间的连接线接收温控主板3下发的开关灯状态信号来进行现场灯控操作；所述安装孔12安装于后盖2上，利用自攻螺丝通过安装孔12将整个控制器安装到标准开关面板预留墙体内；

开态单火取电转换模块105在灯具开启状态下(开态取电)进行电量采集工作，并将所采集的电量存储到电量存储模块106中，为系统供电；关态单火取电转换模块107在灯具关闭状态下(关态取电)进行电量采集工作，并将所采集的电量存储到电量存储模块106中，为系统供电。

所述灯具接线端子7包括单火市电输入端口701和单火市电输出端口702；所述磁保持继电器工作电路901、全波整流电路902、低压串联介入电路903、LDO降压电路904和电压检测电路905连接于开关主板9上；所述单火市电输入端口701分别与磁保持继电器工作电路901和全波整流电路902连接；所述磁保持继电器工作电路901分别与单火市电输入端口701、单火市电输出端口702和控制模块108连接；所述单火市电输出端口702分别与磁保持继电器工作电路901和全波整流电路902连接；所述全波整流电路902分别与关态单火线取电转换模块107、单火市电输出端口702和低压串联介入电路903连接；所述低压串联介入电路903分别与全波整流电路902、控制模块108和开态单火线取电转换模块105连接；所述控制模块108分别与磁保持继电器工作电路901、低压串联介入电路903和电压检测电路905连接；所述关态单火线取电转换模块107分别与全波整流电路902和LDO降压电路904连接；所述开态单火线取电转换模块105分别与低压串联介入电路903和LDO降压电路904连接；所述电压检测电路905分别与电量存储模块106和控制模块108连接；所述LDO降压电路904分别与开态单火线取电转换模块105、电量存储模块106和关态单火线取电转换模块107连接。

所述单火市电输入端口701用于将市电中的火线连接到控制器上进行取电；

所述单火市电输出端口702用于将市电输出到外接灯具等负载上，当控制器处于开灯状态下，实现亮灯操作；

所述磁保持继电器工作电路901通过自身的导通与关闭对灯具进行亮灭操作；磁保持继电器工作电路解决可控硅器件电路导致的高负载下的温升问题，适用灯具负载最高为300W。

所述全波整流电路902用于将交流电转换为直流电提供给关态单火线取电转换模块107进行取电操作；全波整流电路解决采用半波整流出现的低功率及阻容灯具长时间充电常亮或闪烁问题，适用灯具负载范围为0-300W。

所述低压串联介入电路903用于在灯具开灯状态时，将对应电路串联到市电回路中，由于串入电路本身压差较小，因此不会对灯具亮灭产生影响，同时可将串入电路上的电压取出为控制器供电；

所述LDO降压电路904用于将从市电取得的直流电压进行降压稳压处理，以提供稳定安全的直流电；

所述电压检测电路905用于对电量存储模块106上的电压进行实时测量，当电压低于保护值时传输相应信号给控制模块108；

所述MCU芯片101的型号为MSP系列、51系列、PIC系列、AVR系列或Cortex系列。

本发明宽负载无温升的开关型室温控制器的工作原理和工作流程是：整个控制器通过后盖2固定到室内标准开关的固定口处，后盖2上开有安装孔12，后盖2固定好后，将开关主板9与温控主板3连接好，将前盖1扣在后盖2上，整个控制器固定在房间墙体上。显示器4用于显示室温信息，所述温控按键6为三个按键，用于控制器工作状态切换、参数设置与查询。所述灯控按键5为三个触控按键，用于对灯具的控制。

通过温控按键6设置用户舒适的温度设定值，温度传感器10采集室内温度，将温度信号转换为电信号后传送给MCU芯片101。MCU芯片101将电信号量的温度值转换为数字量信息，通过显示器4显示给用户；之后MCU芯片101通过无线模块102控制天线8，天线8与用户单元楼中的管井内对应的通断控制器通信实现信息传送(通断控制器与本控制器一对一双向无线通信)，根据当前室温和设置室温的关系，从而控制通断控制器阀门的开启与关闭操作，以达到调节室内温度的目的；同时无线模块102还能收集通断控制器阀门的启闭状态信息，通过MCU芯片101在显示器4上显示。

单火市电输入端口701将现场市电电源线连接到控制器上，并通过控制器上的单火市电输出端口702连接到对应的灯具上，在非取电状态下通过对电路中的磁保持继电器工作电路901进行导通与截止操作，实现单火市电输出端口702上后接的灯具亮灭。

控制器关态取电时，控制模块108将磁保持继电器工作电路901设置于断开状态，单火市电输出端口702无法直接为供灯具提供电能，此时全波整流电路902串于市电回路中将单火市电输入端口701和单火市电输出端口702进行连接。全波整流电路902将交流电转换为直流电提供给关态单火线取电转换模块107进行取电操作，关态单火线取电转换模块107将取得的电量通过LDO降压电路904存储到电量存储模块106中。因为关态单火线取电转换模块107进行取电时，线路中仅存在微弱的电流，不足以将所带灯具点亮，因此完成整个关态取电操作。

控制器开态未取电时，控制模块108将磁保持继电器工作电路901处于吸合状态，此时全波整流电路902未取得电量，控制器不存在取电操作。灯具点亮时电压检测电路905时刻对电量存储模块106进行电压检测操作。当检测到电量存储模块106上的电压低过保护值后，电压检测电路905将相应信号反馈给控制模块108上。控制模块108在接收到电量低过保护值的信号后，将低压串联介入电路903打开，同时将磁保持继电器工作电路901进行断开操作，当磁保持继电器工作电路901断开后全波整流电路902和低压串联介入电路903同时连接到市电回路中，由于低压串联介入电路903自身压降相对220V市电很小，因此此时灯具不会出现变暗或熄灭的现象。低压串联介入电路903通过串入市电回路中将自身产生的电差传送到开态单火线取电转换模块105中，开态单火线取电转换模块105将取得的电能经LDO降压电路存储到电量存储模块106中以实现开态取电操作。当电量存储模块106上的电压上升到保护值后电压检测电路905将相应信号传送到控制模块108中，控制模块108在接收到响应信号后将磁保持继电器工作电路901吸合同时将低压串联介入电路903关闭，使控制器返回开态不取电模式。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (7)

1.一种宽负载无温升的开关型室温控制器，包括温控主板、灯具接线端子、开关主板、MCU芯片、无线模块、低电检测模块、灯具开关模块和电量存储模块；所述MCU芯片、无线模块和低电检测模块连接于温控主板上；所述MCU芯片通过温控主板分别与无线模块和低电检测模块连接；所述温控主板与开关主板连接；所述灯具开关模块、电量存储模块和灯具接线端子连接于开关主板上；其特征在于该控制器还包括开态单火取电转换模块、关态单火取电转换模块、控制模块、磁保持继电器工作电路、全波整流电路、低压串联介入电路、LDO降压电路和电压检测电路；所述开态单火取电转换模块、关态单火取电转换模块、控制模块、磁保持继电器工作电路、全波整流电路、低压串联介入电路、LDO降压电路和电压检测电路均连接于开关主板上。

2.根据权利要求1所述的宽负载无温升的开关型室温控制器，其特征在于所述磁保持继电器工作电路通过自身的导通与关闭对灯具进行亮灭操作；所述全波整流电路用于将交流电转换为直流电提供给关态单火线取电转换模块进行取电操作；所述低压串联介入电路用于在灯具开灯状态时，将对应电路串联到市电回路中；所述LDO降压电路用于将从市电取得的直流电压进行降压稳压处理；所述电压检测电路用于对电量存储模块上的电压进行实时测量，当电压低于保护值时传输相应信号给控制模块。

3.根据权利要求1所述的宽负载无温升的开关型室温控制器，其特征在于所述灯具接线端子包括单火市电输入端口和单火市电输出端口；所述磁保持继电器工作电路、全波整流电路、低压串联介入电路、LDO降压电路和电压检测电路连接于开关主板上；所述单火市电输入端口分别与磁保持继电器工作电路和全波整流电路连接；所述磁保持继电器工作电路分别与单火市电输入端口、单火市电输出端口和控制模块连接；所述单火市电输出端口分别与磁保持继电器工作电路和全波整流电路连接；所述全波整流电路分别与关态单火线取电转换模块、单火市电输出端口和低压串联介入电路连接；所述低压串联介入电路分别与全波整流电路、控制模块和开态单火线取电转换模块连接；所述控制模块分别与磁保持继电器工作电路、低压串联介入电路和电压检测电路；所述关态单火线取电转换模块分别与全波整流电路和LDO降压电路连接；所述开态单火线取电转换模块分别与低压串联介入电路和LDO降压电路连接；所述电压检测电路分别与电量存储模块和控制模块连接；所述LDO降压电路分别与开态单火线取电转换模块、电量存储模块、关态单火线取电转换模块连接。

4.根据权利要求3所述的宽负载无温升的开关型室温控制器，其特征在于所述单火市电输入端口用于将市电中的火线连接到控制器上进行取电；所述单火市电输出端口用于将市电输出到外接负载上。

5.根据权利要求1所述的宽负载无温升的开关型室温控制器，其特征在于全波整流电路解决采用半波整流出现的低功率及阻容灯具长时间充电常亮或闪烁问题，适用灯具负载范围为0-300W。

6.根据权利要求1所述的宽负载无温升的开关型室温控制器，其特征在于磁保持继电器工作电路解决可控硅器件电路导致的高负载下的温升问题，适用灯具负载最高为300W。

7.根据权利要求1所述的宽负载无温升的开关型室温控制器，其特征在于所述MCU芯片的型号为MSP系列、51系列、PIC系列、AVR系列或Cortex系列。