CN107135593A - 智能开关检测和识别电路 - Google Patents

Abstract

本发明的智能开关检测和识别电路，技术目的是提供一种全新和可靠的开关按键检测和识别的方法，从而有效实现通过物理开关动作来控制照明场景切换。所述的智能开关检测和识别电路包括有开关动作检测电路和控制电路，在所述的开关动作检测电路中，包括限流电路、全波整流、分压比调节、低压检测器、线性稳压器、光耦；在所述控制电路中包括有MCU。本发明功耗小，成本低，可兼容市面上所有市电开关，可支持开关快速连续动作和慢速动作，内置灯具内，无需对市面上已有开关做任何更改和重装，适用于日常照明中应用。

Description

智能开关检测和识别电路

技术领域

本发明提出并实现了一种通过将物理开关切换调制成不同的PWM波形，并通过判断该PWM脉冲宽度来识别开关动作的方法；主要应用于智能照明领域中物理开关场景切换。

背景技术

在现有市电物理开关检测电路或者集成IC中，存在有三大不可避免的缺陷，其一：现有的IC中，如（S4223）,其要求开关切换过程中需要断电比较长的时间才能检测到，通常要50mS以上，即开—关—开中，关到开这个过程需要开关动作大于50mS以上才能被检测到。在现有智能照明行业，诸多用户不接受灯具完全断电，这样无线APP便不可进行远程控制，则在单刀双掷开关使用中，通常将物理开关L1与L2端短路，这样物理开关在切换过程中，只是在中间有3mS-20mS断电时间，则现有的技术根本无法检测单刀双掷开关的动作，其二：现有的市电开关检测电路和集成IC中，对用户操作开关的速度有一定的要求，如过快或者过慢，均会出现识别率不良的问题，导致用户体验差；其三：现有的检测方法中，要求灯具交流输入处不能加X电容，因此只限于小功率应用和非隔离应用，如要应用在隔离系统中，过FCC认证非常困难。

发明内容

针对现有技术中照明开关的应用限制性太强，兼容性差，体验感不强等问题，本发明提出了一种新的检测方法；在解决了现有技术照明开关存在的问题的同时，并保持着现有技术的优势如 记忆功能，低功耗、低成本。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

智能开关检测和识别电路，所述的智能开关检测和识别电路包括有开关动作检测电路和控制电路，在所述的开关动作检测电路中，包括限流电路、全波整流、分压比调节、低压检测器、线性稳压器、光耦；调节分压比可改变开关未动作期间的占空比，调节限流电路可改变开关的功耗，调节线性稳压器输出端的储能电容可改变开关关闭时，高脉宽最大维持时间，开关关闭时通过该高脉宽时间和低电平时间判断可精准的识别开关类型；在所述控制电路中包括有MCU，通过开关动作期间的脉冲宽度，与开关未动作期间的脉冲宽度进行比较来识别开关是否有动作，如有动作便改变输出，从而控制灯具颜色或亮度。

更进一步的，所述的分压比调节是通过改变分压阻值来调节输出占空比。

更进一步的，所述的低压检测器是将分压之后的波形与参考电压进行比较，从而得到PWM波形。

更进一步的，所述低压检测器输出通过光耦隔离传输给MCU。

更进一步的，所述的MCU实时扫描光耦传输的PWM波形，并与固定脉冲宽度进行比较，对单刀单掷开关：高脉宽大于固定脉冲高脉宽、地脉宽。

所述MCU如检测到低脉宽时间大于一定时间，则认为用户是关闭开关，并非想进行场景切换。

更进一步的，所述的线性稳压器是在全波整流、稳压二极管稳压之后，通过单向导通二极管隔离、电容滤波等给LDO,其输出电压是给光耦初级、低压检测器、三极管偏置等供电的。所述MCU是通过外部其他电源供电，市电断电之后，供电时间能维持一段时间。

更进一步的，所述开关按键为单刀双掷开关。

更进一步的，所述开关按键为单刀单掷开关。

在本发明中，首先将交流电输入波形调制成不同的PWM脉冲，通过MCU对不同脉冲宽度（即固定占空比）进行比较来判断开关是否有动作，开关在未动作的时候，输入给MCU的脉冲为高脉宽t1为300US，周期为10mS。单刀双掷开关切换时高脉宽为时间t2为2ms--50ms，单刀单掷开关切换时，高脉宽为50mS，低脉宽根据断电时间而定，根据不同的切换速度通常在100mS-2S间。通过MCU将开关未动作时候的PWM占空比和周期作为参考量，将开关切换时的脉冲宽度与该参考量进行比较，从而可识别到开关的动作。超级电容为MCU持续供电，实时检测和识别开关动作，可完全不顾交流电X电容的放电时间。

本发明的有益技术效果是：兼容单刀双掷和单刀单掷开关，可最低识别到开关切换时断电时间为2mS，功耗小，可控制在20mW内，兼容非隔离和隔离系统应用。

附图说明

图1是本发明一个实施例为开关没有动作的时候电路输出波形示意图。

图2 是本发明一个实施例为有开关动作所对应的波形图和脉宽示意图。

图3是本发明一个实施例的电路原理图。

图4是本发明一个实施例的电路原理图。

图5是本发明一个实施例的电路原理图。

图6是本发明一个实施例的电路原理图。

图7是本发明一个实施例的电路原理图。

具体实施方式

结合图1至图7，详细说明本发明的具体实施方式，但不对权利要求作任何限定。智能开关检测和识别电路，所述的智能开关检测和识别电路包括有开关动作检测电路和控制电路，在所述的开关动作检测电路中，包括限流电路、全波整流、分压比调节、低压检测器、线性稳压器、光耦；调节分压比可改变开关未动作期间的占空比，调节限流电路可改变开关的功耗，调节线性稳压器输出端的储能电容可改变开关关闭时，高脉宽最大维持时间，开关关闭时通过该高脉宽时间和低电平时间判断可精准的识别开关类型；在所述控制电路中包括有MCU，通过开关动作期间的脉冲宽度，与开关未动作期间的脉冲宽度进行比较来识别开关是否有动作，如有动作便改变输出，从而控制灯具颜色或亮度。

图1为连续的占空比统一的方波，调节低压检测比较器输入分压电阻可对该低脉宽进行有效的调制。调制原理如下：

（1）输入市电交流：U(t)=Umsin(Wt)，Um为峰峰值，某时刻与该时刻电压对应的关系为t= arcsin{U(t)/Um}/2πf，f为市电频率；

（2）设分压比为A,分压比为低压检测器的输入电压与市电此刻电压之比，即A=Ui/Uc,检测电压为Udet=1.2V,当低压检测器的输入电压低于Udet时，低压检测器输出高电平，反之输出低电平。则在分压比A的情况下，输出高脉宽的时间Ta为，Ta=2ASIN(A*Udet/Um)/(2πf)，本次案例输出高脉宽为300uS。

MCU1检测开关动作逻辑为：

（1）MCU初始化之后将对开关类型进行判断，在用户进行切换时，判断图2中波形脉宽度，如出现2ms<t<100ms的高电平，且低电平少于等于10ms则为单刀双掷开关，如100ms<t2<500ms，则为单刀单掷开关；

（2）开关动作时，分为单次开关和快速切换，若为单刀单掷开关，单次关闭或者市电停电将出现的低脉宽t2>500ms，快速切换时100ms<t2<500ms.若为单刀双掷开关，单次操作将会出现50ms<t<100ms的高脉宽，快速切换高脉宽为2ms<t<50ms；

（3）单片机通过识别物理开关类型和动作的类别，来判断是单次开关还是快速切换，若为快速切换，将控制LED恒流装置改变输出颜色。若为单次关闭，则将当前LED输出状态（颜色和亮度值）保存在flash中，下次上电将保持上次断电时的场景和状态。

Claims (9)

1.智能开关检测和识别电路，其特征是：所述的智能开关检测和识别电路包括有开关动作检测电路和控制电路，在所述的开关动作检测电路中，包括限流电路、全波整流、分压比调节、低压检测器、线性稳压器、光耦；调节分压比可改变开关未动作期间的占空比，调节限流电路可改变开关的功耗，调节线性稳压器输出端的储能电容可改变开关关闭时，高脉宽最大维持时间，开关关闭时通过该高脉宽时间和低电平时间判断可精准的识别开关类型；在所述控制电路中包括有MCU，通过开关动作期间的脉冲宽度，与开关未动作期间的脉冲宽度进行比较来识别开关是否有动作，如有动作便改变输出，从而控制灯具颜色或亮度。

2.根据权利要求1所述的智能开关检测和识别电路，其特征是：所述的分压比调节是通过改变分压阻值来调节输出占空比。

3.根据权利要求1所述的智能开关检测和识别电路，其特征是：所述的低压检测器是将分压之后的波形与参考电压进行比较，从而得到PWM波形。

4.根据权利要求1和3所述的智能开关检测和识别电路，其特征是：所述低压检测器输出通过光耦隔离传输给MCU。

5.根据权利要求1和4所述的智能开关检测和识别电路，其特征是：所述的MCU实时扫描光耦传输的PWM波形，并与固定脉冲宽度进行比较，对单刀单掷开关：高脉宽大于固定脉冲高脉宽、地脉宽。

6.根据权利要求1和5所述的智能开关检测和识别电路，其特征是：所述MCU如检测到低脉宽时间大于一定时间，则认为用户是关闭开关，并非想进行场景切换。

7.根据权利要求1所述的智能开关检测和识别电路，其特征是：所述的线性稳压器是在全波整流、稳压二极管稳压之后，通过单向导通二极管隔离、电容滤波等给LDO,其输出电压是给光耦初级、低压检测器、三极管偏置等供电的；所述MCU是通过外部其他电源供电，市电断电之后，供电时间能维持一段时间。

8.根据权利要求1所述的智能开关检测和识别电路，其特征是：所述开关按键为单刀双掷开关。

9.根据权利要求1所述的智能开关检测和识别电路，其特征是：所述开关按键为单刀单掷开关。