CN108170048B - 智能开关及智能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了智能开关及智能控制方法。所述智能开关包括壳体,所述壳体的顶面板设有开关按钮、荧光片和标准5孔插座,该标准5孔插座与市电的零线和火线连接。所述智能开关还包括核心层插板、逻辑层插板和应用层插板,所述核心层插板包括ESP8266‑WROOM‑02模组、LED指示灯D1、接口P1,该LED指示灯D1与ESP8266‑WROOM‑02模组的6号引脚相连,所述接口P1与ESP8266‑WROOM‑02模组的8号引脚相连。本发明公开的智能开关及智能控制方法,智能开关内置三层插接结构便于维修和更换。核心层插板、逻辑层插板和应用层插板顺次插接并且同时内置于壳体,并且具备远程脉冲开关控制和端口检测功能。
Description
技术领域
本发明属于智能开关技术领域,具体涉及智能开关及智能控制方法。
背景技术
随着负荷侧家庭能量管理系统中用电需求的增大,负荷侧的调度削峰填谷,特别是家用电器的负荷控制显得十分重要。例如,电灯、冰箱、空调、热水器等。在目前的开关控制技术中,存在有线控制和无线控制两种控制方式。其中,有线控制通过网线连接,无线控制则无需网线连接,以蓝牙、zigbee、wifi为主。
上述各类型无线控制方式不同程度地存在缺陷。对蓝牙而言,虽然有50米以上长距离通信的产品实例存在,但通信距离仍然有限。例如,基于蓝牙为开发智能设备提供了无线可能,但仍不能实现远程异地控制。对zigbee而言,虽然zigbee技术促进了智能产品的诞生,但其存在通信速率有限,产品不稳定且造价高的缺点。
发明内容
本发明针对现有技术的状况,提供一种智能开关和一种智能开关的智能控制方法。
本发明采用以下技术方案,所述智能开关包括壳体,所述壳体的顶面板设有开关按钮、荧光片和标准5孔插座,该标准5孔插座与市电的零线和火线连接,其特征在于,所述智能开关还包括核心层插板、逻辑层插板和应用层插板,所述核心层插板、逻辑层插板和应用层插板顺次插接并且同时内置于壳体,其中:
所述核心层插板包括ESP8266-WROOM-02模组、LED指示灯D0、接口P0,该LED指示灯D0与ESP8266-WROOM-02模组的6号引脚相连,所述接口P0与ESP8266-WROOM-02模组的8号引脚相连;
所述逻辑层插板包括开关S1和开关S2、施密特触发器U1A和施密特触发器U1B、与非门U2A、PNP三极管Q1和PNP三极管Q2,所述施密特触发器U1A的输入端与开关S1相连,所述施密特触发器U1B的输入端与开关S2相连,所述与非门U2A同时与施密特触发器U1A的输出端和施密特触发器U2A的输出端相连,所述与非门U2A的输出端与PNP三极管Q1的基极相连。
根据上述技术方案,所述ESP8266-WROOM-02模组的3号引脚与PNP三极管Q2的基极相连。
根据上述技术方案,所述逻辑层插板还包括D触发器U3A,所述PNP三极管Q1的集电极和PNP三极管Q2的集电极分别通过电阻U3R1和电阻U3R2同时与D触发器U3A的CLK1引脚相连。
根据上述技术方案,所述应用层插板包括隔离型ACDC模块Pz和DCDC模块U4,所述隔离型ACDC模块将市电转换为5V直流电,所述DCDC模块U4将5V直流电转换为3.3V直流电。
根据上述技术方案,所述应用层插板还包括继电器M1和二极管D1,所述二极管D1与继电器M1反向并联。
根据上述技术方案,所述应用层插板还包括接线铜柱B1、接线铜柱B2、接线铜柱B3、接线铜柱B4和接线铜柱B5,所述接线铜柱B1和接线铜柱B2分别与市电的零线和火线相连,接线铜柱B3与继电器M1的公共触点相连,接线铜柱B4与继电器M1的常开触点相连,接线铜柱B5与继电器M1的常闭触点相连。
本发明还公开了智能开关的智能控制方法,包括以下步骤:
步骤S1:ESP8266-WROOM-02模组初始化并且读取默认的SSID值;
步骤S2:判断SSID值是否为零,如果为零则进入Smart_Config模式以配置SSID值并且扫描和连接对应的SSID,否则扫描和连接对应的SSID;
步骤S3:判断Activeflag值是否为零,如果为零则进入Smart_Config模式以配置被控设备的Activeflag值并且连接远程服务器,否则连接远程服务器;
步骤S4:获取被控设备对应的存储于远程服务器的云端节点值,同时获取ESP8266-WROOM-02模组的Test引脚的电平值;
步骤S5:判断被控设备的上述云端节点值和Test引脚电平值是否一致,如果不一致则ESP8266-WROOM-02模组的PWM引脚输出PWM波形。
根据上述技术方案,步骤S1中,ESP8266-WROOM-02模组初始化包括以下步骤:
步骤S11:设置Smart_Config模式为ESPTOUCH模式;
步骤S12:设置WIFI模式为STATION模式。
根据上述技术方案,步骤S4中,包括以下步骤:
步骤S41:启动1秒的定时器并且调用同步函数;
步骤S42:检测被控设备对应的存储于远程服务器的云端节点值,如果云端节点值发生变化则读取并且保存云端节点值。
根据上述技术方案,步骤S5中,PWM引脚输出PWM波形的时长为500ms。
本发明公开的智能开关及智能控制方法,其有益效果在于:
1)硬件上采用三层插接结构,便于零件的更换和维修。
2)壳体可沿用现有开关一样的外观结构。
3)核心层电路板可移植到任何电器上,将其改造成智能产品。
4)ESP8266-WROOM-02模组具有远程脉冲开关控制和端口检测功能。
附图说明
图1是本发明优选实施例的智能开关的系统框图。
图2是本发明优选实施例的智能开关的核心层插板的电路原理图。
图3是本发明优选实施例的智能开关的逻辑层插板的电路原理图。
图4是本发明优选实施例的智能开关的应用层插板的电路原理图。
图5是本发明优选实施例的智能开关的控制流程图。
图6是本发明优选实施例的智能开关的结构示意图。
附图标记包括:1-开关按钮;2-荧光灯;3-壳体;4-标准5孔插座。
具体实施方式
本发明公开了一种智能开关和一种智能开关的智能控制方法,下面结合优选实施例,对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参见附图的图1至图6,图6示出了所述智能开关(以下可简称智能开关)的外部结构。优选地,所述智能开关包括壳体3,所述壳体3的顶面板设有开关按钮1、荧光片2和标准5孔插座4,该标准5孔插座4的直接与市电的零线和火线连接而不通过内置于智能开关的继电器。
进一步参见附图的图2至图4,优选地,所述智能开关还包括核心层插板(PCB板)、逻辑层插板(PCB板)和应用层插板(PCB板),所述核心层插板、逻辑层插板和应用层插板顺次插接并且同时内置于壳体3。
进一步参见附图的图1和图5,优选地,所述核心层插板包括ESP8266-WROOM-02模组(ESP8266最小系统),该ESP8266-WROOM-02模组作为核心层的中央控制器,其内部烧写功能固件,并集成了ESPTOUCH和ESPMESH的不开源底层代码。其克服了路由器接入节点的限制,使得ESP8266能扩展多个节点,通过其ESP-MESH技术和ESP-TOUCH技术实现节点自组网和智能控制。通过这些技术能够在家庭能源管理系统内放置多达上千个节点,从而实现家庭设备的能源调度。
优选地,所述核心层插板还包括LED指示灯D0,该LED指示灯D0与ESP8266-WROOM-02模组的6号引脚(GPIO13)相连。该LED指示灯用于指示模块的配置情况,配置失败亮起,配置成功熄灭。
优选地,所述核心层插板还包括接口P0(下载口)、接口P2和接口P3,所述接口P0与ESP8266-WROOM-02模组的8号引脚(GPIO0)相连,该接口P0与通过TXD、RXD串口下载并在线调试,GPIO0端口下载时下拉,运行时悬空。ESP8266-WROOM-02模组的其余GPIO端口和**ADC引脚分别连接至接口P2和接口P3,到逻辑层实现具体的功能。
优选地,所述核心层插板还包括电容C0,该电容C0保证ESP8266-WROOM-02模组得到可靠的3.3V电源供电,ESP8266-WROOM-02模组的15号引脚(RST复位引脚)通过12K电阻上拉至3.3V电源。
优选地,所述逻辑层插板包括开关S1和开关S2,默认状态下开关S1与开关S2中的任意一个开关处于按下状态。
优选地,所述逻辑层插板还包括施密特触发器U1A和施密特触发器U1B,所述施密特触发器U1A的输入端与开关S1相连,所述施密特触发器U1B的输入端与开关S2相连,所述施密特触发器U1A和施密特触发器U1B分别用于将开关S1、开关S2的开关信号整形、消抖并取反。
优选地,所述逻辑层插板还包括与非门U2A,所述与非门U2A同时与施密特触发器U1A的输出端和施密特触发器U2A的输出端相连。当S1和S2开关为默认状态时,即两个输入端得到一高一低两个电平,则与非门U2A输出高电平。只有当S1和S2都弹起时,两个输入端都为高电平,与非门U2A输出低电平。
优选地,所述逻辑层插板还包括PNP三极管Q1、PNP三极管Q2,所述与非门U2A的输出端与PNP三极管Q1的基极相连。其中,所述ESP8266-WROOM-02模组的3号引脚(GPIO14)与PNP三极管Q2的基极相连。
优选地,所述逻辑层插板还包括D触发器U3A,所述PNP三极管Q1的集电极和PNP三极管Q2的集电极分别通过电阻U3R1和电阻U3R2同时与D触发器U3A的CLK1引脚相连。因此,开关S1和开关S2从一个默认状态到另一个默认状态,D触发器U3A的CLK1引脚会通过Q1晶体管得到一个脉冲而翻转,MOS管开关状态翻转。
进一步地,在用户远程控制下,D触发器U3A的Test引脚脉冲输出。如果云端节点状态与Test引脚读取的状态一致,则无需输出PWM,否则输出500ms的PWM波形,通过PNP三极管Q2在D触发器U3A的CLK1引脚产生脉冲信号,使逻辑层状态发生翻转。
优选地,所述应用层插板包括隔离型ACDC模块Pz和DCDC模块U4,所述隔离型ACDC模块将市电转换为5V直流电,所述DCDC模块U4将5V直流电转换为3.3V直流电,并且通过接线端子P0和接线端子P2(图中未示出)将3.3V直流电输出至逻辑层插板的用电器和核心层插板的用电器。
优选地,所述应用层插板还包括继电器M1和二极管D1,二极管D1与继电器M1反向并联(二极管D1的正极和负极分别与继电器M1的1端和2端相连)。
优选地,所述应用层插板还包括接线铜柱B1、接线铜柱B2、接线铜柱B3、接线铜柱B4和接线铜柱B5,所述接线铜柱B1和接线铜柱B2分别与市电的零线和火线相连,接线铜柱B3与继电器M1的公共触点相连,接线铜柱B4与继电器M1的常开触点相连,接线铜柱B5与继电器M1的常闭触点相连。同时,可根据不同需求改变接线方式。
参见附图的图5,本发明专利申请还公开了一种智能开关的智能控制方法,包括以下步骤:
步骤S1:ESP8266-WROOM-02模组初始化并且读取默认的SSID值;
步骤S2:判断SSID值是否为零,如果为零则进入Smart_Config模式(智能配置模式)以配置SSID值并且扫描和连接对应的SSID,否则扫描和连接对应的SSID;
步骤S3:判断Activeflag值是否为零,如果为零则进入Smart_Config模式以配置被控设备的Activeflag值并且连接远程服务器(云服务器),否则连接远程服务器;
步骤S4:获取被控设备对应的存储于远程服务器的云端节点值,同时获取ESP8266-WROOM-02模组的Test引脚(GPIO12端口,12号引脚)的电平值;
步骤S5:判断被控设备的上述云端节点值和Test引脚电平值是否一致,如果不一致则ESP8266-WROOM-02模组的PWM引脚(GPIO14端口,14号引脚)输出500ms的PWM波形。
具体地,ESP8266-WROOM-02模组初始化即设置Smart_Config模式为ESPTOUCH模式,并设置WIFI模式为STATION模式。
智能连接,即调用wifi_station_get_config_default方法读取WIFI芯片默认的连接信息并传入station_config类型的指针,从该指针读取SSID值,若为0则进入Smart_Config并传入回调函数,否则,扫描默认的SSID,如扫描成功则连接该SSID,若连接成功进入智能配置,连接失败进入Smart_Config并传入回调函数。
智能配置,即读取esp_platform_saved_param结构体esp_param的activeflag值,若不为0则该设备还未配置,进入配置模式,在手机APP的ESPTOUCH结束后,通过UDP发送代表设备类型的字符串,智能开关为“switch”,热水器则为“heater”,字符串长度限制为6个字节;手机端接收到该UDP数据包后在界面上显示设备并由用户决定是否添加该设备,点击添加按钮后,手机APP自动计算并在云数据库端生成一个唯一的节点,并将包含该节点连接信息的UDP包发送给设备IP地址的1234端口,读取到该UDP包后将该连接云服务器,连接成功后进入功能函数,启动设备功能,并将UDP的包发送给功能函数。
启动设备功能,即设备进入功能函数之后,将UDP包内的信息进行字符串拼接,得到连接信息,调用云数据库的API进行初始化连接;调用芯片的API设置GPIO12端口为输入模式,设置GPIO13端口为输出模式,设置GPIO14端口为输出模式;启动1秒的定时器调用同步函数,检测云端节点的变化,如果云端节点发生了变化,读取GPIO12端口的电平值并保存,读取云端节点的数据值,比较两个量,如果不一致,则GPIO14端口输出PWM波形,以高-低-高的形式输出,波形周期为500ms;与该信号线相连的逻辑层的PNP三级管导通500ms,形成触发脉冲使D触发器的输出Q端状态发生翻转,从而使与Q端连接的N沟道MOS管开合状态发生改变,其驱动的继电器开合状态发生改变。
对于本领域的技术人员而言,依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种智能开关,包括壳体,所述壳体的顶面板设有开关按钮、荧光片和标准5孔插座,该标准5孔插座与市电的零线和火线连接,其特征在于,所述智能开关还包括核心层插板、逻辑层插板和应用层插板,所述核心层插板、逻辑层插板和应用层插板顺次插接并且同时内置于壳体,其中:
所述核心层插板包括ESP8266-WROOM-02模组、LED指示灯D0、接口P0,该LED指示灯D0与ESP8266-WROOM-02模组的6号引脚相连,所述接口P0与ESP8266-WROOM-02模组的8号引脚相连;
所述逻辑层插板包括开关S1和开关S2、施密特触发器U1A和施密特触发器U1B、与非门U2A、PNP三极管Q1和PNP三极管Q2,所述施密特触发器U1A的输入端与开关S1相连,所述施密特触发器U1B的输入端与开关S2相连,所述与非门U2A同时与施密特触发器U1A的输出端和施密特触发器U2A的输出端相连,所述与非门U2A的输出端与PNP三极管Q1的基极相连;
所述ESP8266-WROOM-02模组的3号引脚与PNP三极管Q2的基极相连;
所述逻辑层插板还包括D触发器U3A,所述PNP三极管Q1的集电极和PNP三极管Q2的集电极分别通过电阻U3R1和电阻U3R2同时与D触发器U3A的CLK1引脚相连;
在用户远程控制下,D触发器U3A的Test引脚脉冲输出,如果云端节点状 态与Test引脚读取的状态一致,则无需输出PWM,否则输出500ms的PWM波形,通过PNP三极管 Q2在D触发器U3A的CLK1引脚产生脉冲信号,使逻辑层状态发生翻转;
LED指示灯D0用于指示模块的配置情况。
2.根据权利要求1所述的智能开关,其特征在于,所述应用层插板包括隔离型ACDC模块Pz和DCDC模块U4,所述隔离型ACDC模块将市电转换为5V直流电,所述DCDC模块U4将5V直流电转换为3.3V直流电。
3.根据权利要求1所述的智能开关,其特征在于,所述应用层插板还包括继电器M1和二极管D1,所述二极管D1与继电器M1反向并联。
4.根据权利要求3所述的智能开关,其特征在于,所述应用层插板还包括接线铜柱B1、接线铜柱B2、接线铜柱B3、接线铜柱B4和接线铜柱B5,所述接线铜柱B1和接线铜柱B2分别与市电的零线和火线相连,接线铜柱B3与继电器M1的公共触点相连,接线铜柱B4与继电器M1的常开触点相连,接线铜柱B5与继电器M1的常闭触点相连。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的智能开关的智能开关的智能控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:ESP8266-WROOM-02模组初始化并且读取默认的SSID值;
步骤S2:判断SSID值是否为零,如果为零则进入Smart_Config模式以配置SSID值并且扫描和连接对应的SSID,否则扫描和连接对应的SSID;
步骤S3:判断Activeflag值是否为零,如果为零则进入Smart_Config模式以配置被控设备的Activeflag值并且连接远程服务器,否则连接远程服务器;
步骤S4:获取被控设备对应的存储于远程服务器的云端节点值,同时获取ESP8266-WROOM-02模组的Test引脚的电平值;
步骤S5:判断被控设备的上述云端节点值和Test引脚电平值是否一致,如果不一致则ESP8266-WROOM-02模组的PWM引脚输出PWM波形。
6.根据权利要求5所述的智能开关的智能控制方法,其特征在于,步骤S1中,ESP8266-WROOM-02模组初始化包括以下步骤:
步骤S11:设置Smart_Config模式为ESPTOUCH模式;
步骤S12:设置WIFI模式为STATION模式。
7.根据权利要求5所述的智能开关的智能控制方法,其特征在于,步骤S4中,包括以下步骤:
步骤S41:启动1秒的定时器并且调用同步函数;
步骤S42:检测被控设备对应的存储于远程服务器的云端节点值,如果云端节点值发生变化则读取并且保存云端节点值。
8.根据权利要求5所述的智能开关的智能控制方法,其特征在于,步骤S5中,PWM引脚输出PWM波形的时长为500ms。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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