CN108684116A - 一种智能开关电路 - Google Patents
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Abstract
一种智能开关电路,包括AC‑DC电路,变压器,DC‑DC电路,MCU,LED灯驱动电路,LED灯,WIFI或蓝牙装置,其特征在于,还包括墙壁开关检测电路,当用户按压一下墙壁开关,该检测电路可以检测到开关动作,以使灯改变当前的工作状态,从而使得可使用开关实现对灯的开关,同时灯始终也可以被无线控制器控制。通过本电路,既能够保证这盏吸顶灯始终不断电或只是短暂断电,然后电又重新恢复,这样始终可以通过WIFI控制这盏灯;又能够保证在客厅里通过一种墙壁开关实现”开灯”和“关灯”;如果是因交流电网断电,电力恢复后,灯的状态还是保持电网断电之前的状态。
Description
技术领域
本发明属于智能开关领域,具体地涉及一种智能开关电路。
背景技术
目前,当采用传统的墙壁开关,将灯关掉后,灯是处在一个断电状态,因为无法通过WIFI远程遥控灯的开关了。
因此需要设计一套系统,当用户按压一下这个开关,智能灯可以检测到开关动作,因此灯就可以将目前的状态反转一次。
例如,在客厅里安装了一盏WIFI吸顶灯,通过客厅的墙壁开关关掉WIFI吸顶灯后,吸顶灯就彻底断电了,因此就无法远程通过APP控制这盏灯了,因此希望设计一套系统,既能够保证这盏吸顶灯始终不断电或只是短暂断电(几十毫秒到几秒钟),然后电又重新恢复,这样始终可以通过WIFI控制这盏灯;又能够保证在客厅里通过一种墙壁开关实现”开灯”和“关灯”。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能开关电路,当用户按压一下这个开关,智能灯可以检测到开关动作,因此灯就可以将目前的状态反转一次。例如,目前灯是亮的,当用户按压一次开关,灯就灭了;如果目前灯是灭的,用户按压一次灯就开了,开关动作结束后,依然可以通过WIFI来远程控制这盏灯。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种智能开关电路,包括AC-DC电路,变压器,DC-DC电路,灯驱动电路,灯,具有MCU的无线控制器,其特征在于,还包括开关检测电路,当用户按压开关,该检测电路可以检测到开关动作,以使灯改变当前的工作状态,从而使得可使用开关实现对灯的开关,同时灯始终也可以被无线控制器控制。
进一步地,所述开关为常闭型开关或闪断开关。
进一步地,所述开关检测电路包括上电控制电路,分压电路,和电容充放电电路,所述开关检测电路能实现如下三种状态的检测:用户操作开关快,MCU没有掉电;用户操作开关慢,MCU有掉电重启的动作;停电又来电。
进一步地,在所述上电控制电路中,电阻R48连接到MCU的IO口,当IO口输出高电平时,NMOSQ7导通,之后PMOSQ6导通,输入的电压送到电阻R49端;当IO口输出低电平时,NMOSQ7截止,之后PMOSQ6截止,电阻R49处没有输入电压。
进一步地,所述分压电路包括电阻R50,用于使变压器输出的电压降低。
进一步地,在所述电容充放电电路中,当开关闭合时,通过二极管D10给电容C16充电,经过一定时间电容充满电;之后电容放电时会有两种路径,二极管D10为反向截止状态,二极管D10这一放电通路漏的电流很少;而另一个放电通路为电阻R1加上稳压二极管D2,当电容两端的电压大于稳压二极管的电压时,电容的放电电流很大,电容两端的电压会降低到和稳压二极管相同,之后稳压二极管截止,此时电阻R1和稳压二极管D2的放电通路的卸放电流也变得很小,此后电容C16两端的电压能保持很长时间;而电容C16的电压直接传递到MCU的ADC引脚,通过MCU的ADC判断C16两端的电压来区分不同的开关动作。
进一步地,所述无线控制器的无线通信方式是WIFI或蓝牙。
进一步地,所述开关检测电路包括ADC(Analog-to-Digital Converter)电路,ADC电路包括电阻R1和电阻R2,电阻R1的一端接VDD/HV,电阻R2的一端接地,电阻R1和电阻R2的另一端都连接到无线控制器。
进一步地,当用户按压开关时,VDD/HV的电压会立刻下降,当用户手从开关上松开时,VDD/HV的电压会立刻上升;而MCU通过ADC1的采样电压值先下降然后上升,并且下降超过一个阈值,则判断为一次闪断;此时MCU的IO口会输出状态反转,当无线控制器检测到MCU输出IO口状态反转后,使灯的状态反转。
进一步地,所述开关检测电路包括两个ADC电路,在第一ADC电路ADC1中,电阻R1的一端接VCC,电阻R2的一端接地,电阻R1和电阻R2的另一端都连接到无线控制器,电容C1与电阻R2并联;在第二ADC电路ADC2中,电阻R3的一端接VDD/HV,电阻R4的一端接地,电阻R3和电阻R4的另一端都连接到无线控制器。
进一步地,从220v市电断电,到给无线控制器供电的3.3v跌落到1v以下,所需时间的长短分成两种:(1)时间小于等于500ms;(2)时间大于500ms。
进一步地,对于第(1)种,当用户按压闪断开关时,如果时间小于等于500ms后恢复供电,此时第二ADC电路ADC2检测出电压的下降和上升的过程,从而此时可以将灯的状态反转;对于第(2)种,当用户按压闪断开关时,如果时间大于等于500ms后恢复供电,此时ADC1就可以检测出电压值如果大于1v,灯的状态就反转;如果小于0.5v,就判断为电网掉电,从而灯的状态就不变。
进一步地,所述开关检测电路包括ADC电路,ADC电路包括电阻R1和电阻R2,电阻R1的一端接VDD/HV,电阻R2的一端接地;电阻R1和电阻R2的另一端都连接到无线控制器,该无线控制器上连接定时电路。
进一步地,当用户按下开关时,220v交流电开始下降,然后导致U0电压开始下降;ADC采样的电压就越来越低,当低到某一个值时,判断为这是一次有效的下降;记录下定时电路给到MCU当前的时间T1和ADC采样电压;从T1时刻开始,经过毫秒至几秒后,220v电压恢复,此时ADC采样电压开始上升,MCU读取此时定时电路的时间,此时间小于阈值时,判断为这是一次有效的开关,灯的状态就反转;如果此时间超过一阈值,MCU就判断为是电网断电,则灯的状态维持掉电之前的状态。
与现有技术相比,本发明具有的有益效果是:用传统开关关灯时,灯是完全断电的;而用本发明的开关断电时,灯只是瞬间断电,然后电又恢复了或者灯没有断电,只是电压跌落了,而后又恢复了;同时还能够区分开电网断电和开关状态,如果是电网断电,然后在恢复后,灯的状态是不变的。
另外,本发明的应用范围如下:
(1)本发明专利不限于WIFI设备,而是包含一切无线产品(比如:BLE,Zigbee,WIFI,红外,NB-IOT等等无线产品);
(2)本发明也不仅仅包含智能灯设备,也包含其他一切智能设备,比如:智能电视,智能空气净化器等等;本发明不限于智能家居产品,同时也包含其他一切智能或一切可以远程控制的产品;
(3)开关的不同动作(比较按压时间的长短),装置会产生不同的动作;但根据本发明,无论开关如何动作,产生的断电时间是固定的,这样用户无论对开关按压时间多长,装置产生的动作都是一样的,不受开关按压时间的长短;
(4)本发明中提到的供电不仅仅限定在常用的交流110v和220v,还包括其他交流供电电压,同时也包括直流供电方式等。
附图说明
图1是本发明智能开关电路的原理框图;
图2是本发明实施例一的检测电路的示意图;
图3是检测电路中的上电控制电路部分的示意图;
图4是检测电路中的分压电路部分的示意图;
图5是检测电路中的电容充放电电路部分的示意图;
图6是检测电路中的电容充放电电路部分的电容放电电流路径的示意图;
图7是本发明实施例二的检测电路的示意图;
图8是本发明实施例三的检测电路的示意图;
图9是本发明实施例四的检测电路的示意图;
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
本发明所述的闪断开关用来控制电源的通断,该开关为常闭开关,当使用者按压开关时,开关断开,将手移开开关后,开关自动闭合;或者:当使用者按压开关时,开关断开,不管手是否移开开关,开关都自动闭合。
图1是本发明智能开关电路的原理框图,如图1所示,包括以下元件:
(1)Everconnect Switch:一种自恢复机械开关,使用者不按压开关时,开关是闭合的,这样无线灯具始终带电;通过按压开关,开关会短暂断开,这样无线灯具就会短暂的断电,松开开关后,开关自动闭合,这样无线灯具就会再次通电;
(2)AC-DC、DC-DC:110v或220v交流电或直流电电源转换电路;
(3)Detection Circuit:可以通过对电压或电流等电参数进行采集,并将这些电参数数据输送给Wareless Controller,由判断方法根据“数据模型”做出判断;
(4)Wareless Controller:将判断出开关具体动作,根据不同的开关动作,输出控制命令给到LED driver,Wareless Controller的另一个重要的作用是:通过WIFI或其他无线通信方式和手机,遥控器等进行通信,换句活说就是:手机或要控制可以通过无线方式控制无线照明装置;
(5)LED Driver:横流驱动电路,用来驱动输出恒定的电流来给LEDs String供电;
(6)LEDs String:LED灯通过串并联组成,用来将电能转化成光,起到照明作用;还包括OLED,QLED等发光器件。
实施例一
图2是本发明实施例一的检测电路的示意图。
本发明适用的开关为一种常闭型的,按一下断开但松开手回弹的开关。
本电路的检测原理为:人不操作开关时,开关一直处于导通状态,智能灯一直有电,人们可以通过遥控器灯开灯或者关灯。当人按压开关时,开关断开,但人手松开后,开关又自动闭合,这个检测电路就是为了检测开关的短暂断开而设计。我们设计的这个电路,能实现如下三种状态的检测:用户操作开关很快,MCU没有掉电;用户操作开关比较慢,MCU有掉电重启的动作;停电又来电。
各模块电路原理介绍:
如图3电路为上电控制电路,R48会连接到MCU的IO口,当IO口输出高电平时,NMOSQ7导通,之后PMOSQ6导通,输入的电压送到电阻R49端。当IO口输出低电平时,NMOSQ7截止,之后PMOSQ6截止,电阻R49处没有电压。
如图4电路为一个分压电路,MCU的供电电压很多时候都会低于变压器输出的电压,所以需要用分压电路来把变压器输出的电压降低一下。
图5是检测电路中的电容充放电电路部分的示意图;图6是检测电路中的电容充放电电路部分的电容放电电流路径的示意图。
如图5、图6所示,当开关闭合时,通过二极管D10给电容C16充电,电容充满电的时间τ=R49*C16=15mS,所以只要给电容充电,电容很快就会充满。之后电容放电时会有图A中绿色箭头所画的两种路径,二极管为反向截止状态,D10这一通路漏的电流很少,即放电时D10就相当于一个大电阻。而另一个放电通路为一个电阻R1加上稳压二极管D2,当电容两端的电压大于稳压二极管的电压时,电容的放电电流很大,电容的两端的电压会很快降低到和稳压二极管相同,之后稳压二极管截止,所以R1和D2的放电通路的卸放电流也变得很小,此后C16两端的电压能保持很长时间。而C16的电压直接传递到MCU的ADC引脚,通过MCU的ADC判断C16两端的电压来区分不同的墙壁开关动作。
具体地,下面分别介绍一下三种状态(如上文中说本发明可以检测到的三种情况:用户操作开关很快,MCU没有掉电;用户操作开关比较慢,MCU有掉电重启的动作;停电又来电)的检测原理。
用户操作开关很快,MCU没有掉电:此时,墙壁开关断开时,会使C16两端的电压产生下降,之后通过MUC的ADC判断C16的电压的下降就可以识别出用户进行了一次开关操作,让灯开或者关。
用户操作开关比较慢,MCU有掉电重启的动作:MCU重启,就说明整个系统断过一次电,此时电容C16两端的电压会下降,重新上电之后,此时会让PMOSQ6处于截止作态,不会给电容充电,待ADC的信号检测完毕后,再让PMOSQ6导通,之后电容C16会瞬间满电。由于C16的电压降低到稳压二极管D2相同的电压后,其放电回路通过D10和D2的漏电流放电,所以C16的电量能维持很长时间;ADC的检测电压高于阈值,因此可以判断是一次开关动作,此时灯的应该改变。
家庭停电又来电:家庭停电又来电,我们定义此种情况为灭灯,若停电来电后灯亮,万一家中没有人就会让灯一直亮,浪费电源。此种情况的检测原理为,长时间停电,电容C16的电量会放尽,之后再次来电时,MCU的ADC引脚的电压几乎为零,这时就可以判为停电;,因此灯的状态不改变。
实施例二
图7是本发明实施例二的检测电路的示意图。
如图7所示,电路解释如下:
VDD/HV:直流母线电压HV或LED驱动的输入电压VDD;
VCC:无线模组的供电电压;
VCC1:MCU1供电电压,可以保证MCU1在开关切换不掉电;
整个工作过程如下:
当用户按压“闪断开关”时,VDD/HV的电压会立刻下降,当用户手从“闪断开关”上松开时,VDD/HV的电压会立刻上升;而MCU1的通过ADC1采样电压值有下降然后上升,并且下降超过一个阈值,就认为是一次“闪断”;此时MCU1的IO口会输出状态反转,当Warelesscontroller检测到MCU1输出IO口状态反转后,Wareless controller会让灯的状态反转。
这个电路的好处是:MCU1的功耗非常低,因此对MCU1的供电方式有多种,例如通过一个电池给MCU1单独供电。
实施例三
图8是本发明实施例三的检测电路的示意图。
在本实施例中,整个工作过程如下:
从220v断电,到给WIFI供电的3.3v跌落到1v以下,需要的时间的长短分成两种:
(1)时间小于等于500ms;
(2)时间大于500ms;
比如第一种:时间小于500ms的;
当用户的按压闪断开关时,如果时间小于500ms后恢复供电,此时ADC2就可以检测出一个电压的下降和上升的过程。因此此时可以将灯的状态反转;
当用户的按压闪断开关时,如果实现大于等于500ms后恢复供电,此时ADC1就可以检测出电压值如果电压大于1v,灯的状态就可以反转;如果小于0.5v,就判断为电网掉电,因此灯的状态就不变;
比如第二种:时间大于500ms的;
当用户的按压闪断开关时,如果时间小于500ms后恢复供电,此时ADC2就可以检测出一个电压的下降和上升的过程。因此此时可以将灯的状态反转;
当用户的按压闪断开关时,如果实现大于等于500ms后恢复供电,此时ADC1就可以检测出电压值如果电压大于1v,灯的状态就可以反转;如果小于0.5v,就判断为电网掉电,因此灯的状态就不变;
通过这套系统就可以保证,用户用自恢复开关,关灯时,灯被关掉了,但是灯的220v交流电,依然没断。即:灯可以被远程控制,只是软关断。
如果是因为电网断电,电网恢复后,灯的状态可以和原来保持一致。
实施例四
图9是本发明实施例三的检测电路的示意图。
在本实施例中,当用户按下开关时,220v交流电开始下降,然后导致VDD/HV电压开始下降。ADC采样的电压就越来越低,当低到某一个值时,就认为这是一次有效的下降(因为U0在实际工作中会有一些小的波动,因此需要滤去这些波动电压);记录下RTC给到MCU当前的时间T1和ADC采样电压;从T1时刻开始,经过毫秒至几秒后,220v电压恢复,此时ADC采样电压开始上升,MCU读取此时RTC的时间,这个时间小于阈值,我们就认为这是一次有效的开关;灯的状态就需要反转;如果这个时间超过阈值,MCU就认定是一个电网断电,这样灯的状态维持掉电之前的状态。
综上所述,可以通过采用不同的电路来检测出开关具体的动作,控制器通过不同的算法,给出不同的输出,来控制灯(或外设的动作);
因此电路部分不限于如上几种电路,通过包括采用比较器,来判断电压信号,来判断出开关状态,实现灯的开关等等。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (14)
1.一种智能开关电路,包括AC-DC电路,变压器,DC-DC电路,灯驱动电路,灯,具有MCU的无线控制器,其特征在于,还包括开关检测电路,当用户按压开关,该检测电路可以检测到开关动作,以使灯改变当前的工作状态,从而使得可使用开关实现对灯的开关,同时灯始终也可以被无线控制器控制。
2.根据权利要求1所述的智能开关电路,其特征在于,所述开关为常闭型开关或闪断开关。
3.根据权利要求1或2所述的智能开关电路,其特征在于,所述开关检测电路包括上电控制电路,分压电路,和电容充放电电路,所述开关检测电路能实现如下三种状态的检测:用户操作开关快,MCU没有掉电;用户操作开关慢,MCU有掉电重启的动作;停电又来电。
4.根据权利要求3所述的智能开关电路,其特征在于,在所述上电控制电路中,电阻R48连接到MCU的IO口,当IO口输出高电平时,NMOSQ7导通,之后PMOSQ6导通,输入的电压送到电阻R49端;当IO口输出低电平时,NMOSQ7截止,之后PMOSQ6截止,电阻R49处没有输入电压。
5.根据权利要求3所述的智能开关电路,其特征在于,所述分压电路包括电阻R50,用于使变压器输出的电压降低。
6.根据权利要求3所述的智能开关电路,其特征在于,在所述电容充放电电路中,当开关闭合时,通过二极管D10给电容C16充电,经过一定时间电容充满电;之后电容放电时会有两种路径,二极管D10为反向截止状态,二极管D10这一放电通路漏的电流很少;而另一个放电通路为电阻R1加上稳压二极管D2,当电容两端的电压大于稳压二极管的电压时,电容的放电电流很大,电容两端的电压会降低到和稳压二极管相同,之后稳压二极管截止,此时电阻R1和稳压二极管D2的放电通路的卸放电流也变得很小,此后电容C16两端的电压能保持很长时间;而电容C16的电压直接传递到MCU的ADC引脚,通过MCU的ADC判断C16两端的电压来区分不同的开关动作。
7.根据权利要求1所述的智能开关电路,其特征在于,所述无线控制器的无线通信方式是WIFI或蓝牙。
8.根据权利要求1或7所述的智能开关电路,其特征在于,所述开关检测电路包括ADC电路,ADC电路包括电阻R1和电阻R2,电阻R1的一端接VDD/HV,电阻R2的一端接地,电阻R1和电阻R2的另一端都连接到无线控制器。
9.根据权利要求8所述的智能开关电路,其特征在于,当用户按压开关时,VDD/HV的电压会立刻下降,当用户手从开关上松开时,VDD/HV的电压会立刻上升;而MCU通过ADC1的采样电压值先下降然后上升,并且下降超过一个阈值,则判断为一次闪断;此时MCU的IO口会输出状态反转,当无线控制器检测到MCU输出IO口状态反转后,使灯的状态反转。
10.根据权利要求1或7所述的智能开关电路,其特征在于,所述开关检测电路包括两个ADC电路,在第一ADC电路ADC1中,电阻R1的一端接VCC,电阻R2的一端接地,电阻R1和电阻R2的另一端都连接到无线控制器,电容C1与电阻R2并联;在第二ADC电路ADC2中,电阻R3的一端接VDD/HV,电阻R4的一端接地,电阻R3和电阻R4的另一端都连接到无线控制器。
11.根据权利要求10所述的智能开关电路,其特征在于,从220v市电断电,到给无线控制器供电的3.3v跌落到1v以下,所需时间的长短分成两种:(1)时间小于等于500ms;(2)时间大于500ms。
12.根据权利要求11所述的智能开关电路,其特征在于,对于第(1)种,当用户按压闪断开关时,如果时间小于等于500ms后恢复供电,此时第二ADC电路ADC2检测出电压的下降和上升的过程,从而此时可以将灯的状态反转;对于第(2)种,当用户按压闪断开关时,如果时间大于等于500ms后恢复供电,此时ADC1就可以检测出电压值如果大于1v,灯的状态就反转;如果小于0.5v,就判断为电网掉电,从而灯的状态就不变。
13.根据权利要求1或7所述的智能开关电路,其特征在于,所述开关检测电路包括ADC电路,ADC电路包括电阻R1和电阻R2,电阻R1的一端接VDD/HV,电阻R2的一端接地;电阻R1和电阻R2的另一端都连接到无线控制器,该无线控制器上连接定时电路。
14.根据权利要求13所述的智能开关电路,其特征在于,当用户按下开关时,220v交流电开始下降,然后导致U0电压开始下降;ADC采样的电压就越来越低,当低到某一个值时,判断为这是一次有效的下降;记录下定时电路给到MCU当前的时间T1和ADC采样电压;从T1时刻开始,经过毫秒至几秒后,220v电压恢复,此时ADC采样电压开始上升,MCU读取此时定时电路的时间,此时间小于阈值时,判断为这是一次有效的开关,灯的状态就反转;如果此时间超过一阈值,MCU就判断为是电网断电,则灯的状态维持掉电之前的状态。
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