CN117641642B - 一种单火智能照明开关电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单火智能照明开关电路，涉及开关电路技术领域。该包括开关电路、照明灯以及对开关电路进行控制的控制器电路，所述开关电路包括静触头I1端和静触头I2端以及动触头IU，所述静触头I1端和静触头I2端电连接。该单火智能照明开关电路，在出现电压暂降状态下时，MCU芯片记录此时S2端的状态，并使S2端为高电位，继电器J释放，通过SLEEP端使WiFi模块进入低功耗的睡眠状态，MCU芯片也进入低功耗的睡眠状态，+5V电源的供电电流为2mA。稳压电路进入失压保护状态并停止稳压输出，+5V电源由滤波电容维持，MCU芯片、WiFi模块能正常处于睡眠状态，2秒之内交流线路上的电压暂降结束，稳压电路恢复电压输出，使得电路能够正常且稳定的进行使用。
Description
技术领域
本发明涉及开关电路技术领域，具体为一种单火智能照明开关电路。
背景技术
现有开关的接线方式有两种：1）零火接线方式；2）单火接线方式。很多建筑物墙面中预设的机械开关只有一条连接交流电源火线的进线及一条连接负载火线端子的出线，这类机械开关升级为智能开关时，只能选择单火接线方式的开关。
家庭用的灯具机械开关中一般只有火线，现有单火开关采用的是单火取电技术，利用功率电子开关的接通向负载供电，电子开关的断开取得电源。单火开关主要不足是：功率开关的通断会产生较大的谐波，负载越大，谐波越严重；功率开关工作时，会产生较大的功耗，且负载越大功耗越大，对负载有严格的要求；若负载太小，在电子开关断开时无法取得足够的电源；若负载太大，功耗很大，温升很大，无法满足散热要求；对供电电压有较严格的要求；同时电压偏低，将无法正常工作，会影响实际的工作效率；鉴于此，我们提出了一种单火智能照明开关电路。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种单火智能照明开关电路，解决了上述背景技术提到的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种单火智能照明开关电路，包括开关电路、照明灯以及对开关电路进行控制的控制器电路，所述开关电路包括静触头I1端和静触头I2端以及动触头IU，所述静触头I1端和静触头I2端电连接，所述动触头IU与L线电连接，所述控制器电路包括稳压电路、电压检测电路、MCU电路、WiFi模块电路以及晶体管继电器电路，所述控制器电路包括U1端和U2端，所述U1端为控制器电路的输入端，所述U2端为控制器电路的输出端，所述U1端上电连接有稳压电路和电压检测电路，所述电压检测电路上电连接有MCU电路，所述MCU电路上电连接有WiFi模块电路和晶体管继电器电路；
所述L线通过开关向控制器接通U1端，所述控制器电路的N线接自照明灯的N线，所述控制器电路根据控制逻辑向照明灯接通或断开U1端和U2端；
所述MCU电路包括MCU芯片，所述MCU芯片的TX端、RX端以及SLEEP端均与WiFi模块电连接，在MCU芯片的S2端输出低电位时，三极管Q1导通，三极管Q2饱和，继电器J吸合，且U1端和U2端接通；在所述MCU的S2端输出高电位时，三极管Q1截止，三极管Q2截止，继电器J释放，且U1端和U2端断开；
当S1端电位为低电位0.3V时，U1端和N端两端电压大于90V，MCU芯片维持S2端电位不变，继电器J状态保持不变；
当S1端电位为0.3V到5V之间时，且U1端和N端两端电压小于90V但大于20V时，MCU芯片记录此时S2端的状态，并使S2端为高电位，继电器J释放；稳压电路进入失压保护状态，停止稳压输出，+5V电源由滤波电容维持，且2秒之内+5V电源电压损失不大于1.5V，MCU芯片、WiFi模块均处于睡眠状态；
若2秒之内交流线路上的电压暂降结束，稳压电路恢复电压输出，S1端电位回到低电位0.3V并唤醒MCU芯片，同时恢复S2端的电位，使继电器恢复电压暂降前的状态；
若2秒后交流线路上的电压暂降持续，+5V电源电压损失过大，MCU停止工作，交流线路的电压恢复，MCU进入初始状态，S2端输出高电位，继电器J释放；
当S1端电位为高电位5V时，U1端和N端两端的电压小于20V，开关被人为操作，MCU记录此时S2端的状态，S2端为高电位，继电器J释放，MCU芯片也进入低功耗的睡眠状态，+5V电源的供电电流为2mA；稳压电路进入失压保护状态，停止稳压输出，+5V电源由滤波电容维持，2秒之内+5V电源电压损失不大于1.5V，MCU芯片、WiFi模块能正常处于睡眠状态；2秒之内开关转换结束，U1端和N端两端的电压恢复，稳压电路恢复电压输出，S1端电位回到低电位0.3V，并唤醒MCU芯片，S2端状态与所记录的状态、继电器状态以及照明灯的状态均相反。
可选的，所述稳压电路提供两路直流电压输出，分别为+24V直流电压和+5V直流电压，所述+24V直流电压向晶体管继电器电路供电，所述+5V直流电压向电压检测电路、MCU电路和WiFi模块供电。
可选的，所述电压检测电路包括电阻R1和输出端S1，所述电阻R1的一端与整流桥的正极电连接，所述整流桥的负极与光电耦合器Q的负极电连接，所述光电耦合器Q的正极与电阻R1的另一端电连接，所述光电耦合器Q的集电极与电阻R2的一端电连接，所述电阻R2的另一端与+5V端电连接，所述电阻R2的一端与S1端电连接，所述S1端与电容C的一端电连接，所述电容C的另一端接地。
可选的，所述整流桥的一组交流端与U1端电连接，整流桥的另一组交流端与N端电连接。
可选的，所述电阻R2为集电极负载电阻，所述电容C为AD转换的保持电容，所述整流桥将U1端和N端两端的交流电压转换为直流电压，经限流电阻R1使光电耦合器Q的发光二极管发光，光电耦合器Q的三极管导通。
本发明提供了一种单火智能照明开关电路。具备以下有益效果：
该单火智能照明开关电路，在出现电压暂降状态下时，MCU芯片记录此时S2端的状态，并使S2端为高电位，继电器J释放，通过SLEEP端使WiFi模块进入低功耗的睡眠状态，MCU芯片也进入低功耗的睡眠状态，+5V电源的供电电流为2mA。稳压电路进入失压保护状态并停止稳压输出，+5V电源由滤波电容维持，MCU芯片、WiFi模块能正常处于睡眠状态，2秒之内交流线路上的电压暂降结束，稳压电路恢复电压输出，使得电路能够正常且稳定的进行使用。
附图说明
图1为本发明整体电路示意图；
图2为本发明控制器的电路示意图；
图3为本发明电压检测电路示意图；
图4为本发明MCU电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，本发明提供一种技术方案：一种单火智能照明开关电路，包括开关电路、照明灯以及对开关电路进行控制的控制器电路，开关电路包括静触头I1端和静触头I2端以及动触头IU，静触头I1端和静触头I2端电连接，动触头IU与L线电连接，静触头I1端和静触头I2端均与控制器电路电连接；无论开关动触头IU拨向静触头I1还是静触头I2，L线通过开关向控制器接通U1端。控制器电路的N线接自照明灯的N线，控制器根据控制逻辑向照明灯接通或断开U1端和U2端。开关的动触头IU从静触头I1转向静触头I2或从静触头I2转向静触头I1时，要经历不大于2秒的断开时间，控制器实时监测开关的断开过程，并产生相应的控制逻辑。
本实施例中，控制器电路包括稳压电路、电压检测电路、MCU电路、WiFi模块电路以及晶体管继电器电路，控制器电路包括U1端和U2端，U1端为控制器电路的输入端，U2端为控制器电路的输出端，U1端上电连接有稳压电路和电压检测电路，电压检测电路上电连接有MCU电路，MCU电路上电连接有WiFi模块电路和晶体管继电器电路。
如图4所示，MCU电路包括MCU芯片，MCU芯片的型号为STCA8K64D-LQFP48，MCU芯片的TX端、RX端以及SLEEP端均与WiFi模块电连接，在MCU芯片的S2端输出低电位时，三极管Q1导通，三极管Q2饱和，继电器J吸合，U1端和U2端相接通；在MCU的S2端输出高电位时，三极管Q1截止，三极管Q2截止，继电器J释放，U1端和U2端断开；MCU通过串行接口WiFi模块连接，经过WiFi模块，与互联网上的APP进行信息交互。接收并执行APP的控制指令，将照明灯的状态发送给APP，WiFi模块的型号为E103-W01-IPX。
其中，三极管Q1的型号为S8550；三极管Q2的型号为SS8050；整流桥的型号为MB10S。
此外，稳压电路提供2路直流电压输出，分别为+24V和+5V。+24V向晶体管继电器电路供电，相对负载电流较大，为100mA。+5V向电压检测电路、MCU电路和WiFi模块供电，相对负载电流较小，为30mA。其中电压检测电路的电流为0.3mA。当U1端失电时，+5V要继续维持不小于2秒的供电，电压下降不大于1.5V，为此，在电路中增设了较大的滤波电容C1、C2。+24V则立即降为0V，使整体负载大幅降低，利于+5V维持供电。当U1端和N端两端电压大于90V时，稳压电路能正常工作，提供2路直流电压输出；当U1端和N端两端电压小于90V时，进入失压保护状态，停止稳压输出。
值得注意的是，电压检测电路包括电阻R1和输出端S1，电阻R1的一端与整流桥的正极电连接，整流桥的负极与光电耦合器Q的负极电连接，光电耦合器Q的正极与电阻R1的另一端电连接，光电耦合器Q的集电极与电阻R2的一端电连接，电阻R2的另一端与+5V端电连接，电阻R2的一端与S1端电连接，S1端与电容C的一端电连接，电容C的另一端接地；
整流桥的一组交流端与U1端电连接，整流桥的另一组交流端与N端电连接。
其中，电阻R2为集电极负载电阻，电容C为AD转换的保持电容。整流桥将U1端和N端两端的交流电压转换为直流电压，经限流电阻R1使光电耦合器Q的发光二极管发光，光电耦合器Q的三极管导通。
当U1端和N端两端电压大于90V时，光电耦合器Q的三极管为饱和状态，S1端为低电位，为0.3V；
当U1端和N端两端电压小于90V时，光电耦合器Q的三极管退出饱和状态，进入放大状态，S1端电位随U1、N两端电压下降而增大；
当U1端和N端两端电压小于20V时，光电耦合器Q截止，S1端为高电位5V。
作为本实施例的一种应用：
MCU芯片每隔1mS采集一次S1端电位，并进行AD转换。
当S1端电位为低电位0.3V时，U1端和N端两端电压大于90V，系统处于正常工作状态，MCU芯片维持S2端电位不变，继电器J状态保持不变。
当S1端电位为0.3V到5V之间时，U1端和N端两端电压小于90V但大于20V时，交流线路上出现了较严重的电压暂降，MCU芯片记录此时S2端的状态，并使S2端为高电位，继电器J释放，通过SLEEP端使WiFi模块进入低功耗的睡眠状态，最后MCU芯片也进入低功耗的睡眠状态，+5V电源的供电电流为2mA。此时，稳压电路进入失压保护状态，停止稳压输出，+5V电源由滤波电容维持。由于功耗很低，2秒之内，+5V电源电压损失不大于1.5V，MCU芯片、WiFi模块能正常处于睡眠状态。若2秒之内交流线路上的电压暂降结束，稳压电路恢复电压输出，S1端电位重新回到低电位0.3V，唤醒MCU芯片，MCU芯片通过SLEEP端唤醒WiFi模块，并恢复S2端的电位，使继电器恢复电压暂降前的状态；若2秒后交流线路上的电压暂降持续，+5V电源电压损失过大，MCU停止工作。此后，交流线路上电压恢复，MCU进入初始状态，S2端输出高电位，继电器J释放。
当S1端电位为高电位5V时，U1、N两端电压小于20V，开关被人为操作，MCU记录此时S2端的状态，并使S2端为高电位，继电器J释放，通过SLEEP端使WiFi模块进入低功耗的睡眠状态，最后MCU芯片也进入低功耗的睡眠状态，+5V电源的供电电流为2mA。此时，稳压电路进入失压保护状态，停止稳压输出，+5V电源由滤波电容维持。由于功耗很低，2秒之内，+5V电源电压损失不大于1.5V，MCU芯片、WiFi模块能正常处于睡眠状态。2秒之内开关转换结束，U1、N两端电压恢复，稳压电路恢复电压输出，S1端电位重新回到低电位0.3V，唤醒MCU芯片，MCU芯片通过SLEEP端唤醒WiFi模块，并使S2端状态与所记录的状态相反，继电器状态相反，照明灯的状态相反。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种单火智能照明开关电路，其特征在于：包括开关电路、照明灯以及对开关电路进行控制的控制器电路，所述开关电路包括静触头I1端和静触头I2端以及动触头IU，所述静触头I1端和静触头I2端电连接，所述动触头IU与L线电连接，所述控制器电路包括稳压电路、电压检测电路、MCU电路、WiFi模块电路以及晶体管继电器电路，所述控制器电路包括U1端和U2端，所述U1端为控制器电路的输入端，所述U2端为控制器电路的输出端，所述U1端上电连接有稳压电路和电压检测电路，所述电压检测电路上电连接有MCU电路，所述MCU电路上电连接有WiFi模块电路和晶体管继电器电路；
所述L线通过开关向控制器接通U1端，所述控制器电路的N线接自照明灯的N线，所述控制器电路根据控制逻辑向照明灯接通或断开U1端和U2端；
所述MCU电路包括MCU芯片，所述MCU芯片的TX端、RX端以及SLEEP端均与WiFi模块电连接，在MCU芯片的S2端输出低电位时，三极管Q1导通，三极管Q2饱和，继电器J吸合，且U1端和U2端接通；在所述MCU的S2端输出高电位时，三极管Q1截止，三极管Q2截止，继电器J释放，且U1端和U2端断开；
所述电压检测电路包括电阻R1和输出端S1，所述电阻R1的一端与整流桥的正极电连接，所述整流桥的负极与光电耦合器Q的负极电连接，所述光电耦合器Q的正极与电阻R1的另一端电连接，所述光电耦合器Q的集电极与电阻R2的一端电连接，所述电阻R2的另一端与+5V端电连接，所述电阻R2的一端与S1端电连接，所述S1端与电容C的一端电连接，所述电容C的另一端接地；
当S1端电位为低电位0.3V时，U1端和N端两端电压大于90V，MCU芯片维持S2端电位不变，继电器J状态保持不变；
当S1端电位为0.3V到5V之间时，且U1端和N端两端电压小于90V但大于20V时，MCU芯片记录此时S2端的状态，并使S2端为高电位，继电器J释放；稳压电路进入失压保护状态，停止稳压输出，+5V电源由滤波电容维持，且2秒之内+5V电源电压损失不大于1.5V，MCU芯片、WiFi模块均处于睡眠状态；
若2秒之内交流线路上的电压暂降结束，稳压电路恢复电压输出，S1端电位回到低电位0.3V并唤醒MCU芯片，同时恢复S2端的电位，使继电器恢复电压暂降前的状态；
若2秒后交流线路上的电压暂降持续，+5V电源电压损失过大，MCU停止工作，交流线路的电压恢复，MCU进入初始状态，S2端输出高电位，继电器J释放；
当S1端电位为高电位5V时，U1端和N端两端的电压小于20V，开关被人为操作，MCU记录此时S2端的状态，S2端为高电位，继电器J释放，MCU芯片也进入低功耗的睡眠状态，+5V电源的供电电流为2mA；稳压电路进入失压保护状态，停止稳压输出，+5V电源由滤波电容维持，2秒之内+5V电源电压损失不大于1.5V，MCU芯片、WiFi模块能正常处于睡眠状态；2秒之内开关转换结束，U1端和N端两端的电压恢复，稳压电路恢复电压输出，S1端电位回到低电位0.3V，并唤醒MCU芯片，S2端状态与所记录的状态、继电器状态以及照明灯的状态均相反；
所述整流桥的一组交流端与U1端电连接，整流桥的另一组交流端与N端电连接；
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