CN1601899A - 层叠式电子墙壁开关 - Google Patents

Abstract

将墙壁开关改造成可插拔层叠式结构，将让人们感受到科技给生活增添的便利，给设计者提供施展想象力、创造力的空间。也可用作教学、科研的简易实验平台。

Description

层叠式电子墙壁开关

本申请是01103153.0、02115189.X的继续。

技术领域

本发明是关于将普通机械式墙壁开关的电子化、智能化改造。开关可泛指连接交流电源与负载间的控制装置。

背景技术

文件[3]实现了在断态下电容降压的稳压直流获取。

图1A是文件[3]的取电原理图。开关断态时的取电通过C1降压而得。以下主要讨论通态时的取电原理。

当正半周时，Q1两端电压从0开始上正下负。在未达到Q1门极触发电流前，Q1处于关闭状态。在图1B的t＝0至t1时间内，A点电位低于B点电位，R2上没有电流。随着交流电位上升，A点电位超过B点，即t＞t1。A点电位经D1、R2流向C2和直流电路，即处于图1B的t＝t1与t2之间。当A点电位继续上升达到D6触发电压后(t＞t2之后)，Q1导通。

在负半周时，Q1两端电压从0开始下正上负。在未达到Q1门极触发电流前，Q1处于关闭状态。C点电位低于B点电位，R2上没有电流。随着交流电位上升，C点电位超过B点，即t＞t1。C点电位经D2、R2流向C2和直流电路，即处于图1B的t＝t1与t2之间。当C点电位继续上升达到D6触发电压后(t＞t2之后)，Q1导通。

R2的作用是使B或C点电位脱离D5的钳位。设低压直流负载不大以至在半波内C2两端的电位可维持在V附近。

当负载改变时，如L功率增加(阻抗变小)，C2的充电时间提前到来，Q1的触发电压更会提前到来，而且明显有t’2-t’1＜t2-t1。又由于仍然是在充电开始(取决于B点电压)和充电结束(取决于Q1触发电压)的电压区间，流经R2的电流强度不能增加，净结果是直流电路电能减少、电压下降，负载适应性差，或仅能提取少量的电流。非线性元件产生的射频干扰未被公开。

文件[4]用微处理器实现了红外信号接收和双路开关的控制，但无发送电路及其控制。

文件[2][7]实现了“一墙壁上的开关”对其它墙壁开关的控制，但未对流经身边的电流加以利用而只用电池供电。此外[2]的设计集成度低限制了紧凑的发挥，遥控键与原开关键分离，按键数太多，使操作界面不够友好，频率编码在实施上有困难。[7]在多路开关情况下，不是要改变室内布线就是变成多个装置(多电源、多接收机)。以电池供电的装置为延长电池寿命，一般不宜设计通断指示。以上装置中发送电路与接收电路分离，排除了转发或双向信息的可能。

文件[5]有开关部件可更换的概念，但限于无电气性能的部件。

由于两线制电子开关在断态时需要一定的电流，电流的大小与开关自身的设计耗电及开关所接的负载的等效阻抗有关。这种电流使部分灯具(特别是低功率的)处于半开状态出现闪烁或微光。并联简单的分流元件可使现象有所缓解。但仅对部分灯具有效。且目前灯具产品中没有也不会标明不产生这种闪烁的最小电流，这就给使用带来不确定性。

为改善无线电收发的效果，在信号的数字处理方面，如不考虑电耗、成本等因素，有带线码编解码和带纠错编解码等的集成收发器或模块，甚至有集成了这些收发器或模块的微处理器、片上系统(SoC)等方案可选，但这些都是涉及数字逻辑的，相对成本较高。文件[4][7]中的微处理器程序没公开这方面的处理。

发明内容

1.对电源相关电路的改进

原理图见图1C。仅讨论通态情况。在通态控制机制作用下K闭合(图3-6实现了4种不同的控制机制)。

当通态充电延时电容C3电荷为0时，交流电正半周向C3充电的同时也向B点供电，C点为电流回路。随着A点电位上升使流经R1的门极电流大于Q1触发电流时，Q1导通，这时A点与C点电位相同，由于没有更高的相对电位，C3的充电结束。充电结果使C3上电荷为A正D负。由于B点有蓄能电容C2使而维持较高电位(接近V_)，因此C3无法放电而继续保存电能，且电势与V_相当)。对交流电为负半周的情形，类似的结果是C3上电荷为D正A负。

当C3带有电荷后，如C3上电荷为D正A负，D点电位接近B点。这时，当交流电从负半周转为正半周。D点电位等于C3电势加A点交流电电位而高于B点电位。这意味着在交流电过0后几乎马上就能向B点充电而无需等待t’1的时间，而且流量不受电阻限制。随着A点电位继续抬高，经R1的门极电流增大，直到Q1导通，半个周期完成。当交流电从正半周转为负半周情况类似。

此改进提高了两线制开关在接入不同内阻(功率)负载时寄生电流的稳定性。可使通态寄生稳定电流由数毫安可以提高到几乎与主电路电流相当(必要场合下要续流器配合)。

对非线性伏安曲线器件产生的射频干扰的抑制。这些器件主要有稳压二极管、触发二极管、氖管等。在它们的工作电压区内产生的电流有丰富的谐波成份(反向区多于正向区)，其中的高频分量会对线度与墙壁开关相当的，体积紧凑的接收电路，特别是使用内置天线造成辐射干挠，影响接收距离。

本发明用以下所有或部分方法抑制或消除非线性伏安曲线器件产生的射频干扰：对产生辐射元件串联一电感元件既维持了原有的直流通路又抑制了高频电流(图3至图7)；产生干扰的元件引脚或布线形成的环状与天线环垂直；所有电路的电路板空余空间尽可能(包扩非数字非高频电路)实施地线覆铜。在触发电路中用“原始的”正弦波触发而不用通常的“改进的”触发二极管、稳压二极管反向串联等脉冲触发。

这些处理显然可以运用到制造体积更小的无线控制的插头或插座。

图1C相当于把图2中的“开关元件0”和“供电机构”2部分放大。

2.射频收发由微处理器统一控制的墙壁开关。

在原开关位置上由同一微处理器处理开关按键、开关元件动作、射频信号的接收与发送是本发明的一特点。正常情况下，微处理器程序工作在接收解码状态，读取射频电路接收送来的基带数字序列。发送功能在原开关键基础上增加一个发送转换键实现。开关键执行原有的开关功能，指示灯显示本地通断状态。当按下发送转换键后，原有的开关控制键就转换为不同的发送键，即再按开关键后，微处理器就工作在发送状态，选择与该按键相应的代码，经转换成的以帧为单位的二进制数字序列再送入发送电路，实现对其它开关的控制。在发送状态下，帧被不断重复发送直到放开按键。

不论是移动的遥控器或开关面板，所有带发送功能的按键在提供给用户前都分配不同的二进制编号。开关在正常使用前须先以训练方式设置：从断态(灯具灭)用手持续地按下某一路开关的按键，持续约3秒钟，灯具由亮变灭(指示灯的状态也一样)，这时开关进入训练模式，按键可以松开，训练模式可延续约10秒钟。若接收到来自其它开关面板或遥控器发来的重复的编码，记下此编码并连同本按键的编号一起记录到非易失存储器上，训练模式结束，回到正常状态。微处理器将每一次收到的完整的编码与非易失存储器内的所有编码做比较。若发现有相同的编码，就驱动编码随后的编号所指定的开关。

一旦开关具备了发送电路，同时受控于微处理器，开关便具备了自动双向传输、转发信息的潜力。

开关上发送或接收与发送功能的实现不依赖于电池也是本发明特点之一。

3.开关执行部件、电源与控制部件及其它外围部件的可活动分离

由于发送步骤及其电路的引入，在原开关位置上控制的灯具不再限于原接灯具，除原灯具外控制哪一灯具，控制多少灯具应由用户决定，且用户的决定也应是可更改的。同时产品提供方的开发改进也是不断的。本发明的特点之一是把墙壁开关分为相对固定的底座和可移动的面板，两者间用连接器连接。底座有开关元件和低压直流电源而面板则有按键、指示灯、微处理器及其外围电路。接口体现了兼容性的思想：不同按键数的面板插入不同负载组数的底座都是有效的；调光型的面板插入非调光的底座也是有效的。产品提供方的新的硬件、软件将以不同的面板形式或通过连接器上的编程接口下载实现(面向所有可编程器件：MCU、SoC等)。

4.续流器

解决半开状态问题是在电子开关与灯具间接一插入网络。在开关通态时，接通电源与灯具；开关断态时，维持电源对开关的供电，而对于灯具则实现绝缘，也维持着开关的低功耗。所接的续流器与灯具的半开最低电流无关。另外，由于开关的断态功耗与接入负载有关，本续流器的接入可使断态功耗保持在最低水平。这是设置续流器的动机。

5.基于程序的数字收发处理

本特点是特点3的特例。微处理器仍存在可以发掘的机器时间。数字收发处理是微处理器与射频电路之间的可选模块，用以改善信号的质量。本发明用软件嵌入的(Line Code)线码、数字锁相时钟同步、Barker码相关帧同步、纠错码的编解码等处理可提高性能，节省硬件成本和电耗，为实现更多功能预留电能。本部分发明也可用于中低速低成本的其它领域的无线数字处理。

6.开关的造型结构

为使面板的外观紧凑，垂放的接收天线向墙里延伸，底座有槽孔配合，使之不干涉。

位于墙壁上的两个墙壁开关固定孔，既有与地面呈水平排列的，也有呈垂直排列的。为使一套外壳能在不同情况下维持一定的设计姿势，本发明考虑了面板与底座可在旋转一直角后插入的方案。目的是减小由此增加的模具成本、安装不便等麻烦。

附图说明

图1A在先文件的取电原理图。

图1B是在先文件用于产生寄生电流的主开关，在通态时开关两端在过零后两种负载情况的下电流截流时间的对比。

图1C是本发明取电原理图。

图2是本发明的整体框图。

图3是用极化继电器实现的底座线路图，总电耗约1毫安。

图4是用光耦达林顿晶体管触发敏感门极可控硅实现的底座线路图，开关组每路电耗约0.25毫安

图5是用光耦过零触发免缓冲可控硅实现的底座线路图，开关组每路电耗约5毫安。

图6是用电磁继电器实现的底座线路图，开关组每路电耗约9毫安。

图7是一种带有兼容连接器的前延调光底座的线路图。

图8是与单极控制型底座配对的面板电路图。

图9是与双极控制型底座配对的面板中，其中一组的I/O电路图，其余部分可与上图相同。

图10是续流器电路图(虚线框内)。

图11是图5的线路板设计。

图12是图4的线路板设计。

图13是5位开关键+遥控键的面板线路板除去两面地线覆铜后设计图样。

图14A是基带信号的长帧格式。

图14B是基带信号的短帧格式。

图15是解码时同步判决过程。

图16是关键执行步骤的流程图，图17至图23为完成图16任务的程序流程细框图。

图17是程序起动及编码训练流程。

图18是开关按键扫描流程。

图19是码字分析、遥控键扫描、汉明编码流程。

图20是时钟中断后位输出的流程。

图21是时钟中断后分别进入信号时钟同步和帧同步的流程。

图22是时钟中断后分别进入数据采样和位同步的流程。

图23是(8，4)码的纠错纠删流程。

图24是开关整体。面板配5开关键+1遥控键。

图25是按键背面，中间下凹以降低面板整体厚度。按键可做电度处理，近线路板处做绝缘处理。

图26是开关外壳零件分解，包括面板、中间体和底盖。其中：1是为安置面板上较厚零件而削去形成的台阶。2面板导入斜面。3面板弹性卡钩插入孔，4边共8个。4天线孔。5散热孔。6软缆引线孔。7底盖固定螺丝引槽。8底座线路板定位柱。

图27是面板背面。其中：10卡勾。11线路板定位螺母。12天线留空位。

图28是中间体背面。其中：9线路板定位台阶。13连接器孔。

图29是一种续流器的外形。

图30是一种续流器外壳内面。

图31是为适合开关固定螺丝垂直排列而修改的中间体。

具体实施方式

本发明将所有零件安排在两块线路板上：一块线路板安放开关元件、电源线路，它位于底座；另一块线路板安放微处理器、射频收发电路、按键、指示灯等外围电路，它位于面板。两板间用连接器连接。

底座连接器引脚包含电源和开关控制两部分，电源部分有：

GND——地线

+5V——供1至5伏器件或电路使用，如微处理器、指示灯、射频接收电路等

+12V——供5至12伏器件或电路使用，如射频模块、电路等

开关控制部分要区别底座采用不同类型的开关元件及电路。对开关组中同一类型的不同分路的开关用一致的信号电流和极性规范。除地线外，所有信号都从底座流出，控制面板位于低压侧(Low side)。这样既方便现场人员测量，也可让面板上的控制元件使用节电的低电压器件。

有三种情况：

A)底座为单极型只执行通操作的开关元件，不论是继电器还是可控硅，不论开关是单刀型还是双刀型，也不管触发电流要求多少，面板只负责将电位经用作通断指示发光二极管对地下拉，电流的限流由底座负责，一般不超过发光二极管的20毫安。记各路信号线为：LN0、LN1、LN2、LN3、LN4。序号0赋予产生寄生电流的一组，以下相同。

B)底座采用双线圈极化继电器时，每路开关有两条控制线SET和RESET。按OMRON产品的参数，10-20毫秒的SET电流脉冲，可使开关处在通态，同样的RESET电流脉冲可使开关转为断态。记各路信号线为：SET0、RESET0、SET1、RESET1、SET2、RESET2、SET3、RESET3、SET4、RESET4。若采用单线圈，则要求两控制线承受双向电流，电流流向不满足上述要求。

C)底座为调光电路。由于通过专用的数字或模拟信号线实施的多种新型调光方案，已自成系统，属更新而非改造的范畴，又由于PWM调光主要在灯具镇流器上实施，在墙壁开关位置上实施仍有包括干扰等问题。因而在此只考虑通过电源线相位的前沿调光和后延调光。首先须有外电源过零信号检测线Z。每路开关各有一条分别用于前后延调光的触发控制线，记为FT和BT。由于在相同导通波形面积下，过零后的前延调光的触发时刻Ft和后沿调光的持续时间Bt有如下关系：

                           Ft＝半周时间-Bt

这意味着只要每路增加一条I/O线，几乎不用增加软件开销，面板上的同一调光强度的设置就能同时兼容前延、后延或前后延混合调光的底座(仅从连接器本身考虑)。调光型面板插入非调光型底座，只要其全通信号(180度)为开关信号而非脉冲信号便能实现兼容。

统一A)型与B)型的接口是完全可行的，信号变换简单，只是要增加成本。

面板连接器除了有与底座连接器对应的脚位，还有给微处理器编程部分，两者有可能重叠，视线路安排及不同的微处理器而定。

连接器用板对板高约4.2mm，脚间距1.27mm，2排×10脚的SMD连接器，底座用排母，面板用排针。以下是按上述构思完成的一种脚位安排一览。

脚号	开关功能	JTAG编程
			1234567891011121314151617181920	Z+5VGND+12VLN0/SET0/FT0RESET0/BT0LN4/SET4/FT4RESET4/BT4RESET3/BT3LN3/SET3/FT3RESET2/BT2LN2/SET2/FT2RESET1/BT1LN1/SET1/FT1GND	TDOTDIVccTMSTCKTEST

下面介绍底座电路。图3至图6按耗电量从小到大列出四种底座实现电路。按键数量、按键型式生产人员可自行取舍。在总的设计电流不变情况下，底座耗电越小，可为面板提供的电量就越多。

电路图包含了电源部分的线路细节。通态限流电容容量在几微法至几十微法，视供电电流而定，由无极电解电容实现。

采用光耦复合晶体管触发敏感门极可控硅开关的优点是耗电量少。缺点是可控硅要加缓冲电路，占用大量空间，甚至每路灯具前都要加续流器。

采用光耦过零触发器件触发免缓冲(Snubberless)可控硅有减小缓冲电路所占空间，减少续流器等便利。缺点是耗电量大增。

采用电磁继电器的较半导体开关可靠性高，发热量不受功率影响。缺点是耗电量最高(灵敏型电磁继电器约0.2W)。

上述三种都是单极型控制的开关元件电路。对此，微处理器可用较少的控制线。当多按键面板插入少分路的开关时，多余的控制通路的指示灯自然不亮，多余的按键将用于遥控。

底座采用极化继电器的优点是节能，只有用作电源通路的可控硅有明显热效应。缺点是控制电极的双极性。如不想增加电路复杂性，微处理器需要每开关通道多增加2条控制线(见图9)，在按下虚空通道的按键时，需先检测I/O口才决定是否点亮指示灯。尽管有节能的优点，但目前难于找到价格和规格都合适的极化继电器，优其是国产品(有厂家在研发中)。

两线制下的开关组难以获得精准的过零信号或参考电位。图7是带零线的前延调光底座的电路原理图，其特点是连接器所在的拓扑点位，使得面板可以根据过零信号对不同通道的负载做切相控制。目前已有灯具芯片或电路支持荧光灯(菲利普公司)、卤化物灯(国际整流器公司)等多种灯具的前延调光。而后延调光成本和复杂性高于前延调光，在一般应用中市场情况不明，在此仅做预留开发考虑。

国际上墙壁开关的尺寸规格不尽一致，我国的规格与欧洲的相近而与美国日本等当地普遍采用的不同。电路板设计时须考虑GB16815.2-2000安全规范中有关爬电距离及基板绝缘度等要求，图10是基板尺寸为55×55mm(适合内壁面积≥70×70mm的墙内固定合)时元件密度较高的原理图4的电路板设计，说明容积的可行性。部分元件体积较大，如安规电容等，在开关分组较多时不能以常规的插立方式安放，只能加长引线、套绝缘护套重叠在较矮的元件之上，再用融胶或其它方法固定。图11是原理图5的电路板设计，空间较宽松。

下面介绍面板电路。图8为配合单极型开关元件底座的一种面板电路原理图。微处理器用TI的MSP430F11X1。如不考虑兼容继电器，可不用三极管缓冲，而由微处理器引脚直接下拉(图略，软件略改)。

图9为配合双极型开关元件底座时图8须修改部分的电路原理图。微处理器是MSP430 F12X1。

图中的发送电路采用简单的电容三点式振荡电路，接收电路为超再生电路，收发为共用信道，如315Mhz，在这方面，业内的技术人员完全可以采用许多不同的公知技术的组合，如声表面波振荡器、超外差接收、变容二极管调谐、不同的调制技术(OOK、ASK、FSK等)、由半导体生产商提供的发送芯片、接收芯片、收发芯片(特别是Micrel公司提供的具有扫频自动调谐功能的芯片)等等，只要它们是作为微处理器的基带信号与传输载频信号之间的变换器。以及这些技术在电流消耗及天线的按排是实际可行的。

在图8的电路中，为节省微处理器的控制线，在发送电路工作时，微处理器不切断接收电路的电源而只是不读取信号。对于一般的完成基带信号与传输载频信号变换的传输载频信号收发电路，或芯片，微处理器的信号处理程序只须视该电路的接口如何，参照手册略作改动即可。例如有的模块或芯片带有接收模式与发送模式的切换信号等。这些工作，一般从事单片机的技术人员可自行完成。

发射天线用线路板薄铜做。接收天线用垂直于线路板的金属环做，垂直方向面向墙内，使结构紧凑。垂型环形天线有利于减小电路板上环状布线形成的干扰，但会对面板的单独包装、更换带来不便。在进一步合理布线或有其它抑制干扰的方法，如开关底座外壳经导电材料的表面处理等，使干扰降低到可接受水平时，接收天线也会由线路板薄铜做成。

图12为5开关键+1遥控键的面板电路板，尺寸是68×68mm。收发天线都是环形天线，位于线路板边缘而与另一线路板突起处。微处理器位于远离接收电路的一侧，垂型环形天线的另一板面(外壳面)。

图10是续流器的电路图，它利用了继电器触点有较高的释放电流的特点，在此电流下触点是不闭合的，这就使原来导致负载处于半开状态的电流，现在却不能到达负载，从而满足续流器的设计要求。

当开关需要更大的断态电流时，可在续流器前并接阻容器件(虚线处)。

微处理器程序要完成的步骤见图16。具体由主循环程序和中断程序构成。

主循环程序完成时间要求相对较慢的处理，包括，手动指令分析、信号内容分析、(8，4)汉明码编码、(8，4)码的纠错与纠删、编码训练。流程见图17-19、图23。在图17和图18中把手动指令分析分解为开关按键扫描和发送转换键扫描。中断程序在定时器到达中断时间点时执行，完成时间要求相对较快的处理，包括基带信号收发，包括时钟同步、帧同步、双相码(不难推广到其它的位同步线码，如脉宽调制PWM，在此仅以双相码为例)的收发、失真判别、删除位记录、伴随式计算。流程见图20-22。应注意在某一时间段内会有至少两个程序同时运行，稍后再做详细说明。

目前定义右下角按键为发送转换键。所有按键都用时间测量的方法做毛刺处理，以一次程序循环为时间单位(不求精确)。在有严格节电限制时，对采用极化继电器的底座，展宽的时间可考虑适当延长，以便有蓄能滤波电容有足够的充电时间。对触摸型按键，由此于按下形成信号为连续方波，在累计按键时间时，0电平用-1，1电平用+2。

所有开关面板和遥控器内都有一个二进制基本编号，长64位。同一装置的按键用第0号、第1号、...、第n-1号编号，基本编号加上编号即该按键发送编码。共有2⁶⁴个可用编码(部分编码由系统保留，编码长度修改权也保留)。

64位码每4位按扩展Hamming码(8，4)编码成128位，使最小码距为4，再用双相码编码成256个码片，使码片一级最小码距为8，码字包括全0全1码字。这256码片将放入数据帧中。每码片时间约200微秒。

数据帧有两种可选结构，一种是1010。。。的时钟同步段加Barker码加双相码数据段(图14A)。该结构的优点是没有连续超过3码片的0或1，有利于抗干扰。缺点是时钟同步段长度须与数据段长度相当，否则解码器有可能在数据段完成时钟同步开始进入帧同步，等到同步失败复位时又错过下一次时钟同步时机，结果难以接收到正确的数据。另一种结构是起始段1加同步段0加起始位加双相码数据段(图14B)。与前一结构相比省去了Barker码同步段，以下仅讨论前一结构的解码。

在数据段未做进一步定义前，全部赋予开关编码。时钟同步段提供不少于5个双相位的参考时间，以便有连续3位删除后再同步。

整个接收过程都需要用过采样(Oversampling，大于信号速率的2倍)进行。例如对200微秒的码片，过采样次数为4时，就要采用间隔为50微秒的均匀时钟中断。

接收端与发送端时钟同步的数字锁相过程：若接收到均匀的1010。。。码片，在固有中断时钟C下共采样S次，取N码片，则得码片时间Tm＝SC/N。非整数误差ΔTm＝C/N。若要求过采样次数为K，则新的(中断)时钟为Tm/K＝SC/(NK)。

软件实现Barker码运算较硬件复杂，但本发明采用查表法可使运算简化。设c1是当前接收码片，c2，。。。，c7是过去的码片，b1，b2，。。。，b7是7位Barker码，对电平作(0，1)→(-1，1)变换，则Barker码相关函数：

$B(c_1,c_2,\·\·\·,c_7)=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{b}_i=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{b}_i+\underset{i=5}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{b}_i=B_1(c_1,c_2,c_3,c_4)+B_2(c_5,c_6,c_7)$

B1自变量有16种取值，B2自变量有8种取值，B1、B2可先算好，然后用查表获得。如：

B₂(0，0，0)＝-3  B₂(0，0，1)＝-1  B₂(0，1，0)＝-1  B₂(0，1，1)＝1

B₂(1，0，0)＝1   B₂(1，0，1)＝1   B₂(1，1，0)＝1   B₂(1，1，1)＝3

当B达到判决门限时(如＝5)，表明目前码片时刻已达帧同步，进入双相码解码。

删除位是利用过采样判别相位失真而形成的，也可用多数表决等其它方法实现。

B(J)、S(J)、L(J)分别是双相码的位同步点、采样点和位同步搜索上限(参见图15)。J是同步态数，表示连续不同步的状态，正常为0，有一连续不同步为1，如此类推。在新时钟下B、S、J只与K有关，可存于ROM中或+K的运算求得。

纠错纠删安排在中断外的主循环中，只要在一个码字内(16码片)完成就不影响正常接收。

设接收字B＝(R₁，R₂，R₃，R₄，R₅，R₆，R₇，R₈)。(8，4)Hamming码的生成矩阵G、校验矩阵H分别为

$G=\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 0& 1& 0& 0& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0& 1& 0& 0\\ 0& 1& 1& 1& 0& 0& 1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 0& 0& 0& 1\end{array}\right],$ $H^T=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{21}& h_{31}& h_{41}\\ h_{12}& h_{22}& h_{32}& h_{42}\\ h_{13}& h_{23}& h_{33}& h_{43}\\ h_{14}& h_{24}& h_{34}& h_{44}\\ h_{15}& h_{25}& h_{35}& h_{45}\\ h_{16}& h_{26}& h_{36}& h_{46}\\ h_{17}& h_{27}& h_{37}& h_{47}\\ h_{18}& h_{28}& h_{38}& h_{48}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 1& 1& 0& 0\\ 1& 0& 1& 0\\ 1& 0& 0& 1\\ 1& 1& 1& 0\\ 1& 0& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 0& 1\end{array}\right]$

解码过程先计算伴随式S

$S^T={\left({\mathrm{RH}}^T\right)}^T=\left[\begin{array}{c}{S}_4\\ S_3\\ S_2\\ S_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{R}_1{h}_{11}+R_2{h}_{12}+R_3{h}_{13}+R_4{h}_{14}+R_5{h}_{15}+R_6{h}_{16}+R_7{h}_{17}+R_8{h}_{18}\\ R_1{h}_{21}+R_2{h}_{22}{+R}_3{h}_{23}+R_4{h}_{24}+R_5{h}_{25}+R_6{h}_{26}+R_7{h}_{27}+R_8{h}_{28}\\ R_1{h}_{31}+R_2{h}_{32}+R_3{h}_{33}+R_4{h}_{34}{+R}_5{h}_{35}{+R}_6{h}_{36}+R_7{h}_{37}+R_8{h}_{38}\\ R_1{h}_{41}+R_2{h}_{42}+R_3{h}_{43}+R_4{h}_{44}+R_5{h}_{45}+R_6{h}_{46}+R_7{h}_{47}+R_8{h}_{48}\end{array}\right]$

可这样计算：对每一接收位R_i，若为0则跳过，若为1则对[h_i1，h_i2，h_i3，h_i4]用异或累加，R8处理完后，累加结果为伴随式值。伴随式中S₀，S₁，S₂与错误图样e的关系是

S0，S1，S2	101	111	011	110	001	010	100
								e	00000001	00000010	00000100	00001000	00010000	00100000	01000000

结合S₄的经典判决是：

情形1，当校验结果(S₄，S₃，S₂，S₁)＝(000)时认为接收无误。

情形2，当S₄＝1、(S₃，S₂，S₁)≠(000)时认为有1个错误，R+e为解码。

情形3，当S₄＝0、(S₃，S₂，S₁)≠(000)时认为出现了一个以上的偶数个错误，解码失败。

情形4，当S₄＝1、(S₃，S₂，S₁)全为0时，认为出现了一个以上的奇数个错误，判定解码失败。

(8，4)码可纠1删、2删、1错1删、3删。纠错过程是将全0及全1两次代入伴随式计算，取错误图样最小的，便能完成纠删。以3个删除位为例，3个删除位有23＝8种可能排列(忽略其中每一位在8位(8，4)码中的具体位置)：000、001、010、100、011、101、110、111。如实际删除位在前4种可能中，通过代入0的过程求出；实际删除位在后4种可能中，通过代入1的过程求出。

进入训练模式后，接收到连续接收到两个相同的编码序列就认为训练成功。经训练后存储的记忆格式为：编码+开关通道编号。正常操作下解码完成后进入码字分析。图19是最简单的分析流程。从非易失存储器中查得编码后，取对应的开关通道编号(流程图中的执行码)就能通过端口驱动开关元件。

简单的信号转发，只要在流程图的“命令分析”与“执行命令”模块中，把接收到的代码按发送的需要做必要的变换，变成目标代码，将目标代码送到发送缓冲区，再置发送状态便可实现。

以上处理适合各种不同的基带/传输载频信号变换电路(图2)。

线码的使用使我们不必担心信号中有过长间隔的“0”或“1”，即便编码中有保留字，但只要有一定的连续性，由通用编程器的自动增量编程也能方便地实现批量编程。

下面再对流程图作更详细的描述，看如何完成图16的各步骤。

进入主循环前的步骤100判断是否需要清除所有已训练的并储存在非易失存储器中的编码(步骤101)，供用户选用。接收复位102使系统能处在处理一个数据帧的起点，可由子程序实现，涉及变量、指针、标志等见图22的步骤197。由于在正常情况下，系统运行在接收状态下，故进入主循环前步骤103置接收状态标志，并开放中断给定时器。

“恢复基带接收信号”的步骤从图21的步骤169开始，一次中断是接收测量的最小时间单位。恢复基带接收信号的各分步骤由步骤170分配，可通过一间接转移指令实现。各分步骤有：

1)接收复位    出现在程序运行前的图17步骤102，或是找不到有效的时钟同步段或是进入帧同步时找不到帧同步码的图21的步骤186，或是在双相码位同步失败时的图22的步骤196，或是在纠错纠删失败后的图17的步骤226。

2)时钟同步    尝试读取图14A中时钟同步断。运行到步骤174表示仍未检测到相变，处在一个码片内的计数测量。中断返回等待下一次中断。若检测到相变则进入步骤175先做电平记录，到步骤176开所测信号是否为等距方波(1010。。。)，若不是就通过步骤186返回复位状态。若是方波就在步骤177记下长度，并在步骤178记录成功通过测量的码片数和准备下一码片测量前的清零。步骤179看检测过的码片数是否达到最低要求的数量，若是则按前面提到过的公式设置新的计时器中断时钟、准备进入帧同步的采样点、移动步骤170的转移指针至帧同步、准备帧同步数据，否则返回等待下一次中断。

3)帧同步    通过步骤181找到码片的中间点，在步骤182计算接收字的Barker码相关值，查表通过一条相对寻址指令便能实现。经过一定码片计数仍不能同步时，表明正确恢复信号无望，应通过步骤185及时复位。步骤184表明帧同步已成功，为进入双相码采样做准备：设置采样位置、移动步骤170的转移指针至双相码采样。同步态清零。同步态J是反映连续遇到不能同步的情况，主要用于在无外同步信息情况下，利用自身信息做盲同步，详见图15。正常情况或双相码位同步成功时同步态为零。所谓自身信息就是：采样点位置S(J)、相变点位置B(J)和相变点搜索上限位L(J)。

4)双相码采样    在图22的步骤187到达采样点(码片中点)后，步骤193记下数据电平，移动步骤170的转移指针至位同步。

5)位同步    检测到相变后，步骤202和步骤203看相变位置有无失真。若无失真，就在步骤201完成前面提到的伴随式的计算(矩阵数值在固化数据中查找)，主要是模二和累加。R0和R1分别是假设删除位为0和删除位为1时所形成的接收字，供纠删运算时，做全0带入和全1代入的步骤使用。对于非删除位，R0和R1都以实际位值进入。若检测到相位失真，就进入再同步处理，以期待在下一位获得同步。步骤194和步骤195判断如同步态、删除位个数之一超过3，接收过程就要复位重来。由于没有同步，所以当前位为删除位，这时在步骤205，R0和R1就要分别以0和1进入。并用数组E(i)记下删除位位置是(8，4)码中的哪一位，i是一码字内当前删除位的个数。步骤200将步骤170的转移指针移回双相码采样。步骤198在步骤199判别满一码字后，保存处理数据，准备下一码字处理。由于位同步步骤的处理时间最长，直接影响整个系统的处理速度，有经验的程序员会把部分处理，如步骤198移到处理时间较短的步骤，如双相码采样中，再用信号灯做必要的交接处理。步骤198的置解码标志就是一个信号灯，它标志者“恢复基带接收信号”的处理一个码字的用中断程序处理部分已完成，余下步骤将交给处于主循环中的图23的纠错纠删步骤。

6)纠错纠删  在主循环中，解码标志在图17的步骤104起作用。步骤206利用中断程序中完成的伴随式，把前面提到过的(8，4)码经典判决用子程序207完成，获得错误图样e。步骤214查是否需要纠删，若无删除位就经步骤225和步骤224完成纠错纠删。在有删除位的情况下，第一伴随式实际是以0代入删除位算得的伴随式，第二伴随式是以1代入删除位算得的伴随式。显然第二伴随式等于第一伴随式模二和所有删除位对应的H矩阵列。即第二伴随式由步骤215、步骤216、步骤217和步骤218完成。经步骤219再获得另一错误图样e1。步骤220判别解码失败，步骤221、步骤222和步骤223取得最小错误图样并成功解码。

7)数据整理    根据纠错纠删的成功与否直接进入图17的步骤105或步骤226。若步骤106检测到一帧的数据字节已接收，这时系统就暂时不需要在接收信号，可在步骤108关闭中断以加快处理速度。数据整理完毕后在步骤116再开放中断并准备下一帧接收。步骤117撤除信号灯，使这部分程序在下一次置信号灯时才运行。

“储存训练编码”的步骤在步骤109判别处于训练模式之后：先在步骤110将收到的数据与训练缓存的内容进行比较，如不一致，就在步骤111将数据移入训练缓存；如内容一致，就在步骤112看非易失存储器中有无已存编码，如有就在步骤113替换此编码对应的开关量指令组合；如没有就在步骤114将刚恢复得到编码连同开关量指令组合一起加入记忆队列。从步履115看出，加入队列的指针是循环移动的。注意在这部分程序内仍未撤除训练标志。如没有训练标志，就在步骤109转向“信号内容分析”。

“开关量指令分析”的步骤参见图18、图19，先通过一个类似步骤170的多路器步骤118，将处理所有开关量的相同程序分解成每一循环只处理单个开关量的线程。处理包括以下分步骤：

1)按键毛刺过滤    步骤119→步骤120→步骤121读按键端口，在此用端口电平＝1表示有按键按下(用图8所示线路实现触摸式开关时，按下信号为方波)，0电平表示按键松开→步骤122→步骤123→步骤124→步骤125→步骤126离开线程。

2)按键确认    步骤118→步骤119→步骤120→步骤121→步骤122→步骤123→步骤124→步骤125→步骤131→步骤133→步骤134。

3)按键超时过滤    步骤118→步骤119→步骤120→步骤121→步骤122→步骤123。

4)按键松开        步骤118→步骤119→步骤120→步骤121→步骤138→步骤139。

5)进入训练状态    步骤118→步骤119→步骤120→步骤121→步骤122→步骤123→步骤124→步骤127→步骤128。

6)转换按键功能    步骤146→步骤157。

7)选择待发送编码  步骤118→步骤119→步骤120→步骤121→步骤122→步骤123→步骤124→步骤125→步骤131→步骤133→步骤134→步骤135→步骤136→步骤146→步骤147→步骤148→步骤149→步骤150→步骤151→步骤153→步骤151→步骤154→步骤156→步骤155。步骤151是生成矩阵G运算的子程序。

“信号内容分析”在图19中主要是在非易失存储器中的查找，提取数据。

“改变开关元件的状态”在本实例中只有一个步骤，步骤137。

“构造基带发射信号序列”步骤见图20，包括以下分步骤，同样由类似步骤170的多路器159分配：

1)输出时钟同步段  步骤160将1010。。。序列在输出端重复若干次。步骤164是移动步骤159的针。

2)输出帧同步段    步骤161将Barker码从存储器中每次左移一位至输出端，直到完毕。

3)输出数据双相码  步骤162→步骤163→步骤165→步骤166→步骤167每次发送一码片。

在开关的外壳上对开关固定螺丝垂直排列的适应性考虑可分有两种情况，一是底座旋转时底座线路板连同接器都跟随旋转，而面板的连接器跟随旋转，面板线路板要改动，面板外表不动(见图26)。二是底座旋转时，底座连接器不动，这时底座线路板、底座外壳的中间体部分要改(图31)，面板不可采用向下垂放的环天线，否则与固定螺丝干涉。

按GB16815.1-1997的要求面板卡勾的弹力要求面板拆卸时需借助工具。底座底盖须压紧软缆引线。

续流器的更进一步考虑是如何压缩体积，使其能放入薄形的灯具支架内。图30显示续流器外壳的内面带有元件及线路板的压印，用意是外壳减小厚度时可维持一定的强度(做骨架有困难)。

Claims (3)

1.墙壁开关由两个当安装到墙壁后可在墙壁外分开的腔体或半腔体构成，所述的腔体或半腔体内都装有电路板，所述的电路板连接配对连接器，所述的配对连接器带有直流电源脚位、控制开关元件的信号脚位。

2.墙壁开关的底座带有与墙壁固定的螺丝孔、协助面板固定的机构、连接器孔、与交流电源及负载连接的连接端，所述的连接器带有直流电源脚位、控制开关元件的信号脚位。

3.墙壁开关的面板带有协助与底座固定的机构，露出与底座连接器相配的连接器，所述的配对连接器带有直流电源脚位、控制开关元件的信号脚位。

Images