CN201557294U - 一种智能场景开关 - Google Patents

Abstract

一种智能场景开关，涉及照明控制装置，包括：为智能场景开关提供稳定的低功耗直流电源的开关电源，超声波信号接收器的输出端连接超声波信号放大器，超声波信号放大器的输出端连接检波跟随器，检波跟随器的输出端连接处理器，光照检测器的输出端连接处理器，超声波信号发射器的输入端连接处理器，处理器通过一继电器对外提供超低功耗继电保持输出，交流电过零检测单元的输出端连接处理器，处理器分别和手动按钮、延时调整按钮、方式选择开关、指示灯组件连接。本实用新型所述的智能场景开关，整机功耗低，超声移动检测距离远，检测灵敏度高，寿命长，具有三种工作模式且可以场景自适应。

Description

一种智能场景开关

技术领域

本实用新型涉及照明控制装置，具体地说是一种智能场景开关。

背景技术

智能家居电器技术领域中，办公室、会议室、过道、客厅等公共场合的照明控制已经广为使用，因其具有多种智能工作方式，大多需要配套智能场景开关，目前形成产品的场景开关，大都采用单一的超声波检测技术或人体热释电检测技术，存在整机功耗高(约5W～10W，电源大都采用阻容降压方式，超声波连续发射技术)、检测距离近(超声产品约5米)、检测灵敏度低(人体热释电技术的固有特点)、寿命短(不带交流电过零检测)、工作模式单一等缺点，且纯属硬件类产品(不含软件)。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种智能场景开关，

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种智能场景开关，其特征在于包括：

为智能场景开关提供稳定的低功耗直流电源的开关电源，

超声波信号接收器的输出端连接超声波信号放大器，

超声波信号放大器的输出端连接检波跟随器，

检波跟随器的输出端连接处理器，

光照检测器的输出端连接处理器，

超声波信号发射器的输入端连接处理器，

处理器通过一继电器对外提供超低功耗继电保持输出，

交流电过零检测单元的输出端连接处理器，

处理器分别和手动按钮、延时调整按钮、方式选择开关、指示灯组件连接。

在上述技术方案的基础上，所述开关电源的型号为FDS200。

在上述技术方案的基础上，所述超声波信号接收器的型号为R40-10。

在上述技术方案的基础上，所述超声波信号放大器为由NE5532运放构成的二级交流放大电路。

在上述技术方案的基础上，所述检波跟随器为由TL082运放构成的射极跟随器。

在上述技术方案的基础上，所述光照检测器的型号为φ4mm的CDS光敏电阻。

在上述技术方案的基础上，所述超声波信号发射器的型号为T40-10，且配套有逆变器MC14584BG。

在上述技术方案的基础上，所述处理器的型号为STC12C5204AD。

在上述技术方案的基础上，所述继电器的型号为TQ2-5V。

在上述技术方案的基础上，所述交流电过零检测单元为一普通三极管。

本实用新型所述的智能场景开关，具有以下优点：

1、整机功耗低：1.5W，电源采用开关电源，超低功耗继电保持输出，超声波周期断续发射技术，

2、超声移动检测距离远：最远达10米，

3、检测灵敏度高：远距灵敏度稍低于近距灵敏度，

4、寿命长：带交流电过零检测，

5、三种工作模式：人工方式、自动方式、Walk Through方式，

6、场景自适应：在上电后一分钟内自动对其所处室内环境进行侦测，自行调整感应灵敏度。

附图说明

本实用新型有如下附图：

图1为本实用新型的结构框图。

图2为超声波接收原理图。

图3为智能控制器电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型所述的智能场景开关，包括：

为智能场景开关提供稳定的低功耗直流电源的开关电源，所述开关电源的型号为FDS200；开关电源的优势在于电源效率高、自身功耗低、能提供多种直流电压、性能稳定、体积小等。它为场景开关各部分电路提供优质电源保证；

超声波信号接收器的输出端连接超声波信号放大器，所述超声波信号接收器的型号为R40-10；所述超声波信号放大器为由NE5532运放构成的二级交流放大电路；

超声波信号放大器的输出端连接检波跟随器，所述检波跟随器为由TL082运放构成的射极跟随器；

检波跟随器的输出端连接处理器，所述处理器的型号为STC12C5204AD；

光照检测器的输出端连接处理器，所述光照检测器的型号为φ4mm的CDS光敏电阻；其工作原理如下：当强光照射时，光敏电阻呈低阻抗，光照检测器输出逻辑1(或0)；当弱光照射时，光敏电阻呈高阻抗，光照检测器输出逻辑0(或1)；处理器通过检测光照检测器的输出逻辑，以确定场景开关所处环境的光强，当在弱光环境时，处理器停止超声波信号驱动，以进一步降低整机功耗。光照检测灵敏度可通过调节电位器加以调整，或通过开关组件启用或禁止该项功能；

超声波信号发射器的输入端连接处理器，所述超声波信号发射器的型号为T40-10，且配套有逆变器MC14584BG；

处理器通过一继电器对外提供超低功耗继电保持输出，所述继电器的型号为TQ2-5V；场景开关中使用了超低功耗继电保持输出技术，其中使用了正负电压信号控制的磁保持继电器，只需在继电器线圈两端输入一定宽度的正向或反向直流脉冲就可以实现磁保持继电器的接通或切断，在单电源正负电压提供电路的驱动下，配合处理器输出控制，有效地实现负载接通和关断。由于磁保持继电器在触点处于保持状态时，线圈不需继续通电，仅靠永久磁钢的磁力就能维持继电器的状态不变，这将大大降低整机功耗；

交流电过零检测单元的输出端连接处理器，所述交流电过零检测单元为一普通三极管；场景开关中使用了交流电过零检测技术和过零继电技术，二项技术的使用，主要是提高继电器使用寿命。我们知道继电器触点的吸合或断开发生在交流电电压峰值时，将会造成负载回路的电流为最大值，在触点上会有火花现象，千百次的火花会造成触点污染，直接影响继电器的寿命。为了避免这一现象的发生，场景开关在使用交流电过零检测技术的同时，结合过零继电技术，确保继电器的吸合或关断发生在交流电电压零值附近，最大限度地使继电器触点吸合或关断时不产生火花，从而延长继电器的使用寿命。交流电过零检测技术实质是通过交流电过零检测电路实时监测交流电的交变情况，当交流电出现过零时，该电路会自动产生逻辑信号送给处理器。处理器在接收到这一逻辑信号时，会在人体检测许可的情况下，适时发出继电器动作指令，确保继电器在交流电过零时刻附近进行吸合或关断动作；

处理器分别和手动按钮、延时调整按钮、方式选择开关、指示灯组件连接，所述手动按钮采用普通按钮即可，延时调整按钮采用电位器即可，方式选择开关采用DIP开关即可。场景开关中使用了工作方式自动侦测技术，处理器通过对开关组件状态的监测，确定自身工作方式。场景开关在不同的工作模式中，通过对人体动作的有效检测，达到控制照明负载通和断的目的。通过设置方式开关组件，将场景开关的工作模式设置在人工方式位置，此时若是人工通过按下开关组件关断照明负载，则将保持关断一段时间(如5分钟)，在这段时间后，将自动进入自动模式，这样可防止负载在故意关断后又自动打开；若是人工通过按下开关组件打开照明负载，将使场景开关进入自动模式。设置方式开关组件，将场景开关的工作模式设置在自动方式位置，此时在光照检测较暗时，若检测到人体动作，场景开关将自动打开照明负载，且一直保持负载为打开状态，若在设置的延时时间内未检测到人体动作，将自动关断负载。在延时期间内，场景开关仍会继续监测是否有人体动作，其监测周期约为5秒，如果在延时期间内检测到人体动作，则场景开关会自动顺延延时时间(按此次检测为起始来计算)。设置方式开关组件，将场景开关的工作模式设置在通过方式位置，此时在光照检测较暗时，若检测到人体动作，场景开关将自动打开照明负载，且在一个较短的延时时间(如3分钟)后将负载关断。若在延时期内检测到人体动作，则按所设定的延时时间关断负载。场景开关安装在过道时，适合使用此模式。

以下为一本实用新型的具体实施例(参见图2、3)：

处理器STC12C5204AD在内部程序的控制下周期性地输出一组频率为40KHZ的方波，经三极管Q1驱动后送往超声波发射芯片(逆变器)MC14584BG并最终驱动超声波信号发射器T40-10发射断续的超声波信号。

超声波信号接收器R40-10将接收到的超声波信号送往由NE5532运放构成的二级交流放大电路(超声波信号放大器)进行信号放大，放大后的信号再经由二极管D1、电阻R18、电容C12构成的的幅值检波滤波后得到一个频率较低的低频信号，该低频信号真实反映室内物体对超声波的反射情况，最后经TL082运放构成的射极跟随器(检波跟随器)输出送入处理器的AD输入端，由处理器对该低频信号进行AD转换及数据分析。

本实用新型采用超声波周期断续发射技术，以提高检测区域内的检测灵敏度，有效减小检测盲区(不到20厘米)，确保能检测最远10米(检测灵敏度稍低于近距检测)远出现的人体动作；整机采用开关电源技术、超低功耗继电器保持技术，以最大限度地降低整机功耗(1.5W)；采用交流电过零检测技术及过零继电技术，以提高产品寿命；采用工作方式自动侦测技术和场景自适应技术，以适应不同用户、不同场合的应用需求。

超声波检测工作原理如下：通过对处理器的编程，按一定周期断续产生一组超声波驱动信号(超声频率的电压方波)，该驱动信号经超声波发射芯片(逆变器)直接驱动超声波信号发射器产生超声波信号。在发射一定周期的超声波信号后，会在物体表面产生漫反射现象，如果该漫反射的超声波信号反射到超声波信号接收器上且信号强度足够强时，会在超声波信号接收器二端产生一定的超声频率电压信号。由于超声波在空气中的传递速度接近音速，不同距离的物体造成的漫反射会先后反射到超声波信号接收器上，且由于近处反射信号强、远处反射信号弱，因而在超声波信号接收器的二端所形成的电压信号将是一个幅值连续变化的超声波反射信号，该信号可近似看作是一个经过调幅的超声波信号，它真实反映了室内环境物体位置情况。当周期性断续发射一组超声波信号时，相应地，会在超声波信号接收器上获得周期性的调幅的超声波反射信号。如果场景开关所处环境在有效检测距离内未发生物体移动改变，每个周期的超声反射调幅信号将是基本一致的；如果场景开关所处环境在有效检测距离内出现人体动作，这将改变漫反射结果，会使某一前后周期的调幅信号出现较大差异的情况。由于调幅超声波信号先经二级交流放大电路放大，然后送检波跟随器检波，最后得到一个类似用于调幅的低频信号，且该低频信号直接送处理器中的AD电路进行采样并测出一组反映该低频信号幅值的数据。处理器程序首先控制发射一定周期时间的超声波，然后停止发射，并立即开始控制AD电路分时测出超声波的反射幅值并保存在控制器的内存中，按照检测10米距离远的超声波反射信号计算，AD测试约需62毫秒左右的时间，为保证检测灵敏度，在控制器内存资源允许的情况下，可安排约80次AD测试(约每13厘米检测一次)。在完成所有AD测试之后，控制器程序将再次控制发射超声波并AD检测反射波，这样将得到前后二个周期的超声波反射信号幅值数据，然后控制程序对这二组数据进行对应比较，当出现幅值变化超出所设定的阈值时，处理器程序判断检测到有人体动作出现。

为使场景开关能主动适应环境并自主调节超声波感应灵敏度，处理器程序在比较完以上二组数据后，会将后一周期的检测数据替换掉前一周期的检测数据，以便再与下一周期的检测数据进行比较。这样就可以保证当检测区内出现物体移动时，场景开关能检测到该移动，而当物体在移动后静止时，场景开关能自动识别并保持寂寞状态。在实际运用中，为保证超声检测灵敏度，前后周期检测间隔不能设置过小或过大，一般设在100～300毫秒左右。

场景开关中使用了超声波周期断续发射技术，该技术要求处理器周期性地产生一组交变信号，其周期一般不小于60毫秒，且要求不变；一组交变信号约为几十到几万个频率与超声波信号发射器中心频率(如40KHZ)一致的方波；处理器必须在发出一组交变信号后，及时处理来自检波跟随器的带有超声波漫反射信息的低频信号，期间要保证超声波发射间隔及检测间隔均匀，必须做到每个周期处理低频信号所花去的时间一致且周期内的AD检测时间间隔也应对应相等。

场景开关中使用了场景自适应技术，该项技术确保场景开关在不同的环境中使用时，能主动适应当前环境状态，免除人们手动调节超声波灵敏度检测电位器所带来的麻烦。

Claims (10)

1.一种智能场景开关，其特征在于包括：

为智能场景开关提供稳定的低功耗直流电源的开关电源，

超声波信号接收器的输出端连接超声波信号放大器，

超声波信号放大器的输出端连接检波跟随器，

检波跟随器的输出端连接处理器，

光照检测器的输出端连接处理器，

超声波信号发射器的输入端连接处理器，

处理器通过一继电器对外提供超低功耗继电保持输出，

交流电过零检测单元的输出端连接处理器，

处理器分别和手动按钮、延时调整按钮、方式选择开关、指示灯组件连接。

2.如权利要求1所述的智能场景开关，其特征在于：所述开关电源的型号为FDS200。

3.如权利要求1所述的智能场景开关，其特征在于：所述超声波信号接收器的型号为R40-10。

4.如权利要求1所述的智能场景开关，其特征在于：所述超声波信号放大器为由NE5532运放构成的二级交流放大电路。

5.如权利要求1所述的智能场景开关，其特征在于：所述检波跟随器为由TL082运放构成的射极跟随器。

6.如权利要求1所述的智能场景开关，其特征在于：所述光照检测器的型号为φ4mm的CDS光敏电阻。

7.如权利要求1所述的智能场景开关，其特征在于：所述超声波信号发射器的型号为T40-10，且配套有逆变器MC14584BG。

8.如权利要求1所述的智能场景开关，其特征在于：所述处理器的型号为STC12C5204AD。

9.如权利要求1所述的智能场景开关，其特征在于：所述继电器的型号为TQ2-5V。

10.如权利要求1所述的智能场景开关，其特征在于：所述交流电过零检测单元为一普通三极管。

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