CN208270987U - 一种外置智能辅助开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种外置智能辅助开关，主要应用于智能家居领域。所述外置智能辅助开关包括控制模块、精密电机、滑块按钮、螺杆螺母传动构件和塑料外壳，所述塑料外壳固定在可旋转粘性底板上，使用前首先将可旋转粘性底板按照原有开关外缘粘贴至合适位置。所述塑料外壳表面设有与滑块按钮对应的按钮移动轨道，控制模块根据外部指令控制精密电机的运转状态，电机通过螺杆螺母传动机构与滑块按钮连接，控制滑块按钮沿按钮移动轨道移动，从而控制原有开关的状态。本实用新型所述的外置智能辅助开关通过控制模块，实现开关远程控制，使用方便；而且通过可旋转粘性底板可以方便更改开关控制的位置。

Description

一种外置智能辅助开关

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，特别是一种外置智能辅助开关。

背景技术

在现有按压式开关的日常使用中，经常出现距离太远、重新装修后位置不合理。日常生活中，需要重新布线安装开关或将现有开关更换为智能开关而且在下一次装修时又要进行更换，不仅费时费力还造成了浪费。

发明内容

本发明提出了一种外置智能辅助开关，解决现有开关更改位置不方便，无法远程控制的问题。

实现本发明的技术解决方案为：所述外置智能辅助开关包括控制模块、精密电机、滑块按钮、螺杆螺母传动构件和塑料外壳；所述塑料外壳固定在可旋转粘性底板上，使用前首先将可旋转粘性底板按照原有开关外缘粘贴至合适位置；所述塑料外壳表面设有与滑块按钮对应的按钮移动轨道，所述控制模块根据外部指令控制精密电机的运转状态，精密电机通过螺杆螺母传动机构与滑块按钮连接，控制滑块按钮沿按钮移动轨道移动。

优选的，所述滑块按钮上还设置有永磁铁，所述按钮移动轨道的两端各设置有一霍尔传感器，当滑块按钮移动至按钮移动轨道两个端点时，轨道两端点的霍尔传感器检测到滑块按钮位置。此时，霍尔传感器发送信号给控制模块，控制接收信号并处理后控制精密电机，从而控制滑块按钮运动的方向和时间。

优选的，所述控制模块为主机控制主板，该主机控制主板以单片机为核心，包括电源控制电路、电机控制电路、放大电路、WiFi模块、GPRS模块。具体来说：

WiFi模块，通过无线网络将所述单片机与用户手机建立通信连接且作为优先连接方式；GPRS模块是，当无无线网络覆盖时，将所述单片机与用户手机建立通信连接；

电源控制电路，采用升压模块，结合电压检测芯片的方法，将锂电池升压并供电给单片机，同时检测锂电池输入电压，当锂电池输入电压低于最低工作电压时，向单片机发送信号，由单片机分析处理后选择WiFi模块或GPRS模块向用户手机发送低电量警报；

电机控制电路，与单片机相邻两个口连接，一个口输出与转速相对应的PWM 脉冲，另一个口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动精密电机驱动电路，实现精密电机转向与转速的控制；

放大电路，当滑块按钮在按钮移动轨道上移动至两端时，轨道两端点的霍尔传感器检测到滑块按钮上固定的永磁铁，放大电路将接收的信号传输给单片机进行分析处理。

优选的，所述控制模块还包括从机控制电路，此时控制模块连接从机控制模块，并通过从机控制电路控制从机控制模块。所述从机控制电路有两个，均包括供电电路、串行口连接电路且引出集中为一个连接插口，该连接插口连接从机控制模块；所述从机控制模块为从机控制主板，该从机控制主板以单片机为核心，包括电机控制电路、放大电路、主机连接电路，所述主机连接电路与控制模块的从机控制电路连接。

当原有开关有多个开关按钮时，对应设置多个从机控制模块，多个从机控制模块均与主机的控制模块连接。通过主机单片机的从机控制电路与从机单片机的主机连接电路连接，为从机提供供电以及主机单片机与从机单片机之间的通信。

优选的，所述电机控制电路中有一个H桥，并且由单片机两个I/O口输出高低电频控制，以实现电机的正反转控制。

优选的，所述霍尔传感器的工作电路采用恒流工作电路，以时时监测滑块按钮在按钮移动轨道的运动状态。

优选的，所述霍尔传感器的信号经差分放大电路传输给单片机进行分析处理，使单片机控制滑块按钮的运动状态。

优选的，所述所述滑块按钮有滑块主体和连接轴两部分，且连接轴底部安装有底部伸缩滑轮；所述螺杆螺母传动结构的螺母上有连接槽，所述滑块按钮的连接轴与螺母上的连接槽卡和，螺母运动时带动滑块按钮移动。

本发明所述的外置智能辅助开关在使用前进行初始化设置，通过初始化设置监控外置智能辅助开关及原有开关的工作状态。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明的外置智能辅助开关适用于多种不同款式的按压式开关的智能化改造，具有通用化、使用便捷的优点。 (2)本发明的外置智能辅助开关，在不影响手动控制的同时，能够检测按压式开关状态并实现对家居按压式开关的远程控制，节能环保。(3)本发明的外置智能辅助开关便于携带和移动使用，组装和实用简单便捷，适合于日常家居生活和外出旅行使用。

附图说明

图1为本发明主机结构图；

图2为本发明主机俯视图；

图3为本发明从机结构图；

图4为本发明从机俯视图；

图5为本发明中滑块按钮、螺母局部放大图；

图6为本发明主机控制主板硬件原理框图；

图7为本发明从机控制主板硬件原理框图；

图8为单片机软件设计流程简图；

图9为本发明所述霍尔传感器的工作电路图；

图10为本发明所述差分放大电路图。

1原有开关；2塑料外壳；3主机主体；4从机主体；5精密电机；6可旋转粘性底板；7滑块按钮；8按钮移动轨道；9底部伸缩滑轮；10滑块主体；11连接轴；12螺母；13连接槽；14螺纹孔；

1.1原有开关外壳；1.2原有开关按键；

4.1从机塑料外壳；4.2从机精密电机；4.3从机滑块按钮；4.4从机底部伸缩滑轮；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例一：

如图1-2所示，本发明所述外置智能辅助开关，包括控制模块、精密电机5、滑块按钮7、螺杆螺母传动构件和塑料外壳2；所述塑料外壳2固定在可旋转粘性底板6上，使用前首先将可旋转粘性底板6按照原有开关外壳1.1外缘粘贴至合适位置。所述塑料外壳1表面设有按钮移动轨道8，滑块按钮7对应安装在该按钮移动轨道8上，此时按钮移动轨道8置于原有开关按键1.2上，滑块按钮7 在按钮移动轨道8移动时，可以控制原有开关1的状态；所述控制模块根据外部指令控制电机5的运转状态，电机5通过螺杆螺母传动机构与滑块按钮7连接，控制滑块按钮7沿按钮移动轨道8移动，从而作用于原有开关1上。

如图5所示，所述滑块按钮7分为上下两部分，分别为滑块主体10和连接轴11，且连接轴11底部安装底部伸缩滑轮9；所述螺杆螺母传动结构包括螺杆和螺母12两部分，螺杆与螺母12的螺纹孔14配合，带动螺母运动；所述滑块按钮7的连接轴11与螺母上的连接槽13卡和，螺母运动时带动滑块按钮移动，此时底部伸缩滑轮随滑动按钮伸缩，保证滑动按钮的顺利移动。

进一步的实施例中，所述滑块按钮7上还设置有永磁铁，所述按钮移动轨道 8的两端各设置有一霍尔传感器，当滑块按钮7到达按钮移动轨道8两个端点时，轨道两端点的霍尔传感器检测到滑块按钮位置。

用户使用该外置智能辅助开关时，内部安装3.8V锂电池为控制模块和精密电机供电。

如图6所示，所述控制模块使用主机控制主板，该主机控制主板以单片机为核心(图中所示主机控制主板以STM32F单片机为例)，包括电源控制电路、电机控制电路、放大电路、从机控制电路、WiFi模块、GPRS模块，电源控制电路用于对3.8V锂电池电源增压输出5V标准电压，分别为WiFi模块、GPRS模块和精密电机单独供电，在电源电量较低时，电源控制电路向单片机发送电量信号，由单片机进行分析处理并控制设备的开启与关闭；电机控制电路中有一个H桥，并且有单片机两个I/O口输出高低电频控制，以实现电机的正反转控制；放大电路用于将霍尔传感器输出的电压信号放大并传输到单片机分析处理；WiFi模块用于设备在无线局域网覆盖环境下的联网，实现数据交互与远程控制；GPRS模块用于设备在无无线局域网覆盖时的网络连接，从而实现数据交互与远程控制；从机控制电路用于为从机提供供电以及主机单片机与从机单片机之间的通信，实现对从机的控制和与从机之间的数据交流，当所述外置智能辅助开关只用于控制一个开关时，不需要安装从机。

下面结合实施例进行更详细的描述：

用户使用该外置智能辅助开关时，内部安装3.8V锂电池供电，使用前首先将可旋转粘性底板按照原有开关外壳1.1外缘粘贴至合适位置。在本实施例中，控制模块使用的主机控制主板以STM32F单片机为核心，单片机本身带有AD输入接口，包含电源控制电路、WiFi模块、GPRS模块、电机控制电路、霍尔传感器、放大电路。

其中WiFi模块由锂电池电源独立供电，供电电压为3.4V～3.6V、供电电流为330～400mA，使用时通过无线网络与用户手机建立通信连接且作为优先连接方式；GPRS模块以3.4V～4V电压作为工作电压，当无无线网络覆盖时采用此种连接方式连接用户手机。

电源控制电路采用升压模块，结合电压检测芯片的方法，对3.8V锂电池升压至5V供电的同时检测锂电池输入电压，当锂电池输入电压低于最低工作电压时向单片机发送信号，由单片机分析处理后选择WiFi模块或GPRS模块向用户手机发送低电量警报。

用户手机通过WiFi模块或GPRS模块向单片机发出指令，单片机进行分析处理后传输给电机控制电路。电机控制电路为H型桥式电动机驱动电路，与单片机相邻两个口连接，一个口输出与转速相对应的PWM脉冲，另一个口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机驱动电路，实现电机转向与转速的控制。电机通过螺杆螺母传动结构控制滑块按钮运动的时间和方向，从而控制现有开关。

霍尔传感器的工作电路采用图9所示恒流工作电路，并连接图10所示差分放大电路，当滑块按钮在按钮移动轨道上移动至两端时，轨道两端点的霍尔传感器检测到滑块按钮上固定的永磁铁，并将接收的信号传输给单片机进行分析处理，单片机将分析处理后的信号传输给电机控制模块，从而控制滑块按钮运动的方向与时间。

用户使用该外置智能辅助开关时，可以连接5V电源适配器供电。

实施例二：

当原有开关1是多开开关时，可在主机主体3上按需要安装一个或多个从机主体4。如图3-4所示，所述主机主体3包括主机控制主板、霍尔传感器、精密电机5、螺杆螺母传动构件、滑块按钮7和塑料外壳2，塑料外壳2固定在可旋转粘性底板6上，粘性底板上留有用于安装从机主体4的凹槽。所述从机主体4 包括从机控制主板、霍尔传感器、从机精密电机4.2、螺杆螺母传动构件、从机滑块按钮4.3和从机塑料外壳4.1，塑料外壳上有与主机主体可旋转粘性底板6 对应的凸槽，用于将从机主体4固定于主机主体3可旋转粘性底板上。

所述从机主体4的从机塑料外壳4.1内部安装从机控制主板、从机精密电机和螺杆螺母传动构件；所述从机主体4的塑料外壳上开有按钮移动轨道，滑块按钮安装在该轨道上，且底端与螺杆螺母传动构件的螺母连接，从机精密电机4.2 与螺杆螺母传动构件的螺杆相连，控制螺杆转动的方向和时间进而控制螺母的运动方向和时间，从机滑块按钮与螺母相连，随着螺母的运动而运动；从机滑块按钮底端安装有从机底部伸缩滑轮4.4，当从机滑块按钮在按钮移动轨道上移动时，机底部伸缩滑轮4.4会根据从机滑块按钮伸缩，从而保证从机滑块按钮的顺利移动；滑块按钮上固定有一块永磁铁，用于霍尔传感器的到位检测。

如图7所示，所述从机控制主板以单片机为核心(图中所示从机控制主板以 JW单片机为例)，包括电机控制电路、放大电路、主机连接电路，电机控制电路中有一个H桥，并且由单片机两个I/O口输出高低电频控制，以实现电机的正反转控制；放大电路用于将霍尔传感器输出的电压信号放大并传输到单片机分析处理；主机连接电路用于主机电源对从机的供电以及从机单片机与主机单片机之间的通信，实现从机接收主机发送的指令以及将从机状态信息(包括从机状态以及对主机指令的执行情况)整理后反馈给主机。

下面结合实施例进行更详细的描述：

用户使用该组合式高适应性的外置智能辅助开关时，内部安装3.8V锂电池供电，使用前首先将主机主体的可旋转粘性底板按照原有开关外壳外缘粘贴至合适位置，根据需要将从机主体安装在主机主体的可旋转粘性底板凹槽内，并与主机主体建立物理连接，此时电源指示灯显示蓝光，大约5秒后打开手机与设备建立连接。在本实施例中，主机主体的主机控制主板以STM32F单片机为核心，单片机本身带有AD输入接口，包含电源控制电路、WiFi模块、GPRS模块、电机控制电路、从机控制电路、霍尔传感器、放大电路；从机主体的从机控制主板以JW单片机为核心，包括电机控制电路、放大电路、主机连接电路。

其中WiFi模块由锂电池电源独立供电，供电电压为3.4V～3.6V、供电电流为330～400mA，使用时通过无线网络与用户手机建立通信连接且作为优先连接方式；GPRS模块以3.4V～4V电压作为工作电压，当无无线网络覆盖时采用此种连接方式连接用户手机；

电源控制电路采用升压模块，结合电压检测芯片的方法，对3.8V锂电池升压至5V供电的同时检测锂电池输入电压，当锂电池输入电压低于最低工作电压时向单片机发送信号，由单片机分析处理后选择WiFi模块或GPRS模块向用户手机发送低电量警报；

用户手机通过WiFi模块或GPRS模块向STM32F单片机发出指令，STM32F 单片机进行分析处理后传输给主机电机控制电路或从机控制电路。

1.当主机电机控制电路接收信号时：主机电机控制电路为H型桥式电动机驱动电路，与单片机相邻两个口连接，一个口输出与转速相对应的PWM脉冲，另一个口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机驱动电路，实现电机转向与转速的控制；

2.当信号传输给从机控制电路时：从机连接电路有两个，均包括供电电路、串行口连接电路，且引出集中为一个连接插口；JW单片机上主机连接电路引出形成插头，该插头与STM32F单片机上插口连接。STM32F单片机接收指令进行分析处理后，经从机控制电路和主机连接电路，传输给JW单片机，JW单片机进行分析处理后，控制电机控制电路，从而实现从机主体对原有开关的控制。当原有开关为多开关时，对应设置对个从机，控制方式与上述方法相同。

霍尔传感器的工作电路采用图9所示恒流工作电路，并连接图10所示差分放大电路，当滑块按钮在按钮移动轨道上移动至两端时，轨道两端点的霍尔传感器检测到滑块按钮上固定的永磁铁，并将接收的信号传输给单片机进行分析处理，单片机将分析处理后的信号传输给电机控制模块，从而控制滑块按钮运动的方向与时间。

如图8所示，为控制模块初始化流程。首先尝试WiFi连接网络从而连接用户手机，当此项连接方式失败时，启用GPRS模块连接网络并与用户手机进行连接；与用户手机建立连接之后，检测从机主体，检测到从机主体后将主机主体与从机主体建立连接；连接完成后向用户手机发送初始化设置提示，用户发送初始化指令，单片机接收指令并进行处理，处理后信号传输给电机控制电路，当电机带动滑块按钮到达按钮移动轨道两边顶点位置时，霍尔传感器向单片机发送信号，单片机对电机进行断电处理，用户完成初始化设置后自动完成初始化数据记录。

Claims (9)

1.一种外置智能辅助开关，内部安装锂电池供电，其特征在于：所述包括控制模块、精密电机、滑块按钮、螺杆螺母传动构件和塑料外壳；所述塑料外壳固定在可旋转粘性底板上，使用前首先将可旋转粘性底板按照原有开关外缘粘贴至合适位置；所述塑料外壳表面设有与滑块按钮对应的按钮移动轨道，所述控制模块根据外部指令控制精密电机的运转状态，精密电机通过螺杆螺母传动机构与滑块按钮连接，控制滑块按钮沿按钮移动轨道移动。

2.根据权利要求1所述的外置智能辅助开关，其特征在于：所述滑块按钮上还设置有永磁铁，所述按钮移动轨道的两端各设置有一霍尔传感器，当滑块按钮移动至按钮移动轨道两个端点时，轨道两端点的霍尔传感器检测到滑块按钮位置。

3.根据权利要求2所述的外置智能辅助开关，其特征在于：所述控制模块为主机控制主板，该主机控制主板以主机单片机为核心，包括

WiFi模块，通过无线网络将所述单片机与用户手机建立通信连接且作为优先连接方式；

GPRS模块，当无无线网络覆盖时，将所述单片机与用户手机建立通信连接；

电源控制电路，采用升压模块，结合电压检测芯片的方法，将锂电池升压并供电给单片机，同时检测锂电池输入电压，当锂电池输入电压低于最低工作电压时，向单片机发送信号，由单片机分析处理后选择WiFi模块或GPRS模块向用户手机发送低电量警报；

电机控制电路，与单片机相邻两个口连接，一个口输出与转速相对应的PWM脉冲，另一个口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动精密电机驱动电路，实现精密电机转向与转速的控制；

放大电路，当滑块按钮在按钮移动轨道上移动至两端时，轨道两端点的霍尔传感器检测到滑块按钮上固定的永磁铁，放大电路将接收的信号传输给单片机进行分析处理。

4.根据权利要求3所述的外置智能辅助开关，其特征在于：所述控制模块还包括从机控制电路，所述从机控制电路有两个，均包括供电电路、串行口连接电路且引出集中为一个连接插口，该连接插口连接从机控制模块；所述从机控制模块为从机控制主板，该从机控制主板以从机单片机为核心，包括电机控制电路、放大电路、主机连接电路，所述主机连接电路与控制模块的从机控制电路连接。

5.根据权利要求3或4所述的外置智能辅助开关，其特征在于：所述电机控制电路中有一个H桥，并且由单片机两个I/O口输出高低电频控制，以实现电机的正反转控制。

6.根据权利要求3或4所述的外置智能辅助开关，其特征在于：所述霍尔传感器的工作电路采用恒流工作电路。

7.根据权利要求6所述的外置智能辅助开关，其特征在于：所述霍尔传感器的信号经差分放大电路传输给单片机进行分析处理。

8.根据权利要求1或2所述的外置智能辅助开关，其特征在于：所述滑块按钮有滑块主体和连接轴两部分，且连接轴底部安装有底部伸缩滑轮；所述螺杆螺母传动结构的螺母上有连接槽，所述滑块按钮的连接轴与螺母上的连接槽卡和，螺母运动时带动滑块按钮移动。

9.根据权利要求2或7所述的外置智能辅助开关，其特征在于：所述外置智能辅助开关在使用前进行初始化设置。