CN211791559U - 一种智能控制执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能控制执行器，属于智能控制技术领域。一种智能控制执行器包括：将外部直流电引入并转换为执行器运行所需电源的电源接口模块和电源转换模块，对外部电器设备控制信号进行转换的通信接口模块和485隔离模块，对干接点信号进行转换的干接点输入接口和光耦隔离输入模块，将外部电器设备控制信号和干接点信号转换为继电器执行命令的微控制单元，将继电器执行命令转换为电器设备调控信号的继电器驱动电路模块和继电器模块，将调控信号输入执行器外部电器设备的继电器接口模块。本实用新型应用时，用户可以通过智能网关与智能家居电器设备之间的智能信息通道或离线状态下的智能信息通道实现对电器设备的智能化管理。

Description

一种智能控制执行器

技术领域

本实用新型涉及智能控制技术领域，特别是一种智能控制执行器。

背景技术

随着物联网技术和无线通信技术的发展与成熟，人们不断提高对生活品质需求，智能家居行业也随之不断蓬勃发展。

智能家居通过物联网技术将家中的各种电器设备（如音视频设备、照明系统、窗帘、空调、安防系统、数字影院系统、网络家电等）连接到一起，为人们提供一种效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。目前智能家居设备可以通过智能网关连接云端进而连接智能终端（如手机、平板电脑）或直接由智能网关连接智能终端，使得人们可以通过智能终端管理智能家居电器设备。如何将智能家居电器设备（尤其是大功率电器设备）与智能终端建立通信联系及离线状态下如何实现智能家居电器设备的管理成为智能家居管理系统设计者面临的难题。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种智能控制执行器，在智能家居电器设备和智能网关之间建立一个电器设备智能控制命令信息通道，同时在离线状态下建立一个智能家居电器设备管理的智能控制命令信息通道，实现智能家居电器设备的智能化管理。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种智能控制执行器，其特征在于，执行器设计于两层印制电路板上，其包括：电源接口模块，其为外部直流电源进入执行器的通道；通信接口模块，其将外部智能网关输出的智能设备控制命令信号输入执行器或将执行器输出的智能设备控制命令信号的应答信号输入外部智能网关；电源转换模块，其将电源接口模块输出的直流电转换成12V直流电和5V直流电；485隔离模块，其将自身的直流电、传输的智能设备控制命令信号或智能设备控制命令的应答信号相互隔离，485隔离模块接收通信接口模块输入的智能设备控制命令信号或输入通信接口模块的智能设备控制命令的应答信号，485隔离模块接收电源转换模块输出的5V直流电；干接点输入接口模块，其为外部干接点信号输入执行器的通道；光耦隔离输入模块，其接收干接点输入接口模块输出的干接点信号，并对干接点信号进行电气隔离，光耦隔离输入模块将电气隔离后的干接点信号进行传输，光耦隔离输入模块接收电源转换模块输出的5V直流电；微控制单元，其对485隔离模块输出的智能设备控制命令信号进行冲突检测、解析及决策，然后生成第一执行命令和智能设备控制命令的应答信号，微控制单元对接收的电气隔离后的干接点信号进行冲突检测、解析及决策，然后生成第二执行命令，微控制单元将智能设备控制命令的应答信号输入485隔离模块，微控制单元输出第一执行命令和第二执行命令，微控制单元接收电源转换模块输出的5V直流电并维护自身系统的稳定运行；继电器驱动电路模块，其将微控制单元输出的第一执行命令和第二执行命令转换成相应的继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号，继电器驱动电路模块输出继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号；继电器模块，其接收继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号并将继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号转换成执行器外部电器设备的调控信号，继电器模块接收电源转换模块输出的12V直流电；以及继电器接口模块，其为执行器与外部电器设备的信号传输通道，继电器接口模块将接收的外部电器设备的调控信号输入外部电器设备。

本实用新型的有益效果是：本实用新型应用时可以在智能家居电器设备和智能网关之间建立一个电器设备智能控制命令信息通道，同时在离线状态下建立一个智能家居电器设备管理的智能控制命令信息通道，实现智能家居电器设备的智能化管理。

附图说明

图1是本实用新型一种智能控制执行器正面结构示意图；

附图中的各部件标记如下：1-电源接口模块、2-通信接口模块、3-干接点输入接口模块、4-电源转换模块、5-485隔离模块、6-光耦隔离输入模块、7-微控制单元、8-继电器驱动电路模块、9-继电器模块、10-继电器接口模块。

图2是本实用新型一种智能控制执行器背面结构示意图；

附图中的各部件标记如下：11-电源转换模块电源芯片部分。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

需要说明的是，本申请文件中权利要求书和说明书中的术语“第一”、“第二”仅是为了区分相似的对象，而不必理解为描述特定的顺序或先后次序。

附图1中的实心箭头表示智能控制命令相关信号的流向，空心箭头表示电流的流向。两种箭头仅仅为了更加明确的说明电流和信号流的流动方向，而不必理解为其真实存在于印制电路板上。

本实用新型的原理是在智能家居电器设备的用户、智能终端（例如智能手机、平板电脑）、智能家居设备外部电器设备之间通过本实用新型建立一种控制命令的传输通道，从而实现智能家居电器设备管理的智能化。

图1所示为本实用新型一种智能控制执行器正面结构的具体实施方式，在该具体实施方式中，该智能控制执行器采用了86盒形状和双层重叠印制电路板设计。其主要包括电源接口模块1、通信接口模块2、干接点输入接口模块3、电源转换模块4、485隔离模块5、光耦隔离输入模块6、微控制单元7、继电器驱动电路模块8、继电器模块9及继电器接口模块10。

电源接口模块1为外部直流电源进入智能控制执行器的通道，其将执行器外部的直流电接入执行器内部，从而为执行器的运行提供电源。在本实用新型的一个实施例中，外部直流电源可以选用12V-24V的直流电。

电源转换模块4连通电源接口模块1，其将电源接口模块1输入的直流电转换成两路低压直流电以保证智能控制执行器中低压电子元器件的用电需求，具体的两路直流电的电压根据执行器中各个模块的选用的电子元器件的型号设定，例如两路直流电可以选择为12V直流电和5V直流电。在本实用新型的一个实施例中，电源转换模块4输出的12V直流电连通继电器驱动电路模块8、继电器模块9及电源转换模块4内部的低压差线性稳压器（LDO，low dropout regulator）。12V直流电经过低压差线性稳压器的转换为5V的直流电并由电源转换模块4输出。5V直流电通过电源转换模块连通485隔离模块5、光耦隔离输入模块6及微控制单元7。

通信接口模块2采用RS-485通信接口，其为外部智能网关控制命令信号进入智能控制执行器的通道。智能电器设备的用户通过智能控制终端将电器设备的控制命令（包含执行器外部电器设备的运行状态调控信号）输入智能网关，经过智能网关转换成相应的智能设备控制命令信号后，由外部智能网关输入通信接口模块2。再由通信接口模块2将智能设备控制命令信号输入执行器。执行器接收到智能设备控制命令信号后生成相应的智能设备控制命令信号的应答信号。该智能设备控制命令信号的应答信号由通信接口模块2传输至外部智能网关，进一步输入智能控制终端，使得智能电器设备的用户及时获得执行器对智能设备控制命令的反馈情况。

485隔离模块5设置于通信接口模块2和微控制单元7之间。一方面，其通过485信号输入输出端与通信接口模块2（RS-485通信接口）中的485通信接线端相连接从而接收智能设备控制命令信号，然后485隔离模块5通过通用异步收发传输器发送端与微控制单元7的通用异步收发传输器接收端相连接从而将智能设备控制命令信号输入微控制单元7。在此过程中，485隔离模块将智能设备控制命令信号和自身直流电相互隔离，以提高智能设备控制命令信号对于静电放电（ESD）或电磁干扰（EMI）的抗干扰能力。另一方面，485隔离模块5通过485隔离模块的通用异步收发传输器接收端与微控制单元7的通用异步收发传输器发送端相连接从而接收微控制单元生成的智能设备控制命令的应答信号，然后485隔离模块5通过自身的485信号输入输出端与通信接口模块2（RS-485通信接口）中的485通信接线端相连接从而将智能设备控制命令的应答信号输入通信接口2（RS-485通信接口）。在此过程中，485隔离模块将智能设备控制命令的应答信号和自身直流电相互隔离，以提高智能设备控制命令信号对于静电放电（ESD）或电磁干扰（EMI）的抗干扰能力。

干接点输入接口模块3为外部干接点信号输入执行器的通道。在离线状态下，执行器外部的干接点信号（包含了执行器外部电器设备的运行状态调控信号）通过干接点输入接口模块3输入执行器。在本实用新型的一个实施例中，执行器中可以设置一至八个干接点输入接口，从而满足不同干接点信号的输入需求，具体数量根据外部电器设备的数量及实际运行情况选择。外部的干接点信号包括温度开关、液位开关、按键、烟雾传感器的输出信号等。

光耦隔离输入模块6接收干接点输入接口模块3输出的干接点信号，并对接收的干接点信号进行电气隔离，然后光耦隔离输入模块6将电气隔离后的干接点信号输入微控制单元7。在本实用新型的一个实施例中，执行器可以设置一至八个相同的光耦合器，从而满足不同干接点信号的传输需求，具体数量根据外部电器设备的数量及实际运行情况选择。

微控制单元7为整个系统的运行提供一个稳定的环境。一方面，微控制单元7接收485隔离模块5输出的智能设备控制命令信号并对此信号进行冲突检测、解析及决策，然后生成第一执行命令和该智能设备控制命令的应答信号。另一方面，微控制单元7接收光耦隔离输入模块6输出的电气隔离后的干接点信号并对此干接点信号进行冲突检测、解析及决策，然后生成第二执行命令。微控制单元7将智能设备控制命令的应答信号输入485隔离模块5，微控制单元7还将第一执行命令和第二执行命令传输至继电器驱动模块8。微控制单元7还维护自身系统的稳定运行。

继电器驱动电路模块8将微控制单元7输出的第一执行命令和第二执行命令分别转换成相应的继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号。然后继电器驱动电路模块8将两种继电器驱动信号输入继电器模块9。由于第一执行命令与智能控制命令信号相对应，从而使得继电器第一驱动信号包含了智能控制命令信号中的执行器外部电器设备的运行状态调控信号。同理，由于第二执行命令与干接点信号相对应，从而使得继电器第二驱动信号包含了干接点信号中的执行器外部电器设备的运行状态调控信号。

继电器模块9接收继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号从而获取了智能控制命令信号中的执行器外部电器设备的运行状态调控信号和干接点信号中的执行器外部电器设备的运行状态调控信号。然后继电器模块9将继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号转换成相应的执行器外部电器设备的调控信号。在本实用新型的一个实施例中，执行器可以设置一个至八个相同的50A磁保持继电器，从而满足不同执行器外部电器设备的运行状态调控信号的传输需求，具体数量根据外部电器设备的数量及实际运行情况选择。

继电器接口模块10为执行器与外部电器设备的信号传输通道。继电器接口模块接收继电器模块输出的外部电器设备的调控信号并将该信号输入外部电器设备。从而使得执行器外部电器设备根据接收的调控信号调整自身的运行状态，实现了智能家居电器设备的用户根据自己的需求调控执行器外部电器设备的目的。

在本实用新型的一个具体实施例中，电源接口模块包括两个结构相同的单元，通信接口模块也包括两个结构相同的单元。通信接口模块的两个单元与电源接口模块的两个单元相互交叉排列。两个电源接口模块及两个通信接口模块单元均可以实现级联，也可以单独使用其中一个单元，具体情况根据执行器外部电器设备的数量及功率的大小选择。

如图1和图2所示，本实用新型采用了双层的重叠印制电路板，智能控制执行器中各个模块在该印制线路板的设置位置为：电源接口模块1设置于印制电路板的左下角，通信接口模块2与电源接口模块1横向并排设置于印制电路板上；电源转换模块4设置于电源接口模块1和通信接口模块2的上方，485隔离模块5设置于通信接口模块2和电源转换模块4的右边；干接点输入接口模块3设置于印制电路板的右下角，光耦隔离输入模块6设置于干接点输入接口模块3的上方；微控制单元7设置于485隔离模块5的右边，继电器驱动电路模块8设置于微控制单元7的上方；继电器模块9设置于电源转换模块4、继电器驱动电路模块8及光耦隔离输入模块6的上方，继电器接口模块10设置于继电器模块9的上方且位于印制电路板的顶部。电源转换模块4的电源芯片部分11设置于印制电路板的背面。

本实用新型还提供了一种智能控制执行器的操作方法的具体实施方式，在该具体实施方式中，执行器的操作方法主要包括：

电源接入步骤，由电源接口模块将外部直流电源引入智能控制执行器。该步骤的目的是实现电源模块的功能，该步骤具体详细的描述可参考电源模块的相关内容。

电源转换步骤，由电源转换模块接通电源接口模块并将电源接口模块输出的直流电转换成12V直流电和5V直流电。该步骤的目的是实现电源转换模块的功能，该步骤具体详细的描述可参考电源转换模块的相关内容。

通信步骤，由通信接口模块将外部智能网关输出的智能设备控制命令传入执行器，或由通信接口模块将执行器输出的智能设备控制命令的应答信号传入外部智能网关。该步骤的目的是实现通信接口模块的功能，该步骤具体详细的描述可参考通信接口模块的相关内容。

直流电与通信信号隔离步骤，由485隔离模块将自身的直流电、传输的智能设备控制命令信号或智能设备控制命令的应答信号相互隔离。该步骤的目的是实现485隔离模块的功能，该步骤具体详细的描述可参考485隔离模块的相关内容。

干接点信号接入步骤，由干接点输入接口模块将外部干接点信号输入执行器。该步骤的目的是实现干接点输入接口模块的功能，该步骤具体详细的描述可参考通干接点输入接口模块的相关内容。

光耦隔离步骤，由光耦隔离输入模块接收干接点输入接口模块输出的干接点信号，并对干接点信号进行电气隔离，由光耦隔离输入模块将电气隔离后的干接点信号输入微控制单元。该步骤的目的是实现光耦隔离输入模块的功能，该步骤具体详细的描述可参考光耦隔离输入模块的相关内容。

微控制单元处理步骤，由微控制单元对485隔离模块输出的智能设备控制命令信号进行冲突检测、解析及决策，然后生成第一执行命令和智能设备控制命令的应答信号，由微控制单元对接收的干接点信号进行冲突检测、解析及决策，然后生成第二执行命令，由微控制单元将智能设备控制命令的应答信号输入485隔离模块，由微控制单元输出第一执行命令和第二执行命令。该步骤的目的是实现微控制单元的功能，该步骤具体详细的描述可参考微控制单元的相关内容。

驱动信号生成步骤，由继电器驱动电路模块将微控制单元输出的第一执行命令和第二执行命令转换成相应的继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号，由继电器驱动电路模块输出继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号。该步骤的目的是实现继电器驱动电路模块的功能，该步骤具体详细的描述可参考继电器驱动电路模块的相关内容。

继电器处理步骤，由继电器模块接收继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号并将继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号转换成执行器外部电器设备的调控信号。该步骤的目的是实现继电器模块的功能，该步骤具体详细的描述可参考继电器模块的相关内容。

驱动信号输出步骤，由继电器接口模块将接收的继电器模块输出的外部电器设备的调控信号输入外部电器设备。该步骤的目的是实现继电器接口模块的功能，该步骤具体详细的描述可参考继电器接口模块的相关内容。

本实用新型应用时，可以在智能家居电器设备（尤其是大功率电器设备）和智能网关之间建立一个电器设备智能控制命令信息通道，同时在离线状态下建立一个智能家居电器设备管理的智能控制命令信息通道，实现智能家居电器设备的智能化管理。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种智能控制执行器，其特征在于，所述执行器设计于两层印制电路板上，其包括：

电源接口模块，其为外部直流电源进入所述执行器的通道；

通信接口模块，其将外部智能网关输出的智能设备控制命令信号输入所述执行器或将所述执行器输出的所述智能设备控制命令信号的应答信号输入所述外部智能网关；

电源转换模块，其将所述电源接口模块输出的直流电转换成12V直流电和5V直流电；

485隔离模块，其将自身的直流电、传输的所述智能设备控制命令信号或所述智能设备控制命令的应答信号相互隔离，所述485隔离模块接收所述通信接口模块输出的所述智能设备控制命令信号或输入所述通信接口模块的所述智能设备控制命令的应答信号，所述485隔离模块接收所述电源转换模块输出的5V直流电；

干接点输入接口模块，其为外部干接点信号输入所述执行器的通道；

光耦隔离输入模块，其接收所述干接点输入接口模块输出的所述干接点信号，并对所述干接点信号进行电气隔离，所述光耦隔离输入模块将电气隔离后的干接点信号进行传输，所述光耦隔离输入模块接收所述电源转换模块输出的5V直流电；

微控制单元，其对所述485隔离模块输出的所述智能设备控制命令信号进行冲突检测、解析及决策，然后生成第一执行命令和所述智能设备控制命令的应答信号，所述微控制单元对接收的所述电气隔离后的干接点信号进行冲突检测、解析及决策，然后生成第二执行命令，所述微控制单元将所述智能设备控制命令的应答信号输入所述485隔离模块，所述微控制单元输出所述第一执行命令和所述第二执行命令，所述微控制单元接收所述电源转换模块输出的5V直流电并维护自身系统的稳定运行；

继电器驱动电路模块，其将所述微控制单元输出的所述第一执行命令和所述第二执行命令转换成相应的继电器第一驱动信号和继电器第二驱动信号，所述继电器驱动电路模块输出所述继电器第一驱动信号和所述继电器第二驱动信号；

继电器模块，其接收所述继电器第一驱动信号和所述继电器第二驱动信号并将所述继电器第一驱动信号和所述继电器第二驱动信号转换成所述执行器外部电器设备的调控信号，所述继电器模块接收所述电源转换模块输出的12V直流电；以及

继电器接口模块，其为所述执行器与外部电器设备的信号传输通道，所述继电器接口模块将接收的所述外部电器设备的调控信号输入所述外部电器设备。

2.如权利要求1所述的智能控制执行器，其特征在于，所述电源接口模块设置于所述印制电路板的左下角，所述通信接口模块与所述电源接口模块横向并排设置于所述印制电路板上，所述电源转换模块设置于所述电源接口模块和所述通信接口模块的上方，所述485隔离模块设置于所述通信接口模块和所述电源转换模块的右边，所述干接点输入接口模块设置于所述印制电路板的右下角，所述光耦隔离输入模块设置于所述干接点输入接口模块的上方，所述微控制单元设置于所述485隔离模块右边，所述继电器驱动电路模块设置于所述微控制单元的上方，所述继电器模块设置于所述电源转换模块、所述继电器驱动电路模块及所述光耦隔离输入模块的上方，所述继电器接口模块设置于所述继电器模块的上方且位于所述印制电路板的顶部。

3.如权利要求1所述的智能控制执行器，其特征在于，所述电源接口模块包括两个结构相同的单元，所述通信接口模块包括两个结构相同的单元，所述通信接口模块的两个单元与所述电源接口模块的两个单元相互交叉排列，所述外部直流电源电压为12V~24V。

4.如权利要求1所述的智能控制执行器，其特征在于，所述485隔离模块的通用异步收发传输器发送端和接收端分别连接所述微控制单元的通用异步收发传输器接收端和发送端，所述485隔离模块中的485信号输入输出端连接所述通信接口模块中的RS-485通信接口中的485通信接线端。

5.如权利要求1所述的智能控制执行器，其特征在于，所述干接点输入接口包括一至八个相同的干接点接线端口，所述光耦隔离模块包括一至八个相同的光耦合器，所述继电器模块包括一至八个50A磁保持继电器。

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