CN214315707U - 基于低功耗微波传感器的单火线感应开关及灯具控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于低功耗微波传感器的单火线感应开关及灯具控制装置，属于控制技术领域，具体包括开关输入端、开关输出端、单火线电源驱动、开关模块和低功耗微波雷达传感器；单火线电源驱动通过开关输入端与单火线的一端连接，从单火线上获取电能，并向开关模块和低功耗微波雷达传感器供电；开关模块用于接收低功耗微波雷达传感器输出的开关控制信号，根据接收的开关控制信号对单火线进行导通或断开；低功耗微波雷达传感器用于感应环境中的移动物体，并根据感应结果获得感应信号，根据感应信号输出开关控制信号。通过本申请的处理方案，可降低单火线感应开关的功耗，拓宽开关在各种应用场合的适应能力。

Description

基于低功耗微波传感器的单火线感应开关及灯具控制装置

技术领域

本实用新型涉及控制技术领域，具体涉及一种基于低功耗微波传感器的单火线感应开关及灯具控制装置。

背景技术

目前，市面上的单火线感应开关主要采用红外感应技术、传统微波雷达感应技术两种开关。

但是，采用这两种技术的单火线感应开关，因这两种技术自身在应用中需要满足一些限制条件，因而采用这两种技术的单火线感应开关在实际中并未得到广泛推广应用。

例如，使用红外感应技术的单火线开关，需要满足以下一些应用条件：开关产品表面需要能透光，且一般需要安装菲涅尔透镜，不仅造成产品结构复杂，产品也不美观；在环境温度比较高(比如炎热的室内高温)，红外感应的灵敏度变差，甚至出现失效；若有物体遮挡红外光线时，红外光无法透过遮挡物进行物体感应。

例如，使用传统微波雷达感应技术的单火线开关，需要满足以下一些应用条件：传统雷达传感器主要由分立器件构成，电路结构复杂，且系统稳定性差；功耗大，当开关串联到照明电路中时，容易因链路上电流偏大导致灯具微亮，出现俗称的“鬼火”现象；生产时雷达频率需要人工调整，产品性能一致性差，生产效率低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种基于低功耗微波传感器的单火线感应开关及灯具控制装置，通过采用低功耗微波雷达芯片优化单火线感应开关中的传感器电路，从而降低了单火线感应开关的功耗低，简化开关结构和体积，提高开关工作稳定性，以及提高用户使用体验等。

本实用新型提供以下技术方案：

本公开实施例提供一种基于低功耗微波雷达传感器的单火线感应开关，包括开关输入端、开关输出端、单火线电源驱动、开关模块和低功耗微波雷达传感器；所述单火线电源驱动通过所述开关输入端与单火线的一端连接，从所述单火线上获取电能，并将获取的电能转换后向所述开关模块和所述低功耗微波雷达传感器供电；所述开关模块与所述低功耗微波雷达传感器电连接，用于接收所述低功耗微波雷达传感器输出的开关控制信号，根据接收的开关控制信号对单火线进行导通或断开动作；所述低功耗微波雷达传感器用于感应环境中的移动物体，并根据感应结果获得感应信号，以及根据感应信号输出开关控制信号。

在一种优选的实施方式中，所述低功耗微波雷达传感器包括低功耗雷达芯片和雷达收发天线；所述雷达收发天线用于将低功耗雷达芯片的发射信号向所述低功耗微波雷达传感器所处的空间辐射，并接收所述低功耗微波雷达传感器的空间环境对发射信号进行反射的回波信号，以将回波信号传输给所述低功耗雷达芯片；所述低功耗雷达芯片用于向所述雷达收发天线提供发射信号，并对所述雷达收发天线传输的回波信号进行处理，以根据多普勒原理处理回波信号对所述低功耗微波雷达传感器所处环境中的移动物体进行感应，以及根据感应结果获得感应信号，并根据感应信号输出开关控制信号。

在一种优选的实施方式中，所述低功耗雷达芯片为集成有低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器和电源管理模块的雷达芯片。

在一种优选的实施方式中，所述低功耗雷达芯片还包括参数配置接口，所述参数配置接口用于配置所述低功耗微波雷达传感器的工作参数。

在一种优选的实施方式中，所述参数配置接口包括串行接口或并行接口。

在一种优选的实施方式中，所述工作参数包括感应距离参数和/或开关延迟时间。

在一种优选的实施方式中，所述低功耗雷达芯片还包括数模转换和/或数字信号处理，以对所述感应信号进行数字信号处理后输出所述开关控制信号。

在一种优选的实施方式中，所述低功耗微波雷达传感器还包括滤波电路，所述滤波电路用于对所述低频滤波放大器输出的感应信号进行滤波处理。

在一种优选的实施方式中，所述低功耗微波雷达传感器还可包括光感检测电路，光感检测电路用于对所述低功耗微波雷达传感器所处环境的亮度进行感应，以获得亮度对应的感应信号进行传感控制。

本公开实施例提供一种基于单火线感应开关的灯具控制装置，包括：灯具和前述任意一项实施例提供的单火线感应开关；所述单火线感应开关通过所述开关输入端和所述开关输出端串接于所述灯具连接的火线中。

与现有技术相比，本实用新型能够达到的有益效果至少包括：

通过采用低功耗微波雷达传感器，可优化单火线感应开关的功耗，提高了单火线感应开关的应用适应能力，比如单火线感应开关可以工作在极低功耗状态，开关产品的结构也得到简化，开关产品的一致性和生产效率得到保证，用户应用体验良好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型的实施例中一种基于低功耗微波雷达传感器的单火线感应开关的结构示意图；

图2是本实用新型的实施例中一种基于低功耗微波雷达芯片的低功耗微波雷达传感器的结构示意图；

图3是本实用新型的实施例中一种基于低功耗微波雷达芯片的光感检测电路的结构示意图；

图4是本实用新型的实施例中一种低功耗微波雷达芯片的结构示意图；

图5是本实用新型的实施例中一种基于低功耗微波雷达传感器的单火线感应开关的灯具控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

现有单火线感应开关的实际应用中，因单火线感应开关在接入到实际电路中后，需要从火线中获取工作所需的电能，这时感应开关控制的火线将处于弱导通状态，即火线线路上有微弱的电流通过，受到单火线感应开关控制的电路也处于弱导通状态。

而火线线路上的微弱电流，其大小主要取决于单火线感应开关的功耗。

因此，若单火线感应开关的功耗足够低，那么火线线路上的微弱电流将不会引起受开关控制的电路出现明显的微导通状态，比如灯具因该电流而微亮；相反，若单火线感应开关的功耗较高，这时火线线路上的这个电流偏大，将会引起受开关控制的电路出现明显的微导通状态，如灯具微亮，该微亮俗称“鬼火”现象。

而且，传统微波雷达正因功耗过高，如3.3V电源下，工作电流约10mA，因而应用场合比较窄，如只用在导通电流较高的场合，而在灯具控制中常常出现“鬼火”现象。

基于此，本公开提供一种低功耗的单火线感应开关，通过采用低功耗的传感器，可以降低单火线感应开关的整体功耗，拓宽单火线感应开关的应用。

参考图1，本公开实施例提供一种基于低功耗微波雷达的单火线感应开关，作为一种超低功耗微波雷达单火线感应开关，用于串接于需要开关控制的单火线中，即单火线开关提供一个火线接入端和一个单火线输出端，这样火线接入端和开关输出端分别串接于需要开关控制的单火线中。

如图1所示，基于低功耗微波雷达传感器的单火线感应开关包括单火线开关输入端、开关输出端、低功耗微波雷达传感器和单火线电源驱动及开关模块电路。其中，单火线电源驱动及开关模块电路可为现有的电源驱动和开关模块，也可为根据实际应用需求而新设计的电源驱动、开关模块等电路，这里不对电源驱动和开关模块的具体电路作限定。

实施中，单火线开关在安装使用时，可将单火线开关输入端与需要开关控制的火线的一端连接，而单火线开关输出端与需要开关控制的火线的另一端连接，使得单火线感应开关串接于需要开关控制的火线中，因而安装使用中可直接替换传统开关、传统单火线开关等开关，而无需对控制线路进行其他改造。

实施中，单火线电源驱动通过开关输入端连接需要开关控制的火线的一端，进而从该火线线路中获取电能，并将获取的电能进行转换后用于向开关模块、微波雷达传感器提供低压直流工作电源，比如5V、3.3V等直流电源；开关模块与微波雷达传感器电连接，用于接收微波雷达传感器输出的开关控制信号，并根据接收的开关控制信号进行开关动作，通过开关动作对需要开关控制的火线进行接通或断开；微波雷达传感器为低功耗微波雷达传感器，比如工作电压为3.3V，工作电流小于100uA，用于感应整个开关所安装使用的周围环境中，在预设范围内是否存在移动物体，并根据感应结果获得感应信号，根据感应信号输出开关控制信号，从而通过开关控制信号来控制开关模块对火线进行接通或断开的开关控制。

实施中，因单火线感应开关需要从火线线路中取电，因而火线线路为处于微弱导通状态，只是该微弱导通状态并不影响被控制的电路出现导通而工作。因此，这里所述的接通是指让火线进入正常导通状态，而断开是指让火线从正常导通恢复到先前的微弱导通状态。

通过采用低功耗的微波雷达传感器，可有效降低单火线感应开关的功耗，从而可拓宽单火线感应开关的应用场合。

参考图2，本公开实施例还提供一种基于低功耗微波雷达芯片的低功耗微波雷达传感器，通过采用微波雷达芯片，可有效降低了单火线感应开关的功耗和提高了工作稳定性、产品一致性，增强了单火线感应开关的工作环境适应能力，可替代传统微波感应雷达。

如图2所示，低功耗微波雷达传感器可包括低功耗雷达芯片和雷达收发天线。其中，雷达收发天线用于将低功耗雷达芯片的发射信号向传感器周围空间辐射，并接收传感器周围环境对发射信号的回波信号，以将回波信号传输给低功耗雷达芯片；低功耗雷达芯片用于向雷达收发天线提供发射信号，并对雷达收发天线的回波信号进行处理，以根据多普勒原理通过处理回波信号对传感器周围环境中的移动物体进行检测，根据检测结果获得感应信号，并根据感应信号输出开关控制信号(即雷达感应输出)。

实施中，雷达收发天线可为收发共用的收发天线，也可为收发分离的发射天线和接收天线，天线还可采用微波patch天线形式，简化结构设计。这里不对天线作限定。

通过采用低功耗雷达芯片，雷达传感器可工作在超低功耗状态，比如现有技术中雷达传感器的供电需求基本为毫安级电流，而本公开提供的微波雷达传感器，工作时需要的电流小于100uA，这时若供电电源为3.3V时，对应的功耗不大于0.33mW，使得单火线感应开关中的雷达传感器工作在极度轻载的状态下，即使外加驱动电源、开关模块等电路的功耗，单火线感应开关的整体功耗也可容易地控制在5mW以内，而5mW的功耗反应在220V交流线路上的电流远小于50uA，这样可有效保证了单火线感应开关在各种应用场合中，均不会因需要重火线中获取电能而导致被开关控制的电路处于微弱导通状态，如灯具感应开关应用中，传统感应开关因功耗大，往往在连接灯具产品使用时产生“鬼火”现象，而本公开提供的单火线感应开关，因功耗极低(如220V交流线路中，电流远小于50uA)，并不会在灯具中产生“鬼火”现象。

可选地，低功耗微波雷达传感器还可包括光感检测电路，光感检测电路用于对传感器周围环境的亮度进行感应，以获得亮度对应的感应信号，方便根据亮度对应的感应信号进行传感控制。

比如，亮度的传感控制与移动物体的感应控制可以共同用于控制室内/室外灯具是否点亮。

可选地，如图3所示，光感检测电路可包括光敏二极管U1，这时低功耗雷达芯片可包括第一接口PIN1和第二接口PIN2，第二接口PIN2用于向光敏二极管供电，第一接口PIN1用于接收光敏二极管输出的感应信号。

如图中所示，第二接口PIN2可以通过电阻R1向光敏二极管U1供电，第一接口PIN1输入光敏二极管U1产生的感应信号。实施中，光感检测电路中还可采用电容器C1进行滤波，提高光敏二极管U1的感应信号的稳定性。

可选地，低功耗雷达芯片还可包括用于设置工作参数的第三接口，其中参数可为低功耗微波雷达传感器的工作参数(如感应距离、感应时间等)，也可为单火线感应开关的工作参数(如开关的时长、移动物体感应模式等)。

实施中，第三接口可为数字接口，数字接口为有线、无线，比如蓝牙、I²C等接口，数字接口可为串行、并行等形式，从而通过该数字接口可方便地进行参数配置，如在安装现场对工作频率、工作模式、检测距离范围等参数的配置。

实施中，第三接口还可以为由多个IO接口电平共同构成逻辑电平组合的接口，比如第三接口包括3个IO，通过3个IO可接收外部设置的高电平、低电平，从而可组合出8中电平组合状态。其中，IO接收外部设置的高电平、低电平，可将IO固定连接高电平或低电平。

参考图4，本公开实施例还提供一种低功耗雷达芯片，该雷达芯片可为集成有低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器和电源管理模块的雷达芯片，通过单一雷达芯片可实现对移动物体的低功耗感应。

实施中，射频振荡器产生射频信号，射频信号经过功率放大器放大后由发射天线向外发射，接收天线获取感应信号后，经过低噪声放大器后输入到混频器，与射频震荡器产生的信号混频，由混频器输出至低频滤波放大器，经低频滤波放到后获得传感器周围环境中移动物体的感应信号。

可选地，低功耗雷达芯片还可包括数模转换和/或数字信号处理，以对感应信号做数字处理，提高输出的开关控制信号的质量，保证雷达传感器的工作稳定性。

可选地，低功耗微波雷达传感器还可包括滤波电路，滤波电路用于对雷达芯片的感应信号进行滤波处理，比如对低频滤波放大后的感应信号进一步滤波处理，可提高感应信号质量，提高雷达传感器的工作稳定性。

实施中，滤波电路可根据雷达芯片的滤波需求，可以采用RC无源滤波器，既可以工作在低功耗状态，又能提高良好的滤波性能。其中，RC滤波电路可为π型、T型等网络形式，因而这里不对RC网络作限定。

本公开实施例各实施例中，通过采用超低功耗的雷达芯片构成雷达传感器，其中雷达芯片可以采用成熟CMOS工艺，并充分利用数模混合技术，从而可在单一芯片上同时集成微波收发信机、雷达中频放大电路及信号处理器等，这样雷达传感器相比于传统雷达感应模块，不仅功耗地，电路简单，性能一致性好，性价比高，参数可灵活配置，大大提高了单火线感应开关的可靠性与实用性，在提升用户体验同时，极大降低了终端产品的研发、生产和售后成本，极大地拓宽了开关的应用场景。

例如，可将本公开提供的单火线感应开关应用于以下领域中：灯光遥感、灯联网、移动目标感应、智能家居控制、安防与智能监控、人体存在感应、手势感应控制、运动检测与控制、屏幕唤醒等等。

参考图5，本公开实施例还提供一种基于低功耗微波雷达传感器的单火线感对灯具进行开关控制的一种灯具控制装置。

如图5所示，采用本公开前述任一实施例提供的单火线感应开关，直接替换传统开关(如传统机械开关、传统感应开关等)，将单火线感应开关串接于需要开关控制的灯具火线中，即单火线感应开关的开关输入端与火线L的一端连接，单火线感应开关的开关输出端与灯具的一端连接，而灯具的另一端连接零线N。

这时，单火线电源驱动从火线线路上取电，并把高压交流电转换为低压直流电压给开关模块、低功耗微波雷达传感器供电；低功耗微波雷达传感器在工作中，感应周围环境中是否有人活动，并在感应到有人活动后，向开关模块输出开关控制信号(如高电平)，触发开关模块从微弱导通状态进入到完全导通状态，使灯具正常亮起；而低功耗微波雷达传感器在预设的时间内未感应到有人活动后，再向开关模块输出开关控制信号(如低电平)，触发开关模块从完全导通状态进入到微弱导通状态，使灯具熄灭，且由于单火线感应开关工作在超低功耗状态，这时灯具在熄灭状态时也不会出现“鬼火”现象。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于低功耗微波雷达传感器的单火线感应开关，其特征在于，包括开关输入端、开关输出端、单火线电源驱动、开关模块和低功耗微波雷达传感器；

所述单火线电源驱动通过所述开关输入端与单火线的一端连接，从所述单火线上获取电能，并将获取的电能转换后向所述开关模块和所述低功耗微波雷达传感器供电；

所述开关模块与所述低功耗微波雷达传感器电连接，用于接收所述低功耗微波雷达传感器输出的开关控制信号，根据接收的开关控制信号对所述单火线进行导通或断开动作；

所述低功耗微波雷达传感器用于感应环境中的移动物体，并根据感应结果获得感应信号，以及根据感应信号输出开关控制信号。

2.根据权利要求1所述的单火线感应开关，其特征在于，所述低功耗微波雷达传感器包括低功耗雷达芯片和雷达收发天线；

所述雷达收发天线用于将低功耗雷达芯片的发射信号向所述低功耗微波雷达传感器所处的空间辐射，并接收所述低功耗微波雷达传感器的空间环境对发射信号反射后的回波信号，以将回波信号传输给所述低功耗雷达芯片；

所述低功耗雷达芯片用于向所述雷达收发天线提供发射信号，并对所述雷达收发天线传输的回波信号进行处理，以根据多普勒原理处理回波信号对所述低功耗微波雷达传感器所处环境中的移动物体进行感应，以及根据感应结果获得感应信号，并根据感应信号输出开关控制信号。

3.根据权利要求2所述的单火线感应开关，其特征在于，所述低功耗雷达芯片为集成有低噪声放大器、混频器、射频振荡器、功率放大器和低频滤波放大器和电源管理模块的雷达芯片。

4.根据权利要求3所述的单火线感应开关，其特征在于，所述低功耗雷达芯片还包括参数配置接口，所述参数配置接口用于配置所述低功耗微波雷达传感器的工作参数。

5.根据权利要求4所述的单火线感应开关，其特征在于，所述参数配置接口包括串行接口或并行接口。

6.根据权利要求4所述的单火线感应开关，其特征在于，所述工作参数包括感应距离参数和/或开关延迟时间。

7.根据权利要求3所述的单火线感应开关，其特征在于，所述低功耗雷达芯片还包括数模转换和/或数字信号处理，以对所述感应信号进行数字信号处理后输出所述开关控制信号。

8.根据权利要求3所述的单火线感应开关，其特征在于，所述低功耗微波雷达传感器还包括滤波电路，所述滤波电路用于对所述低频滤波放大器输出的感应信号进行滤波处理。

9.根据权利要求1所述的单火线感应开关，其特征在于，所述低功耗微波雷达传感器还包括光感检测电路，光感检测电路用于对所述低功耗微波雷达传感器所处环境的亮度进行感应，以获得亮度对应的感应信号进行传感控制。

10.一种基于单火线感应开关的灯具控制装置，其特征在于，包括：灯具和如权利要求1至9中任意一项所述的单火线感应开关；

所述单火线感应开关通过所述开关输入端和所述开关输出端串接于所述灯具连接的火线中。

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