CN218570212U - 开关机电路和智能装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种开关机电路和智能装置，其中，所述开关机电路包括按键子电路，用于接收用户的按键指令；延时子电路，用于根据所述按键子电路接收到的按键指令，进行延时触发，所述按键子电路的第一端口电连接至所述延时子电路的第一端口；触发器，所述按键子电路的第二端口和所述延时子电路的第二端口分别电连接至所述触发器的第一端口和第二端口；微控制单元，所述触发器的第三端口和所述微控制单元的第一端口电连接至第一连接端；电源路径管理子电路，所述电源路径管理子电路的第一端口电连接至所述触发器的第四端口；所述电源路径管理子电路的第二端口电连接至所述微控制单元的第二端口。根据一些实施例，解决了MCU程序跑飞之后无法重启的问题。

Description

开关机电路和智能装置

技术领域

本申请涉及智能家居领域，具体而言，涉及一种开关机电路和智能装置。

背景技术

在一些电池供电类产品领域，对待机功耗有一定的要求，以便达到产品要求的使用寿命。为解决上述问题，常规做法是采用硬开机+软关机的方案，即在产品关机状态下，按键按下并维持一段时间，待MCU(Multi-Control-Unit，简称微控制单元)正常上电启动之后使用GPIO模拟按键按下动作，将电压拉高至VCC或者拉低至GND。若此时按键释放，系统能够依旧正常供电；当需要重新回到关机状态时，MCU通过上述GPIO拉低至GND或者拉高至VCC，从而GPIO状态与上述开机状态相反，断开供电路径。

本发明人发现，上述方案存在的问题是，当MCU程序跑飞之后，系统无法正常关机直至电池耗尽。且上述方案对一些外围设备(例如传感器)的支持也不太友好，无法保证外围设备直接唤醒MCU，产品体验较差。

发明内容

本申请提出一种开关机电路和智能装置，以解决上述至少一种问题。

根据本申请的一方面，提出一种开关机电路，包括按键子电路，用于接收用户的按键指令；延时子电路，用于根据所述按键子电路接收到的按键指令，进行延时触发，所述按键子电路的第一端口电连接至所述延时子电路的第一端口；触发器，所述按键子电路的第二端口和所述延时子电路的第二端口分别电连接至所述触发器的第一端口和第二端口，从而根据所述按键子电路的按键指令，接收所述延时子电路的延时触发信号；微控制单元，所述微控制单元的第一端口电连接至所述触发器的第三端口，从而清零所述触发器；电源路径管理子电路，所述电源路径管理子电路的第一端口电连接至所述触发器的第四端口，从而根据所述触发器的输出信号管理电源；所述电源路径管理子电路的第二端口电连接至所述微控制单元的第二端口，从而为所述微控制单元供电或断电。

根据一些实施例，所述开关机电路还包括传感器阵列子电路，其中，所述传感器阵列子电路中的每个传感器的第一端口分别电连接至所述触发器的第四端口；所述传感器阵列子电路中的每个传感器的第二端口分别电连接至所述微控制单元的输入输出端口，从而所述微控制单元根据接收的来自每个传感器的输入信号确定输出所述输入信号的传感器。

根据一些实施例，所述按键子电路的第一端口接地，第二端口电连接至第一电源。

根据一些实施例，所述延时子电路包括第一三极管，其中，所述第一三极管的第一端口分别通过第二电阻、第三电阻和第一电阻电连接至所述第一电源；所述第一三极管的第二端口接地；所述第一三极管的第三端口通过第四电阻电连接至所述第一电源。

根据一些实施例，所述延时子电路还包括第二三极管，其中，所述第二三极管的第一端口通过所述第四电阻连接至所述第一电源；所述第二三极管的第二端口接地；所述第二三极管的第三端口电连接所述第一电源。

根据一些实施例，所述第一电容的放电时长由下式表示：

其中，R1为所述第一电阻的阻值、R6为所述第四电阻的阻值、R8为所述第三电阻的阻值、R12为所述第二电阻的阻值，VCC为所述第一电源的电压值，Vbe为所述第一三极管的第一端口和第二端口之间的电压值。

根据一些实施例，所述传感器阵列子电路中的每个传感器的第一端口通过二极管电连接至所述触发器的第四端口，其中，所述二极管的正极电连接至每个传感器的第一端口，所述二极管的负极电连接至所述触发器的第四端口。

根据一些实施例，所述电源路径管理子电路包括第三三极管和第四三极管，其中，所述第三三极管的第一端口电连接至所述第四三极管的第三端口；所述第三三极管的第二端口电连接至第二电源；所述第三三极管的第三端口电连接至第三电源；所述第四三极管的第一端口电连接至所述电源路径管理子电路的第一端口；所述第四三极管的第二端口接地。

根据一些实施例，所述触发器的第三端口通过第二电容接地。

根据本申请的一方面，提出一种智能装置，包括如前任一所述的开关机电路。

根据本申请的示例实施例，利用按键子电路、延时子电路和触发器，在实现短按开机及长按关机的功能同时，解决了MCU程序跑飞之后无法重启的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出一种开关机电路模块示意图。

图2示出根据本申请示例实施例的一种开关机电路模块示意图。

图3示出根据本申请实施例的一种开关机电路图。

图4示出根据本申请示例实施的一种按键及延时子电路的电路图。

图5示出根据本申请示例实施例的一种D触发器子电路的电路图。

图6示出根据本申请示例实施例的一种电源路径管理子电路的电路图。

图7示出根据本申请示例实施例的一种传感器阵列子电路的电路图。

图8示出根据本申请示例实施例的一种微控制单元的简化电路图。

图9示出根据本申请示例实施例的一种开关机电路信号真值表。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或操作等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

图1示出现有的采用硬开机+软关机的开关机电路模块框图，如前所述，如图1所示的开关机当MCU程序跑飞之后，系统无法正常关机直至电池耗尽。且图1所示的开关机对一些外围设备(例如传感器)的支持也不太友好，无法保证外围设备直接唤醒微控制单元(Multi-Control-Unit，简称MCU)，产品体验较差。

图2示出根据本申请示例实施例的一种开关机电路模块示意图，如图2所示的开关机，利用按键子电路、延时子电路和触发器，可以实现短按开机及长按关机的功能，解决了MCU程序跑飞之后无法重启的问题。同时，该电路对于外围设备(例如传感器阵列子电路)的使用体验良好。外围设备在触发后可以自动唤醒MCU并完成相关预设程序。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图对本申请实施例中的各种非限定实施方式进行示例性说明。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图，对根据本申请的具体实施例进行详细说明。

如图2所示的开关机电路包括按键子电路201、延时子电路209和触发器203，按键子电路201的第一端口电连接至延时子电路209的第一端口，按键子电路201的第二端口和延时子电路209的第二端口分别电连接至触发器203的第一端口和第二端口。

根据本申请的示例实施例，触发器203为D触发器，按键子电路201用于接收用户的按键指令，延时子电路209用于根据按键子电路接收到的按键指令，进行延时触发。

例如，按键子电路201的第二端口和延时子电路209的第二端口分别电连接至D触发器的时钟输入管脚CLK和数据输入管脚D。

根据一些实施例，图2所示的开关机电路还包括微控制单元207，微控制单元207的第一端口电连接至触发器203的第三端口，从而清零触发器203。

例如，微控制单元207电连接至D触发器的RESET输入管脚，从而用于清零D触发器。

根据一些实施例，图2所示的开关机电路还包括传感器阵列子电路211，其中，传感器阵列子电路211中的每个传感器的第一端口分别电连接至触发器203的第四端口，从而预置触发器203；传感器阵列子电路211中的每个传感器的第二端口分别电连接至微控制单元207的输入输出端口，从而微控制单元207根据接收的每个传感器的输入信号确定输出该输入信号的传感器。

例如，传感器阵列子电路211中的每个传感器的第一端口分别电连接至D触发器的SET输入管脚。当传感器阵列子电路211中的传感器触发时，输出低电平。

微控制单元207根据接收的每个传感器的输入信号在完成预设程序后，输出低电平，并根据该低电平信号的来源确定该低电平信号由哪个传感器输出。

根据一些实施例，微控制单元和触发器利用DIO、I2C、SPI或UART协议进行通讯；微控制单元和每个传感器利用DIO、I2C、SPI或UART协议进行通讯。

根据一些实施例，图2所示的开关机电路还包括电源路径管理子电路205，其中，电源路径管理子电路205的第一端口电连接至触发器203的第四端口，从而根据触发器203的输出信号管理电源；电源路径管理子电路205的第二端口电连接至微控制单元207的第二端口，从而为微控制单元供电或断电。

例如，电源路径管理子电路205的第一端口电连接至D触发器的Q端口。当D触发器的Q端口输出低电平时，电源路径管理子电路205关闭电源，微控制单元207断电；当D触发器的Q端口输出高电平时，电源路径管理子电路205开通电源，微控制单元207上电启动。

根据图2所示的实施例，利用按键子电路、延时子电路和触发器，在实现短按开机及长按关机的功能同时，解决了MCU程序跑飞之后无法重启的问题。

图3示出根据本申请实施例的一种开关机电路图，图4示出根据本申请示例实施的一种按键及延时子电路的电路图，图5示出根据本申请示例实施例的一种D触发器子电路的电路图，图6示出根据本申请示例实施例的一种电源路径管理子电路的电路图，图7示出根据本申请示例实施例的一种传感器阵列子电路的电路图。图8示出根据本申请示例实施例的一种微控制单元的简化电路图。

根据一些实施例，按键子电路的第一端口接地，第二端口电连接至第一电源。

例如，如图3和图4所示，按键SW1的管脚1接地，D触发器接收来自按键子电路的管脚2输入的KEY信号。

根据一些实施例，按键子电路的第二端口通过第一电阻电连接至第一电源。

例如，如图4所示，按键子电路的管脚2通过电阻R1电连接至电源VCC。

根据一些实施例，延时子电路包括第一三极管，其中，第一三极管的第一端口分别通过第二电阻、第三电阻和第一电阻电连接至第一电源；第一三极管的第二端口接地；第一三极管的第三端口通过第四电阻电连接至第一电源。第二电阻的一端通过第一电容接地。

根据一些实施例，电容C6的放电时长可由公式(1)计算得到。

其中，R1为第一电阻的阻值、R6为第四电阻的阻值、R8为第三电阻的阻值、R12为第二电阻的阻值，VCC为所述第一电源的电压值，Vbe为第一三极管的第一端口和第二端口之间的电压值。

例如，如图4所示，NPN三极管Q3的集电极(三极管Q3的管脚3)通过电阻R6上拉至VCC，发射极(三极管Q3的管脚2)接地，基级(三极管Q3的管脚1)受电阻R1、R8、R12、R15、电容C6构成的阻容网络控制。

根据一些实施例，延时子电路还包括第二三极管，其中，第二三极管的第一端口通过第四电阻连接至第一电源；第二三极管的第二端口接地；第二三极管的第三端口电连接第一电源。

例如，如图4所示，NPN三极管Q2的集电极(三极管Q2的管脚3)通过电阻R2上拉至VCC，发射极(三极管Q2的管脚2)接地，基级(三极管Q2的管脚1)通过电阻R9、R6上拉至VCC，同时与NPN三极管Q3的集电极(三极管Q3的管脚3)连接。

根据一些实施例，传感器阵列子电路中的每个传感器的第一端口通过二极管电连接至触发器的第四端口，其中，二极管的正极电连接至每个传感器的第一端口，二极管的负极电连接至触发器的第四端口。

例如，如图7所示，传感器阵列子电路中的传感器U3管脚2为中断管脚，连接至二极管D1负极，二极管D1正极连接至触发器的第四端口

根据一些实施例，电源路径管理子电路包括第三三极管和第四三极管，其中，第三三极管的第一端口电连接至第四三极管的第三端口；第三三极管的第二端口电连接至第二电源；第三三极管的第三端口电连接至第三电源；第四三极管的第一端口电连接至电源路径管理子电路的第一端口；第四三极管的第二端口接地。

例如，如图6所示，电源路径管理电路由三级管P-MOSFET Q1、NPN三极管Q4及阻容器件构成。其中，P-MOSFET Q1的源级(管脚2)与VCC连接，漏级(管脚3)与第三电源VCC_SYS连接，栅极(管脚1)与NPN三极管Q4集电极(管脚3)连接；NPN三极管基级(管脚1)通过电阻R14与D触发器Q管脚连接，发射极(管脚2)接地。

根据一些实施例，微控制单元的第一端口电连接和触发器的第三端口，从而清零触发器。同时，触发器的第三端口通过第二电容接地。

例如，如图5所示，D触发器的管脚6(管脚

)为RESET输入管脚，低电平有效，先通过电容C4接地再通过电阻R7上拉至VCC，同时与微控制单元的管脚GPIO1电连接

以上对根据本申请示例实施例的一种开关机电路及其各子模块进行了说明，下面以图3～图8为例，对根据本申请示例实施例的一种开关机电路的各子模块进行详细说明。

如图4所示的按键及延时子电路，按键及延时电路由按键SW1、NPN三极管Q2、Q3及阻容器件。

如图4所示，按键SW1的管脚1接地，管脚2通过电阻R1上拉至VCC。NPN三极管Q3的集电极(三极管Q3的管脚3)通过电阻R6上拉至VCC，发射极(三极管Q3的管脚2)接地，基级(三极管Q3的管脚1)受电阻R1、R8、R12、R15、电容C6构成的阻容网络控制。NPN三极管Q2的集电极(三极管Q2的管脚3)通过电阻R2上拉至VCC，发射极(三极管Q2的管脚2)接地，基级(三极管Q2的管脚1)通过电阻R9、R6上拉至VCC，同时与NPN三极管Q3的集电极(三极管Q3的管脚3)连接。

在按键及延时子电路默认状态下，信号KEY为高电平，三极管Q3导通，三极管Q2关闭，信号KEY_DELAY为高电平。当按键短按时，信号KEY变为低电平，电容C6由于储能作用，三极管Q3保持导通，三极管Q2关闭，信号KEY_DELAY维持为高电平。当按键长按时，信号KEY变为低电平，电容C6经由R8放电，当电容电压低于Vbe时，三极管Q3关闭，三极管Q2导通，信号KEY_DELAY变为低电平。根据一些实施例，由公式(1)计算电容C6的放电时长。

如图5所示的D触发器电路由D触发器U1及阻容器件构成。其中，D触发器的管脚1为时钟输入管脚CLK，通过电阻R3接收按键子电路的KEY信号；管脚2(管脚D)为数据输入管脚，通过电阻R4接收延时子电路的KEY_DELAY信号；管脚5(管脚Q)为数据输出管脚，通过电阻R11将输出信号PWR_CTR发送给电源路径管理子电路；管脚6(管脚

)为RESET输入管脚，低电平有效，先通过电容C4接地再通过电阻R7上拉至VCC，同时与微控制单元的管脚GPIO1电连接；管脚7(管脚

)为SET输入管脚，低电平有效，通过电阻R5上拉至VCC，同时与传感器阵列子电路的每个传感器的输出信号(包括SENSOR1、SENSOR1，…，SENSORN)连接；管脚8VCC为供电引脚，通过电容C5接地。

在D触发器的上电瞬间，由于电容C4的存在，管脚

为高电平，管脚

为低电平，D触发器的管脚Q输出低电平，管脚

为高电平。待电容C4充电完成之后，管脚

为高电平，管脚

为高电平，D触发器的管脚Q输出低电平，管脚

为高电平。Q后续状态由端口CLK、D共同决定，即C4保证了D触发器的默认输出状态。

如图6所示的电源路径管理电路由三级管P-MOSFET Q1、NPN三极管Q4及阻容器件构成。其中，P-MOSFET Q1的源级(管脚2)与VCC连接，漏级(管脚3)与第三电源VCC_SYS连接，栅极(管脚1)与NPN三极管Q4集电极(管脚3)连接；NPN三极管基级(管脚1)通过电阻R14与D触发器Q管脚连接，发射极(管脚2)接地。

如图6所示，当信号PWR_CTR为低电平时，NPN三极管Q4关闭，P-MOSFET Q1关闭，VCC_SYS与VCC断开；当信号PWR_CTR为高电平时，NPN三极管Q4开启，P-MOSFET Q1开启，VCC_SYS与VCC导通。

如图7所示，传感器阵列子电路由传感器U3、U4、二极管D1、D2构成。其中，传感器U3的管脚1为供电管脚，通过电容C7接地；管脚2为中断管脚，连接至二极管D1负极，信号Sensor1默认为高电平，当传感器触发时信号Sensor1输出低电平，与D触发器的SET输入管脚

管脚4为数据输出管脚，与微控制单元的GPIO2直接连接。传感器U4相关电路与U3完全一致，此处不再赘述。

图8示出了微控制单元MCU的简化电路，如图8所示的微控制单元MCU的简化电路各管脚的连接方式，如前所述，此处不再赘述。

图9示出根据本申请示例实施例的一种开关机电路信号真值表，下面结合图3和图9，对根据本申请示例实施例的一种开关机电路工作过程进行详细说明。

如图3和图9所示，在默认状态下，信号KEY、KEY_DELAY、SENSOR、PWR_OFF为高电平，信号PWR_CTR为低电平，电源路径管理子电路关闭，VCC_SYS未上电，微控制单元MCU及后端系统完全断电；当按键短按时，信号KEY先由高变低再由低变高，在由低变高瞬间，由于信号KEY_DELAY维持高电平，信号PWR_CTR变为高电平，电源路径管理子电路开启，VCC_SYS上电，微控制单元MCU及后端系统上电启动；当按键长按时，信号KEY先由高变低再由低变高，经由一定时间后信号KEY_DELAY由高变低，在信号KEY由低变高瞬间，信号PWR_CTR由高电平变为低电平，电源路径管理子电路关闭，VCC_SYS断电，MCU及后端系统断电关机；当传感器被触发时，信号SENSOR变为低电平，D触发器被预置，信号PWR_CTR变为高电平，电源路径管理子电路开启，VCC_SYS上电，微控制单元MCU及后端系统上电启动；当MCU完成预设程序后，例如，检测传感器状态并上报，通过GPIO1将信号PWR_OFF变为低电平，D触发器被清零，信号PWR_CTR变为低电平，电源路径管理电路关闭，VCC_SYS断电，MCU及后端系统断电关机。

如前所述，根据本申请示例实施例的开关机电路，在关机状态下，外围设备(例如传感器)可以直接唤醒微控制单元MCU，微控制单元MCU完成相关预设程序之后，自行切断供电路径，重回关机状态。同时，通过按键可以实现短按开机、长按关机的功能，避免了微控制单元MCU程序跑飞之后无法重启的问题产生。

根据本申请示例实施例，还提出一种智能装置，其中，该智能装置包括如前任一所述的开关机电路。

本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种开关机电路，其特征在于，包括：

按键子电路，用于接收用户的按键指令；

延时子电路，用于根据所述按键子电路接收到的按键指令，进行延时触发，所述按键子电路的第一端口电连接至所述延时子电路的第一端口；

触发器，所述按键子电路的第二端口和所述延时子电路的第二端口分别电连接至所述触发器的第一端口和第二端口，从而根据所述按键子电路的按键指令，接收所述延时子电路的延时触发信号；

微控制单元，所述微控制单元的第一端口电连接所述触发器的第三端口，从而清零所述触发器；

电源路径管理子电路，所述电源路径管理子电路的第一端口电连接至所述触发器的第四端口，从而根据所述触发器的输出信号管理电源；所述电源路径管理子电路的第二端口电连接至所述微控制单元的第二端口，从而为所述微控制单元供电或断电。

2.根据权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，还包括传感器阵列子电路，其中，

所述传感器阵列子电路中的每个传感器的第一端口分别电连接至所述触发器的第四端口；

所述传感器阵列子电路中的每个传感器的第二端口分别电连接至所述微控制单元的输入输出端口，从而所述微控制单元根据接收的来自每个传感器的输入信号确定输出所述输入信号的传感器。

3.根据权利要求2所述的开关机电路，其特征在于，所述按键子电路的第一端口接地，第二端口电连接至第一电源。

4.根据权利要求3所述的开关机电路，其特征在于，所述延时子电路包括第一三极管，其中，

所述第一三极管的第一端口分别通过第二电阻、第三电阻和第一电阻电连接至所述第一电源；

所述第一三极管的第二端口接地；

所述第一三极管的第三端口通过第四电阻电连接至所述第一电源。

5.根据权利要求4所述的开关机电路，其特征在于，所述延时子电路还包括第二三极管，其中，

所述第二三极管的第一端口通过所述第四电阻连接至所述第一电源；

所述第二三极管的第二端口接地；

所述第二三极管的第三端口电连接所述第一电源。

6.根据权利要求2所述的开关机电路，其特征在于，所述传感器阵列子电路中的每个传感器的第一端口通过二极管电连接至所述触发器的第四端口，其中，

所述二极管的正极电连接至每个传感器的第一端口，所述二极管的负极电连接至所述触发器的第四端口。

7.根据权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，所述电源路径管理子电路包括第三三极管和第四三极管，其中，

所述第三三极管的第一端口电连接至所述第四三极管的第三端口；

所述第三三极管的第二端口电连接至第二电源；

所述第三三极管的第三端口电连接至第三电源；

所述第四三极管的第一端口电连接至所述电源路径管理子电路的第一端口；

所述第四三极管的第二端口接地。

8.根据权利要求1所述的开关机电路，其特征在于，所述触发器的第三端口通过第二电容接地。

9.一种智能装置，其特征在于，包括如权利要求1至8任一所述的开关机电路。

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