TWI487303B - Wireless intelligent energy-saving two-wire light control switch device - Google Patents

Description

無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置

本發明係關於一種無線燈控開關裝置，特別是關於一種無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置。

一般安裝在傳統牆壁埋入金屬盒之燈控開關裝置中，最常見接線安裝方式，就是(傳統式)兩線式安裝，也就是一條AC火線、一條負載迴路線安裝，再加上以下市面上常見燈控驅動裝置例如：(1)無感測傳統手動機械開關、(2)紅外線人體移動感測Triac控制開關或(3)無線電遙控Triac控制開關。這三種裝置一旦搭配使用目前市面上最常用AC110v(或220v)省電型螢光燈具組或LED燈具組時，由於這些燈組的組成都具有一個成本高、工作電壓必須穩定及啟動衝擊耐受性較差特性的電源穩壓器裝置(或電子安定器)，再加上節能減碳環保議識抬頭，往往使開關本身暴露出以下操作承載使用時之諸多缺點：

1.無感測傳統手動機械開關：這種開關的使用歷史最悠久，優點是：負載承載能力最高及使用壽命最長，碳排放最低價格成本也最低。但缺點是：

(1)被操作之負載燈具是螢光燈具組或LED燈具組時，會讓電子安定器(穩壓器)之電容性負載，有機會在AC電壓最高峰值被搭接上，因瞬間峰值湧浪電流過高(208)而逐漸受損，參閱第1圖在電壓最高峰值搭接開燈時所量測瞬間峰值電流高達129.3A(207)，它 會導致負載燈具組使用壽命因此而縮短，如一般省電燈泡使用約1年左右就發生損壞，而損壞故障原因九成以上都發生在電子安定器受損所造成。

(2)不具自動感測裝置，故必須以手動控制驅動。

(3)無遙控裝置，不能從遠端做遙控開關燈。

(4)不具備家庭自動化系統、智慧型節電減碳系統與居家保全系統做搭配應用功能。

2.紅外線人體移動感測型Triac控制開關：這種開關優點是具有紅外線人體移動感測裝置，可自動感測開燈。但缺點是：

(1)牆壁開關盒空間所使用TRIAC開關，本身有內阻所產生高溫、高碳排放問題，若散熱面積不足則不適合較高額負載燈具長時間使用，參閱第2圖若TRIAC開燈負載在100W以上時，它的散熱片高溫可能達100℃以上(212)。

(2)具紅外線人體移動感測開關燈功能，但沒法做負載安全偵測狀態回報。

(3)無遙控裝置，不能從遠端做遙控開關燈。

(4)不能在家庭自動化系統、智慧型節電減碳系統與居家保全系統做搭配應用。

3.無線電遙控Triac控制開關：

(1)牆壁開關盒空間所使用Triac開關，本身有內阻所產生高溫、高碳排放問題，若散熱面積不足不適合較高額負載燈具長時間 使用。

(2)具無線接收遙控開關燈功能，但沒有負載安全偵測狀態回報機制。

(3)不具備智慧型節電減碳系統與居家保全系統搭配應用功能。

根據以上三種市面上常見兩線式燈控開關相關缺點因素分析，一組好的燈控開關設計，除了基本開關燈商品功能外，若不能完整兼顧到對燈具負載長期安全保護監測與碳排放監控；對控制開關本身若不能做到具備節電、降低碳排放監控功能，就不能在現今世界講求節能減碳環境保護行動上做出正面的貢獻。

本案發明人有鑑於這些缺點，期望能對節能減碳環境保護應用貢獻一己之力，乃亟思加以改良創新，並經長期苦心孤詣潛心實驗研究後，終於成功研發完成本件無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置。

本發明之目的即在於研發完成一種牆壁開關盒兩線式安裝可以取代傳統手控一至三組式之燈控開關，除具有無線遙控、人體移動紅外線感測驅動以及手觸控驅動之基本開關燈功能外，還兼具對燈具負載長期安全保護監測與碳排放監控，以及本發明產品本身做到超省電、低碳排放，保護驅動燈具負載及使用壽命上較其他產品更具優越性能外，更可以配合節能減碳政策，搭配智慧型節電網監控系統，做為家用節能減碳系統應用之無線Sensor，也可應用於居家保全系統，做為闖入者偵測防竊盜通報等多用途燈控開關產品。為達到上述目的，本發明採用如下技術方案： 一種數位家庭自動化系統(Home Automation System)所使用之智慧型無線電週邊燈控裝置，以傳統兩線方式安裝於單聯牆壁開關埋入盒取代傳統手控一至三組式燈控開關，本發明內部設計有智慧節能儲電式電源供應器、超省電無線電送收模組、省電型手觸控面板感測模組、具零交越電流偵測功能的負載電流偵測模組、具負載狀態偵測功能的零交越電壓偵測器、可見光照度感測器、省電型紅外線感測模組、省電型彈力式燈控繼電器開關模組與兼具溫度感測器功能之單晶片微控制器單元等九個主要硬體電路，並透過四種模式軔體程式進行運作，分別為：

(一)智慧省電燈控模式

無線電送收模組接收遠端遙控器、無線主機之指令對所承載燈具組做遙控開關燈控制，也可在近端以手觸控方式替代傳統機械按壓方式做燈具組開關燈控制。

(二)燈控兼環境監測模式

在開關燈動作後，可以啟動負載電流偵測進行及時過載保護，並定時掌控燈具負載與運作環境之狀況，將負載電流偵測與環境溫度偵測數據值，搭配人體移動紅外線感測狀態值與室內可見光照度感測值，由無線模組發射經無線網路控制主機通報至後台監控中心(例如智慧型節電網IEN或無線偵測器網路WSN)，做為家用節電減碳系統應用之重要偵測器(Sensors)通報工具。

(三)自動化燈控模式

自動化開關燈運作可運用於公共空間之燈控，當紅外線感測模 組偵測到人體移動接近時，便開啟可見光照度感測器進行環境照度取樣偵測，若偵測到環境照度數據低於開燈條件標準值時(光線昏暗)，便進行自動開燈動作。使用者可以手觸控方式關燈，或開啟一段時間計時紅外線感測模組未偵測到人體移動接近，時間到自動進行關燈動作，以節約用電。

(四)闖入者偵測防盜模式

與居家保全系統結合運作，當保全設定開啟時，一直開啟紅外線感測運作，一旦偵測到闖入者移動接近，除了啟動開燈告警外，還透過無線電送收模組發射將闖入者闖入訊息經無線主機回傳給居家保全監控中心，將闖入告警訊息通報給居家使用者。

綜合上述，本發明歸納如下：一種無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其包含：一電源供應器，係透過該電源供應器之電路結構區透過兩線式接電將交流電(AC)轉換成穩定直流電源(DC)輸出，該電路結構區更包含一關燈儲電迴路以及一開燈儲電迴路；一微控制器單元，藉由類比/數位轉換器與該電源供應器相耦接；一無線電送收模組，包含一無線電送收器晶片、一天線匹配迴路與一內建隱藏式天線所組成；一觸控面板感測模組，一觸控偵測晶片以及至少三個以上之感測金屬片(Touch Pad)；一零交越電壓偵測器，係包含於該關燈儲電迴路中，並藉由DI接腳與該微控制器單元相耦接，係藉由與電壓雙倍整流器串聯之光耦合器所構成；一負載電流偵測模組，係包含於該開燈儲電迴路中，藉由類比/數位轉換器與該微控制器單元相耦接，係由AC電流磁 場霍爾(HALL)轉換的感測晶片、後級運算放大器以及給電開關迴路所組成，於開燈時，將AC負載電流量轉換為類比電壓信號傳送至單晶片微控制器之類比/數位轉換器，藉由微控制器單元做取樣與負載電流數據判讀，在關燈動作時，係以該零交越電流偵測器進行偵測，配合準確精算延遲時間啟動彈力式繼電器反吸關燈磁圈給電，做到接點在正確零交越電流點釋放，以避開瞬間峰值電弧放電(Arc Spark)；一光照度感測器，係由可見光電轉換之光電晶體與給電開關迴路所組成，並藉由類比/數位轉換器與該微控制器相耦接，該光電晶體之輸出經電阻將電流轉為電壓，輸入該微控制器單元之類比/數位轉換器，由微控制器單元軔體程式進行可見光照度偵測，轉換光電晶體輸出的類比電流值與環境可見光照度成反比，光照度越強偵測到光電晶體輸出電流轉換成電壓值也就愈低；一紅外線感測模組，係由外罩之一組光學透鏡之被動式紅外線感測晶片(Passive Infrared sensor,PIR)與給電開關迴路所組成，該紅外線感測模組藉由DI接腳與該微控制器單元相耦接，藉由該微控制器單元控制該紅外線感測模組之該給電開關迴路來啟動該被動式紅外線感測晶片，以進行人體移動感應監測；以及一繼電器開關模組，係以DO接腳與該微控制器單元相耦接，且該繼電器開關模組係由彈力式繼電器(Latching Relay)與磁圈驅動電晶體迴路所組成，該微控制器單元控制該繼電器開關模組之給電，以進行開、關燈之運作。

在本發明中，其中該電源供應器之該關燈儲電迴路以兩線式接電經過燈具負載取得穩定DC工作電源；以及其中開燈儲電迴路，開燈後透過CT變壓器取出穩定DC工作電源。

在本發明中，其中該微控制器單元係為超低功耗嵌入式(Embeded)16位 元RISC架構單晶片微電腦。

在本發明中，其中該微控制器單元更包含一環境溫度感測器，該環境溫度感測器偵測到微控制器單元周邊環境溫度數據，以低耗電睡眠狀態與操作狀態進行運作，睡眠狀態平均耗電低於3uA，操作狀態平均耗電低於400uA。

在本發明中，其中該無線電送收模組於持續開啟之接收時間範圍在20~40毫秒之間時，即以時間同步機制收到遠端所發送之無線電封包。

在本發明中，其中判定該零交越電壓偵測器負載燈具是否屬於開燈狀態係以零交越電壓偵測器配合準確精算延遲時間啟動彈力式繼電器之正吸開燈磁圈給電，做到接點在正確AC零交越電壓點搭接給電開燈，以避開峰值湧浪電流(Peak Inrush)。

在本發明中，其中該給電開關迴路係由金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)所構成之開關迴路。

在本發明中，其中該磁圈驅動電晶體迴路之數量係為2個，分別是用以開燈之正吸開燈磁圈驅動電晶體迴路與關燈之反吸關燈磁圈驅動電晶體迴路。

在本發明中，其中七個主要軔體程式流程進行運作，而本發明之運作軔體主程式可以分模式變更運作與模式運轉啟動兩流程，運作程序如下：(一)模式變更運作；以及(二)模式運轉啟動。

在本發明中，其中七個軔體主要程式流程中，本發明之四種模式運轉啟動副程式，其中初始設定模式一、智慧省電燈控副程式，運作程序如下：(一)學習記憶各燈控彈力繼電器動作延遲時間：以軔體程式運用零交越電壓 偵測器、負載電流偵測模組與彈力式燈控繼電器開關模組，進行多次開、關燈動作過程，藉以量測出該組燈控彈力繼電器在磁圈啟動給電起至接點搭接或釋放止的動作延遲時間；(二)開啟無線電送收模組省電運作：無線電送收模組接收機開啟以超省電時間同步機制開啟接收機，讓接收機收到遠端遙控器或無線主機傳送開、關燈命令封包，以DR腳產生DI插斷喚醒單晶片微控制器進行開、關燈動作；(三)超省電時間同步開啟接收機：在完全關燈時，單晶片微控制器內部計時器程式以每100毫秒運轉週期做一次無線電送收模組控制，每五週期做一次循環，而每運轉週期又分割成5個時槽(Time Slot)每時槽時間20毫秒，軔體程式在每一週期以不同時槽時間內開啟接收機20毫秒，此時接收機耗能降至一直開啟時的1/5；(四)開啟手觸控面板感測模組給電運作進行開關燈；(五)開燈動作：以零交越電壓偵測器進行AC電壓零交越時間點偵測，啟動計時器進行一段計時延遲後啟動彈力式繼電器開燈磁圈給電運作，經繼電器動作延遲時間後，讓繼電器接點在下一週期的AC電壓零交越時間點搭接燈具負載給電開燈；(六)關燈動作：以零交越電流偵測器進行偵測AC電流零交越時間點，啟動計時器進行一段計時延遲後啟動彈力式繼電器關燈磁圈給電運作，經繼電器動作延遲時間後，讓繼電器接點在下一週期的AC電流零交越時間點釋放，讓燈具負載斷電關燈；(七)開燈即時電流監測過載保護：當開燈動作完成立即進行負載狀態/電流數據偵測，負載電流偵測器給電運作，先延遲1秒讓燈具負載啟動穩定後開啟偵測操作，透過單晶片微控制器內建之A/D轉換器取樣判讀負載電流值，並判斷是否過載？若是，發現燈具負載有短路或過載超過上限值，則可立刻進行關燈斷電動作，做到及時用電安全保護動作；(八)無線電 發射機狀態數據通報；以及(九)睡眠狀態超省電時鐘計時運作：軔體程式啟動時鐘計時器運作，回到睡眠狀態運轉，等待下一次開關燈插斷運作，在一段週期時間後再啟動負載電流安全偵測，以隨時維持監控燈控開關的正常運轉狀況。

在本發明中，其中七個軔體程式流程中，本發明之四種模式運轉啟動副程式，其中模式二、燈控兼環境監測副程式，運作程序如下：(一)平時運轉完全依照模式一智慧省電燈控程序運作外，新增加加紅外線偵測器給電偵測，偵測到人體移動接近，會以DI插斷程式喚醒睡眠狀態中的單晶片微控制器，將人體移動接近狀態值暫時儲存；(二)進行可見光照度感測器給電偵測，計算出平均環境照度值暫時記錄儲存；(三)開啟溫度感測器進行環境溫度偵測，計算出平均環境溫度值暫時記錄儲存；(四)負載電流偵測器給電1.05秒運作偵測，偵測值同樣記錄暫存；(五)透過發射機將以上所偵測人體移動接近狀態值、平均環境照度值、平均環境溫度值與負載電流數據值傳送給遠端主機轉送後臺節電網系統監控中心，做為節能減碳監控應用之重要參考使用數據；以及(六)啟動時鐘計時器運作，定時喚醒單晶片微控制器再一次重複11之(二)~(五)項程序，進行相同的環境偵測與無線電發射通報。

在本發明中，其中七個軔體程式流程中，本發明之四種模式運轉啟動副程式，其中模式三、自動化燈控副程式，運作程序如下：(一)開啟無線電送收模組省電運作與模式一副程式第(2)項相同；(二)開啟手觸控面板感測模組給電運作與模式一副程式第(3)項相同；(三)開啟紅外線感測模組給電進行人體移動接近偵測運作；(四)開啟可見光照度感測器給電運作進行環境可 見光照度取樣偵測；(五)比較環境照度偵測值是否低於開燈標準條件值？若是，光線較昏；(六)暗時，則啟動操作開燈動作；(七)開燈動作：運作程序與模式一副程式第(4)項相同；(八)開燈即時負載電流監測過載保護：運作程序與模式一副程式第(6)項相同；(九)無線電發射機狀態數據通報：運作程序與模式一副程式第(7)項相同；(十)時鐘計時自動關燈運作；以及(十一)手觸控關燈動作：在開燈狀態下，除了以上第(十)項定時計時關燈運作外，也可以手觸控面板偵測DI插斷，由手觸控方式進行啟動操作關燈動作。關燈動作程序與模式一副程式第(5)項相同。

在本發明中，其中七個軔體程式流程中，本發明之四種模式運轉啟動副程式，其中模式四、闖入者偵測防盜副程式，運作程序如下：(一)開啟無線電送收模組省電運作與模式一副程式第(2)項相同；(二)開啟手觸控面板感測模組給電運作與模式一副程式第(3)項相同；(三)開啟紅外線感測模組給電運作進行人體移動接近偵測運作；(四)有人闖入啟動開燈告警：進行開燈動作以示告警，運作程序與模式一副程式第(4)項開燈動作相同；(五)開燈即時負載電流監測過載保護：運作程序與模式一副程式第(6)項相同；(六)無線電發射機有人闖入狀態通報；(七)時鐘計時自動關燈取消告警運作；以及(八)手觸控關閉保全告警動作。

在本發明中，其中七個軔體程式流程中，本發明之第七個流程無線遙控模式轉換副程式，當在任一模式X(1~4)副程式運轉過程中，都會開啟無線電送收模組省電運作，這時可以透過無線電接收機同步機制接收遠端遙控器或無線主機傳送來控制封包，除了接收開、關燈控命令外，還可以透過通信協定接收將操作模式變更為Y。

本發明之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置與其他廠牌燈控裝置相互比較時，更具備下列優點：

1.兩線式安裝低耗能關燈取電： 智慧節能儲電式電源供應器在關燈情況下，以兩線式接電經燈具負載取AC電，轉換成穩定DC電源輸出，總耗電量低於1.3毫安培(mA)，尤其在三組燈控關燈取電操作情況下，每組燈具關燈耗電量低於0.5毫安培(mA)，因關燈取電耗能低，特別是螢光燈具組或LED燈具組負載是不易被啟動點亮而出現閃燈現象。

2.零交越電壓點搭接開燈與零交越電流點釋放關燈，使繼電器接點與負載燈具避開高峰值衝擊不受損，使用壽命變長久。

3.省電型彈力式燈控繼電器(Latching Relay)開關，驅動磁圈不用長時間給電，平時不耗電、不發熱無碳排放問題。

4.開燈時負載電流及時監測，1.05秒內完成負載電流安全量測，若有過載及時關燈，具安全保護功能。

5.無線電遙控、人體移動紅外線感測驅動以及手觸控感測驅動開關燈，操控型式多樣化。

6.人體移動紅外線感測、室內光照度感測、負載電流偵測與環境溫度偵測，並透過無線模組通報機制，搭配智慧型節電網監控系統或無線偵測器網路(WSN)系統，可做為節電減碳系統之無線式環境偵測器(Wireless Sensors)使用。

7.人體移動紅外線感測與無線模組通報機制，搭配家用無線保全 網路系統，可做為闖入者偵測防竊盜通報使用。

為達成本發明目的之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，係為一種應用於數位家庭自動化系統中之無線電週邊燈控裝置，且配合節能應用在裝置設計上具備以下諸項特殊節能運作、安全操控之工作電路與軔體操作方法，其運作之電路原理及功能運作理論基礎詳述如下： 請參閱第9圖，係為本發明之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置結構方塊圖，且請參閱第10圖至第13圖與附件，係為本發明之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置之電路。如圖所示，其構成主要單元有(1)智慧節能儲電式電源供應器、(2)超省電無線電送收模組、(3)省電型手觸控面板感測模組、(4)具負載狀態偵測功能的零交越電壓偵測器、(5)具零交越電流偵測功能的負載電流偵測模組、(6)可見光照度感測器、(7)省電型紅外線感測模組、(8)省電型彈力式燈控繼電器開關模組及(9)兼具溫度感測器功能之單晶片微控制器單元等九個主要部分。

1.智慧節能儲電式電源供應器：為本發明各功能模組使用電能之供電中心，以兩線式接電經過燈具負載取得AC市電後，經本電路轉換成穩定DC電源輸出，電路結構區分為關燈儲電、開燈儲電兩部分：

(1)關燈儲電：在關燈情況下以兩線式接電經過燈具負載取得AC市電後(請參閱第3圖)，由彈力式燈控繼電器之平常開啟(Normal Open，以下簡稱NO)接點(220)引入關燈儲電(224)迴路，由第6圖為關燈儲電原理說明，此迴路經限流電阻(1)(參閱第6圖)將輸入取得AC市電電壓降低至15V左右，再經電壓雙倍壓整流迴路(2)取得DC 30V左右電壓饋入智慧省電型交換式電源供應器之間歇脈衝調變信號產生器(3)、脈衝變壓器(5)與MOSFET Switching開關(4)，這是單一組燈控開關在關燈取電時，交換式電源供應器的最低工作電壓。

詳細電路圖請參閱第10圖(1)(51)(52)它是燈控開關第1,2組兩組所組合之關燈儲電迴路，若是兩組燈控開關同時關燈取電則電壓雙倍壓整流迴路(52)取得兩倍(DC 30V x2)DC60V交換式電源供應器工作電壓，最高三組燈控開關全部關燈取電可取得三倍DC90V，饋入智慧省電型交換式電源供應器，第三組燈燈控開關之關燈取電迴路係可參閱第11圖(1)(63)。

這時交換式電源供應器之間歇脈衝調變信號產生器(請參閱第6圖)(3)開始以間歇性振盪運作輸出脈衝信號，脈衝信號頻率65~100KHz Duty Cycle 50%，脈衝時間長度10~12毫秒(ms)後停止，間隔一段時間後再運作輸出，在單一組燈控關燈取電時(DC 30V饋入)以每秒有14次脈衝信號由MOSFET Switching開關(4)運作輸出；兩組燈控關燈取電時(DC 60V饋入)以每秒12次脈衝信號運作輸出；三組燈控關燈取電時(DC 90V饋入)則降至每秒10次脈衝信號運作輸出，配合不同燈控開關組彈性變更脈衝信號次數的目的，在於降低AC輸入端總工作電流限 制低於1.3mA，尤其在三組燈控關燈取電操作情況下，每組燈具關燈取電電流約總量的1/3(<0.5mA)，這樣限制條件運作下，負載燈具是不易被啟動點亮而出現閃燈現象。間歇脈衝調變信號產生器送出的脈衝電能信號經絕緣式脈衝變壓器耦合至次級圈低壓側，經整流二級體、濾波電容器(6)與5.1V稽納二級體送出5V左右DC穩定低壓給超級電容器(7)充電儲能，提供最大充電電流量約6~8mA左右充電電流(提供40mW電能)，超級電容器充飽電壓為5.1V，充飽時由並聯稽納二級體、3.3V穩壓器(9)輸出給各功能模組做取電分流使用。

關燈儲電交換式電源供應器詳細電路圖請參閱第11圖(59)為間歇脈衝調變信號產生器間歇性振盪產生脈衝信號，經MOSFET Switching開關(4)運作輸出驅動Switching Power變壓器(5)，由次級圈低壓側，經二級體整流、電容器(6)濾波後送出5V左右DC穩定低壓給超級電容器(7)充電儲能，超級電容器的DC+5V電壓再輸入給穩壓器(60)產生VCC+3.3V電源電壓，提供給各功能模組工作使用。

(2)開燈儲電：透過繼電器接點搭接讓燈具負載給電點亮開燈，這時原本關燈儲電迴路斷開，改由開燈儲電迴路進行儲能供電(參閱第3圖)，由彈力式燈控繼電器NO接點引入開燈儲電(225)迴路，由第7圖說明開燈儲電原理，開燈後的負載電流經由繼電器接點、負載電流偵測器(12)與CT變壓器(14)所串聯之迴路，其中 CT變壓器就是開燈儲電的重要元件，透過60Hz交流感應與1比500以上初、次級圈匝數比特性，取出低壓AC電經橋式整流器輸出由開燈儲電迴路點(8)，並接饋送給相同低壓後端濾波電容器(6)，同樣送出限制5V左右DC穩定低壓給超級電容器(7)充電儲能使用，充電電流量應燈控組數與負載輕重不同而有所改變，約6~24mA左右，開燈儲電最高可提供120mW電能。相同地，超級電容器充飽電壓為5.1V，充飽時由並聯稽納二級體、3.3V穩壓器(9)輸出給各功能模組做取電分流使用。

開燈儲電迴路詳細電路圖請參閱第10圖(58)為開燈取電CT變壓器，次級側取出低壓AC電經橋式整流器輸出至開燈儲電迴路點第十一圖(8)箭頭位置，並接饋送給低壓後端濾波電容器(6)與超級電容器(7)充電儲能，充飽電壓5.1V經3.3V穩壓器(60)產生VCC+3.3V電源電壓，提供給各功能模組工作使用。

2.超省電運作無線電送收模組：參閱第9圖硬體結構方塊圖(44)(45)與附件中之詳細電路圖(65)(66)，它是由無線電送收器晶片、天線匹配迴路與內建隱藏式天線所組成，以串列埠通信(Serial Port Interface，以下簡稱SPI)介面與單晶片微控制器單元雙向通信介接，由單晶片微控制器軔體程式做無線電封包送收控制使用，模組耗電量在平時睡眠狀態約1uA，一個無線電封包發送時間約10毫秒耗電約40mA，接收機開啟時耗電約15mA，但只要開啟接收時間20~40毫秒，就可以時間同步機制收到遠端發送之無線電封包。本發明之無線電接收機在平時都要維持在 開啟狀態，目的就是要讓遠端遙控器或無線主機可以用無線電遙控方式進行開關燈或其它功能模式設定使用。

3.省電型手觸控面板感測模組：參閱第9圖硬體結構方塊圖(48)，它是由一塊印刷電路面板內建感測金屬片(Touch Pad)搭配觸控偵測晶片所組成，省電模式操作時平均耗電低於50uA，以一個金屬片控制一組燈控開關，最多可提供三組，在燈組全部關閉時，一直給電運作也不會過度消耗省電型交換式電源供應器所提供之電能，參閱第13圖(71)(73)與MOSFET給電開關迴路(72)所組成，觸控晶片的輸出同樣以一對一型式介接單晶片微控制器之數位輸入(Digital Input，以下簡稱DI)腳，以邏輯準位改變脈衝信號喚醒單晶片微控制器由軔體插斷程式以獲取手觸控啟動開關燈功能或功能設定運作之訊息。

4.具負載狀態偵測功能的零交越電壓偵測器：參閱第9圖硬體結構方塊圖(37)，它是在智慧節能儲電式電源供應器關燈儲電迴路中(參閱第10圖)，與電壓雙倍整流器(52)串聯之光耦合器(53)所構成。在關燈時，當市電AC交流電壓跨越零點時，光耦合器(53)之光電晶體因跨越零不導通特性而輸出為正邏輯準位脈衝波(High Pulse)，由單晶片微控制器DI腳脈衝上緣(Pulse Leading Edge)插斷喚醒機制，以獲取零交越電壓參考時間點，做為軔體控制AC零交越電壓點搭接開燈運作的重要參考依據。開燈後，關燈儲電迴路斷開光耦合器無電流輸入，光電晶體輸出一直維持在正邏輯高準位(High)，也藉此可以判定負載燈具在開燈狀態。 開燈動作：參閱第4圖以零交越電壓偵測器(229)進行偵測，配合準確精算延遲時間啟動彈力式繼電器之正吸開燈磁圈給電(228)，做到接點在正確AC零交越電壓點搭接給電開燈，如第4圖箭頭所指示波器波形量測圖。使用零交越電壓點搭接的目的是避開市電AC110v(或220v)搭接峰值湧浪(Peak Inrush)電流，讓繼電器接點及負載燈具不會因此而造成壽命減損，第4圖在零交越電壓點搭接開燈所量測到瞬間的峰值電流為16.6A(230)，較之前第1圖電壓峰值搭接湧浪電流129.3A降低非常多。

5.具零交越電流偵測功能的負載電流偵測模組：參閱第9圖硬體結構方塊圖(7)或第7圖(12)，它是在智慧節能儲電式電源供應器開燈儲電迴路中(參閱第10圖)，與CT變壓器(58)串聯之一種以絕緣式AC電流磁場霍爾(HALL)轉換的感測晶片(56)、後級運算放大器，並搭配MOSFET給電開關迴路(55)所組成，前端串接短路磁片可將開燈時AC負載電流量轉換為AC類比電壓信號經OPA放大後傳送至單晶片微控制器之A/D轉換器，AC類比信號電壓大小與前端所量測AC負載電流量成正比，由單晶片微控制器軔體程式做定時性給電運作，給電操作偵測時間約50毫秒，操作電流約10毫安培(mA)，透過內建之A/D轉換器以每秒250KSampls/s取樣速率進行8000次以上取樣判讀，經運算轉換取得負載電流數據，數據內容含括有零交越電流參考時間點之訊息，可做為軔體控制AC零交越電流點接點釋放關燈運作的重要參考依 據。

關燈動作：參閱第5圖以零交越電流偵測器(231)進行偵測，配合準確精算延遲時間啟動彈力式繼電器反吸關燈磁圈給電(228)，做到接點在正確零交越電流點釋放(第5圖箭頭示波器量測波形)，使用零交越電流點釋放的目的是避開瞬間峰值電弧放電(Arc Spark)，繼電器接點及負載燈具不會因此而壽命減損。

6.可見光照度感測器：參閱第9圖硬體結構方塊圖(46)，它是由一顆可見光電轉換之光電晶體第12圖(69)與MOSFET給電開關迴路(70)所組成，光電晶體的輸出電流經電阻轉電壓介接單晶片微控制器之A/D轉換輸入，由單晶片微控制器軔體程式控制給電進行可見光照度偵測，轉換光電晶體輸出的類比電流值與環境可見光照度成反比，光照度越強偵測到光電晶體輸出電流轉換成電壓值也就愈低，本模組給電操作時平均耗電低於60uA。

7.省電型紅外線感測模組： 參閱第9圖硬體結構方塊圖(47)，它是由一顆外罩一組光學透鏡之紅外線PIR感測晶片第十三圖(67)與MOSFET給電開關迴路(68)所組成，感測晶片的輸出則介接單晶片微控制器之DI腳，由單晶片微控制器軔體程式配合各偵測模式需要使用時，控制給電進行人體移動感應監測，以邏輯準位改變脈衝上緣觸發DI腳，喚醒單晶片微控制器由軔體插斷程式以獲取人體移動接近感測訊息，本模組運作時平均耗電低於50uA。

8.省電型彈力式燈控繼電器開關模組：參閱第9圖硬體結構方塊圖(49)由彈力式繼電器(Latching Relay)與磁圈驅動電晶體迴路所組成，最多可提供3組燈控繼電器開關(單聯盒3組控)，開關NO接點外接負載燈具迴路線(33)，而繼電器開關之公共(Common，以下簡稱CM)接點由內部迴路經串聯保險絲、負載電流偵測模組與CT變壓器後再外接AC110v火線迴路(35)。

參閱第10圖(57)為第一、二組彈力式燈控繼電器開關與磁圈驅動電晶體迴路詳細電路，每一彈力式繼電器均搭配兩個磁圈(正吸開燈磁圈與反吸關燈磁圈)驅動電晶體迴路，另第三組燈控繼電器迴路參閱第11圖(61)，三組燈控均各自獨立介接單晶片微控制器之數位輸出(Digital Output，以下簡稱DO)腳，由DO腳邏輯準位脈衝(high pulse)驅動磁圈瞬間給電進行開、關燈運作。本發明之所以使用彈力式繼電器的優點除體積小外，驅動磁圈不用長時間給電，平時不耗電、不發熱無碳排放，只有在開、關燈時瞬間給電運作，磁圈操作電流約100mA操作時間30毫秒，繼電器開關接點最高負荷可達110V x 5A(550w)。

9.兼具溫度感測器功能之單晶片微控制器單元：為超低功耗嵌入式(Embeded)16位元RISC架構單晶片微電腦，本發明所有感測介接、無線電收發與燈控運作之軔體運作中樞，參閱第9圖硬體結構方塊圖(41)與附件中之詳細電路圖(64)，以DI接腳與零交越電壓偵測迴路(37)、紅外線感測模組(47)、手觸控面板感測模組(48)進行邏輯信號輸入介接，以內建類比/數位轉換器(42)多通 道選擇類比信號輸入與負載電流偵測模組(7)、可見光照度感測器(46)及智慧節能儲電式電源供應器(36)之給電輸出電壓進行監測介接，另以SPI介面與無線電送收模組(44)進行雙向通信介接，以DO接腳與三組燈控繼電器驅動迴路(50)進行邏輯信號輸出介接，此外透過內建A/D轉換器一組專用通道，可以內建一只環境溫度感測器(43)，偵測到微控制器單元周邊環境溫度數據，以低耗電睡眠狀態與操作狀態進行運作，睡眠狀態(Sleep State)平均耗電低於3uA，操作狀態平均耗電低於400uA。

為達成前述本發明內容之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其運作之基礎在於能執行前述各項功能運作之硬體電路外，還必須搭配具各種實施方式運作之精準軔體程式。本發明之運作軔體主程式分模式變更運作與模式運轉啟動兩流程，運轉啟動則選取各不同功能性硬體組合而區分出智慧省電燈控模式、燈控兼環境監測模式、自動化燈控模式、闖入者偵測防盜模式四種副程式與無線遙控模式轉換副程式，總共計七個流程進行運作程序說明。

第14圖為本發明系統軔體主程式整體運作流程圖，第15圖至第18圖為四種運作模式軔體副程式流程圖，以及第19圖無線電遙控進行模式轉換副程式流程圖。

本發明主程式從電源開始給電單晶片微控制器Reset開啟(80)(參閱第14圖)，先進行運作模式檢查，由指定運作模式Flash記憶體位址之內容決定後續要執行運作的模式，初始使用設定的是模式一智慧省電燈控，接著進行觸控面板模組給電運作及計時器定時設定(81)，設定一段短時間時限 內是否有手觸控運作(83)產生插斷(112)進來，若有表示必須進入模式變更(85)運作程式進行變更運作，在計時時限內若沒有手觸控運作，則計時截止(Time OUT)產生插斷(84)，單晶片微控制器由之前所檢查之設定模式，開始該模式x運轉啟動(86)進入該模式x副程式繼續正式運作，初始啟動使用設定是模式一智慧省電燈控模式。

1.模式變更運作(85)

開啟無線電送收模組省電運作與觸控面板模組給電運作(87)，並再一次計時器定時設定(88)後進入省電睡眠狀態，等待一段短時間時限內是否有手觸控功能鍵運作(83)產生插斷(112)進來，由觸控面板三個觸控鍵決定選用運轉模式，觸控鍵(1)→燈控兼環境監測模式、觸控鍵(2)→自動化燈控模式、觸控鍵(3)→闖入者偵測防盜模式，若要選擇初始設定智慧省電燈控模式，則可以選擇不按觸控鍵等待計時截止後主動進入智慧省電燈控模式進行設定。任一模式選擇完成後會進入模式選擇設定程序(92)，將設定值寫入指定運作模式Flash記憶體位址內，完成模式變更後運作軔體主程式主動會重新復置啟動(Reset)。

2.模式運轉啟動

軔體主程式重新復置啟動(Reset)又回到先前進行運作模式檢查，由指定運作模式Flash記憶體位址之前所儲存之內容決定後續要執行運作的模式，再一次進行觸控面板模組給電運作及計時器定時設定(81)，等待計時器計時截止(Time OUT)產生插斷(84)，開始進入該選擇模式正式運轉，這時主程式會開啟無線電送收模組發 射機發送模式運轉通報訊息給遠端無線主機(94)，正式進入該模式運轉啟動副程式(86)。

3.模式一副程式智慧省電燈控

當本發明系統軔體主程式選擇到初始(Default)模式一，就開始啟動運作智慧省電燈控副程式(100)(參閱第15圖)，運作程序如下：

(1)學習記憶各燈控彈力繼電器動作延遲時間(101)

針對各組燈控繼電器開關以軔體程式運用零交越電壓偵測器、負載電流偵測模組與彈力式燈控繼電器開關模組，進行多次開、關燈動作過程，藉以量測出該組燈控彈力繼電器在磁圈啟動給電起至接點搭接或釋放止的動作延遲時間，此延遲時間值會儲存在Flash記憶體指定位址內，做為往後零交越開、關燈正式運作時延遲時間計算使用之重要參考數據。

(2)開啟無線電送收模組省電運作

無線電送收模組接收機開啟(102)以超省電時間同步機制開啟接收機，讓遠端遙控器或無線主機可以用無線電遙控方式開關燈，無線接收機收到開、關燈命令封包(105)會產生插斷(112)喚醒單晶片微控制器進行開、關燈動作。

在所有燈組全部關閉時本發明之智慧節能儲電式電源供應器是以關燈儲電方式進行運轉，省電型交換式電源供應器最大供電能力只有6~8mA，而無線電送收模組之高靈敏度接收機運作時耗電為15mA，若一直開啟接收機會出現節能儲電式電源 供應器入不敷出狀況(輸出耗能>輸入電能)，會過度消耗超級電容器所提供之少量充電電能。因此本發明在燈組全部關閉時，採用時間同步機制(參閱第8圖)，讓單晶片微控制器內部計時器將時間程式以每100毫秒運轉週期做一次無線電送收模組控制，每五週期做一次循環(16)~(20)，也就是每100毫秒運轉週期分割成5個時槽(Time Slot)，每時槽時間20毫秒，軔體程式在每一週期以不同1個時槽時間內開啟接收機(21)，例如週期1之時槽1(75)、週期2之時槽2(76)、週期3之時槽3(77)、週期4之時槽4(78)與、週期5之時槽5(79)只有在這個時槽的20毫秒時間開啟接收機，此時接收機耗能降至一直開啟時的1/5，因此平均耗電降至3mA，節能儲電式電源供應器入不敷出狀況就不會出現(輸出耗能<輸入電能)。

相對的，配合接收機開啟時間的縮減，遠端遙控器或無線主機亦按此模式每周期只在同1個時槽時間內發射控制封包，例如第8圖發送端(23)5周期時間都固定於時槽3(77)發送控制封包，因此5周期時間內本發明之無線電送收模組接收機會在第三週期時槽3(77)，就同步收到發送端傳來控制封包命令進行開關燈運作。

有一組燈控開關開燈後，智慧節能儲電式電源供應器之CT變壓器會加入充電(開燈充電)，此時智慧節能儲電式電源供應器最大供電能力增加至10~12mA，軔體程式就會彈性調整開啟接收機時槽時間為60毫秒(3xTs)，也就是在每一週期以最少 重復的3個時槽開啟接收機，平均耗電雖增加至9mA(3x3mA)，但仍維持輸出耗能<輸入電能穩定用電狀況。

當出現兩組(含)以上燈控開關開燈後，智慧節能儲電式電源供應器最大供電能力又增加至18mA以上，為消耗多餘充電電力，軔體程式彈性調整在全部時槽時間一直開啟接收機，讓供耗電狀況儘量達到入出平衡。

(3)開啟手觸控面板感測模組給電運作(102)

近距離以手動方式進行開關燈(替代傳統機械按壓式開關)，由於本模組省電模式操作平均耗電約50uA，在燈組全部關閉時，不會過度消耗省電型交換式電源供應器所提供之少量充電電能，因此可以一直給電開啟，只要手觸控面板偵測到使用者觸摸到面板感測金屬片含蓋區域(104)就會觸發插斷程式(112)，喚醒單晶片微控制器進行開、關燈動作。

(4)開燈動作

當單晶片微控制器在睡眠狀態(103)透過無線接收機或手觸控面板偵測收到開燈命令被插斷喚醒，進行啟動操作_開燈動作(106)，以零交越電壓偵測器進行AC電壓零交越時間點偵測，啟動計時器進行一段計時延遲後啟動彈力式繼電器開燈磁圈給電運作，經繼電器動作延遲時間後，讓繼電器接點在下一週期的AC電壓零交越時間點搭接燈具負載給電開燈。彈力式繼電器磁圈運作耗電約100mA，運作時間只有30毫秒(ms)，參閱第20圖(139)(140)(141)紅色耗電區域，雖然短瞬間大量消耗 智慧節能儲電式電源供應器超級電容器所儲存之電能，但在啟動開燈後0.5秒時間內，就可以將此短暫消耗電能補充回來。

(5)關燈動作

當單晶片微控制器在睡眠狀態(103)透過無線接收機或手觸控面板偵測收到關燈命令被插斷喚醒，軔體程式進行啟動操作_關燈動作(107)，以零交越電流偵測器進行偵測AC電流零交越時間點，啟動計時器進行一段計時延遲後啟動彈力式繼電器關燈磁圈給電運作，經繼電器動作延遲時間後，讓繼電器接點在下一週期的AC電流零交越時間點釋放，讓燈具負載斷電關燈。如同開燈動作，彈力式繼電器磁圈運作耗電約100mA，運作時間只有30毫秒(ms)，雖然短瞬間大量消耗超級電容器所儲存之電能，但在全關燈情況下，仍可以在1秒時間內，將此短暫消耗電能補充回來。

(6)開燈即時電流監測過載保護

當開燈動作完成軔體程式立即進行負載狀態/電流數據偵測(108)，負載電流偵測器給電運作，運作時耗電10毫安培(mA)，先延遲1秒燈具負載啟動穩定後開啟偵測操作，透過單晶片微控制器內建之A/D轉換器以每秒250KSampls/s取樣速率進行8000次以上取樣，判讀時間約50毫秒後斷電停止運作以節省耗電，取樣數據經運算轉換取得負載電流值並判斷是否過載？(109)，若是(95)，發現燈具負載有短路或過載超過上限值則可立刻進行關燈斷電動作(107)，做到用電安全保護動作。

即時電流監測平均耗電10毫安培(mA)，運作時間只有1.05秒(s)，參閱第20圖(142)(143)(144)紅色耗電區域，雖然短瞬間大量消耗智慧節能儲電式電源供應器超級電容器所儲存之電能，但在啟動開燈後1.5秒時間內，就可以將此短暫消耗電能補充回來。

(7)無線電發射機狀態數據通報

經判斷是否過載？(109)為否(96)時，表示通過負載電流安全偵測，軔體程式會啟動無線電送收模組給電，透過發射機將燈控開關狀態與負載電流數據傳送給遠端主機轉送後臺監控中心(110)，做為數位家庭系統燈組狀態監控參考。發射機發送無線電封包時間約10毫秒耗電約40mA，參閱第20圖(148)(149)(150)紅色耗電區域，不會過量消耗智慧節能儲電式電源供應器超級電容器所儲存之電能。

(8)睡眠狀態超省電時鐘計時運作

完成燈控開關狀態與負載電流數據無線通報後，為節省耗能軔體程式會啟動時鐘計時器運作(111)後，讓單晶片微控制器回到睡眠模式運轉(103)，等待下一次開關燈插斷運作，啟動時鐘計時目的，在一段週期時間後由計時器啟動時間插斷，喚醒單晶片微控制器再啟動負載電流安全偵測，以隨時維持監控燈控開關的正常運轉狀況。單晶片微控制器在計時器運轉睡眠狀態下的平均耗電低於10微安培(uA)，而本發明裝置睡眠狀態下總量平均耗電約3mA(微控制器睡眠狀態+無線電接收機/觸控模 組省電運作耗電)，請參閱第20圖(136)(138)說明。

(9)供耗電性能觀察

由第20圖同時可以看到本發明在智慧省電燈控模式平常之所以可以穩定運轉，因為在任何時間點供耗電的表現狀況都處於供電大於耗電，在時間軸(24)以上綠色區塊代表智慧型儲電式電源供應器在各種關、開燈狀態時之平均供電狀況，說明如下：

A.全部關燈時

關燈儲電(137)運作期間的供應電流6mA(135)，而此同時(138)，時間軸(24)以下紅色區塊之本發明裝置睡眠狀態下總量平均耗電約-3mA(136)，供電大於耗電。

B.開一組燈時

開燈儲電(145)運作期間(146)的供應電流12mA(147)，而此同時，時間軸(24)以下紅色區塊之本發明裝置睡眠狀態(148)下總量平均耗電約-9mA(136)，供電大於耗電。

C.開兩組燈時

開燈儲電(145)運作期間(151)的供應電流18mA(152)，而此同時，時間軸(24)以下紅色區塊之本發明裝置睡眠狀態(153)下總量平均耗電約-15mA(154)，供電大於耗電。

D.開三組燈時

開燈儲電(145)運作期間(156)的供應電流為最高24mA(157)，而此同時，時間軸(24)以下紅色區塊之本發明 裝置睡眠狀態(153)下總量平均耗電維持約-15mA(154)，供電大於耗電。在供電大於耗電情況下，多餘供電電流則由智慧型儲電式電源供應器之稽納二極體做彈性調節而消耗掉，以達到供、耗平衡。

4.模式二副程式燈控兼環境監測

當本發明系統軔體主程式選擇到模式二，就開始啟動運作燈控兼環境監測副程式(113)(參閱第16圖)，運作程序如下：

(1)平時運轉完全依照模式一智慧省電燈控程序運作外(102)，新增加紅外線偵測器給電偵測(114)，由於偵測器平均耗電很低約25微安培(uA)不會耗損省電型交換式電源供應器所提供之少量充電電能，因此在燈控兼環境監測模式下，會一直開啟紅外線感測模組給電，隨時進行人體移動偵測(119)，一旦偵測到人體移動接近，會以DI插斷程式(112)喚醒睡眠狀態中的單晶片微控制器(103)，將人體移動接近狀態值暫時儲存。

(2)進行可見光照度感測器給電偵測(115)，由單晶片微控制器內建之A/D轉換器以每秒250KSampls/s取樣速率進行低於100毫秒短時間(<100ms)環境照度取樣偵測，計算出平均環境照度值暫時記錄儲存後關閉照度感測器給電。光照度感測器平均耗電低於0.5毫安培(mA)。

(3)開啟溫度感測器進行環境溫度偵測(116)，透過單晶片微控制器內建一只環境溫度感測器與內建A/D轉換器，同樣以每秒 250KSampls/s取樣速率進行低於100毫秒短時間(<100ms)環境溫度取樣偵測，計算出平均環境溫度值暫時記錄儲存。溫度感測器平均耗電低於0.3毫安培(mA)。

(4)負載電流監測器給電1.05秒運作偵測(108)，依照模式一智慧省電燈控相同程式，對燈具負載電流以每秒250KSampls/s取樣速率進行8000次以上取樣偵測，偵測值同樣暫時記錄儲存。

(5)透過發射機將以上所偵測人體移動接近狀態值、平均環境照度值、平均環境溫度值與負載電流數據值傳送給遠端主機轉送後臺節電網系統監控中心(110)，做為節能減碳監控應用之重要參考使用數據。

(6)以上除了以紅外線人體移動感測觸發進行環境偵測程序與無線電發射通報外，也可以啟動時鐘計時器運作(111)，讓單晶片微控制器由睡眠狀態等待固定時間週期到達時，由計時器啟動時間插斷(112)，喚醒單晶片微控制器再一次重複(2)~(5)項程序，進行相同的環境偵測與無線電發射通報。

5.模式三副程式自動化燈控

相較於模式一智慧省電燈控是以手觸控或無線遙控開關燈運作方式不同，模式三自動化燈控則著重於自動化開關燈運作可運用於公共空間之燈控開關，除了手觸控面板偵測模組給電運作外，另外也一直開啟紅外線感測模組給電(119)，隨時進行人體移動偵測，一旦偵測到人體移動接近，會以DI插斷程式(112)喚醒睡眠狀態中的單晶片微控制器進行開燈動作。

開始啟動運作自動化燈控副程式(117)(參閱第17圖)，運作程序如下：

(1)開啟無線電送收模組省電運作與模式一副程式第(2)項相同。

(2)開啟手觸控面板感測模組給電運作與模式一副程式第(3)項相同。

(3)開啟紅外線感測模組給電運作(114)

隨時進行人體移動偵測(119)，一旦偵測到人體移動接近，會以DI插斷程式(112)喚醒睡眠狀態中的單晶片微控制器(103)。

(4)開啟可見光照度感測器給電運作(120)

由單晶片微控制器內建之A/D轉換器以每秒250KSampls/s取樣速率進行短時間(<100ms)環境可見光照度取樣偵測，計算出平均環境照度值。

(5)比較環境照度偵測值是否低於開燈標準條件值(121)？若是(95)，光線較昏暗時，則啟動操作_開燈動作。

(6)開燈動作(106)，運作程序與模式一副程式第(4)項相同。

(7)開燈即時負載電流監測過載保護

開燈動作完成軔體程式立即進行負載電流偵測器給電運作，會進行負載狀態/電流數據偵測(108)，運作程序與模式一副程式第(6)項相同，並判斷是否過載？(109)若是(95)有過載狀況，則由啟動操作_關燈動作(107)，立即進行關燈保護動作(107)。

(8)無線電發射機狀態數據通報(110)

若否(96)無過載，則軔體程式會啟動無線電送收模組給電，透 過發射機將燈控開關狀態與負載電流數據傳送給遠端主機轉送後臺監控中心，做為數位家庭系統燈組狀態監控參考。

(9)時鐘計時自動關燈運作

啟動時鐘計時器進行一段定時計時運作(111)，讓單晶片微控制器回到睡眠模式運轉(103)，當一段定時計時到達前，若紅外線感測模組有偵測到人體移動接近狀態，則燈控開關維持原狀態不做任何動作，若計時器計時截止產生插斷(112)，因沒有偵測到人體移動接近信號，就自動啟動操作_關燈動作(107)，關閉燈具負載給電以節省耗電。

(10)手觸控關燈動作

在開燈狀態下，除了以上第(9)項定時計時關燈運作外，也可以手觸控面板偵測DI插斷(119)，由手觸控方式進行啟動操作關燈動作(107)。關燈動作程序與模式一副程式第(5)項相同。

6.模式四副程式闖入者偵測防盜

與居家保全系統結合運作，經由模式變更運作開啟保全設定後，開始啟動運作闖入者偵測防盜副程式(122)(參閱第18圖)，運作程序如下：

(1)開啟無線電送收模組省電運作與模式一副程式第(2)項相同。

(2)開啟手觸控面板感測模組給電運作(102)與模式一副程式第(3)項相同。

(3)開啟紅外線感測模組給電運作(114)

隨時進行人體移動偵測，一旦偵測到人體移動接近(119)，會以 DI插斷程式(112)喚醒睡眠狀態中的單晶片微控制器(103)，進行查證確認是否為紅外線感測到有人闖入(123)？若是(95)，進行以下告警動作程序。

(4)有人闖入啟動開燈告警

進行開燈動作以示告警(124)，運作程序與模式一副程式第(4)項開燈動作相同。

(5)開燈即時負載電流監測過載保護

正常開燈後即時啟動負載電流偵測器給電偵測進行平常燈具負載安全偵測程序(108)，並確認是否過載(109)？運作程序與模式一副程式第(6)項相同。

(6)無線電發射機有人闖入狀態通報(126)

透過無線電收發模組將有人闖入狀態訊息封包發射傳送至遠端防盜監控主機，由監控主機啟動相關告警設備或轉送居家保全系統後台監控中心，將闖入告警訊息通報給居家使用者。

(7)時鐘計時自動關燈取消告警運作

啟動時鐘計時器進行一段時間計時運作(111)，讓單晶片微控制器回到睡眠模式運轉(103)，當一段時間計時到達前，若紅外線感測模組仍偵測到人體移動闖入狀態，則燈控開關維持原告警狀態不做變動動作，若計時器計時截止產生插斷(112)，經查證確認是否為紅外線感測到有人闖入(123)？若無(96)，就自動啟動操作_關燈動作(107)取消告警運作。

(8)手觸控關閉保全告警動作

在闖入開燈告警狀態下，除了以上第(7)項定時計時機制關燈取消告警運作外，也可以手觸控面板偵測DI插斷(119)，由手觸控方式進行啟動操作_關燈動作(107)關閉保全告警運作。

7.無線遙控模式轉換

參閱第19圖當在任一模式X副程式運轉過程中，都會有開啟無線電送收模組省電運作，這時可以透過無線電接收機以同步機制接收遠端遙控器或無線主機傳送來控制封包，除了接收開、關燈控命令外，還可以透過通信協定接收操作模式變更為Y轉換命令。運作程序如下：

(1)當無線電接收機收到模式轉換為Y命令封包(105)，無線電送收模組會透過接收機DR腳產生插斷(112)，喚醒睡眠狀態下的單晶片微控制器(103)。

(2)模式X執行副程式會依據封包命令內容，進入模式Y記憶設定程序(131)，將指定運作模式Flash記憶體位址內原記憶模式X值刪除，改為設定值Y再覆寫入指定運作模式Flash記憶體位址內。

(3)完成模式變更後模式X執行副程式會開啟無線電送收模組發射機發送回應封包(132)，將轉換模式設定完成訊息回送給遠端遙控器或無線主機。

(4)重開啟復置(Reset)功能(93)，讓模式X執行副程式回到主程式重新運作(參閱第14圖)，由主程式再進入運作模式檢查及計時器設定計時(81)，經計時時間截止後(84)正式切換至模式Y副程 式啟動運轉。

以上該僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍；如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。

1‧‧‧限流電阻

2‧‧‧電壓雙倍整流迴路

3‧‧‧間歇脈衝調變信號產生器

4‧‧‧MOSFET Switching開關

5‧‧‧Switching Power脈衝變壓器

6‧‧‧濾波電容

7‧‧‧超級電容

8‧‧‧開燈儲電迴路輸入

9‧‧‧3.3V穩壓器

10‧‧‧+5V

11‧‧‧+3.3V

12‧‧‧負載電流偵測模組

13‧‧‧至單晶片微控制器

14‧‧‧CT變壓器

15‧‧‧接收端

16‧‧‧週期1

17‧‧‧週期2

18‧‧‧週期3

19‧‧‧週期4

20‧‧‧週期5

21‧‧‧RX

22‧‧‧TX

23‧‧‧發射端

24‧‧‧時間t

25‧‧‧接收機開啟期間

26‧‧‧發射機發送期間

27‧‧‧0s

28‧‧‧0.2s

29‧‧‧0.4s

30‧‧‧0.6s

31‧‧‧0.8s

32‧‧‧1.0s

33‧‧‧繼電器no接點輸出端

34‧‧‧繼電器nc接點輸出端

35‧‧‧AC 110v火線端

36‧‧‧智慧節能儲電式電源供應器

37‧‧‧零交越電壓偵測迴路

38‧‧‧關燈儲電智慧省電型交換式電源供應器

39‧‧‧超級電容器&3.3V穩壓器

40‧‧‧開燈儲電CT變壓器

41‧‧‧16位元單晶片微控制器單元

42‧‧‧類比/數位轉換器

43‧‧‧環境溫度偵測器

44‧‧‧無線電送收模組

45‧‧‧內建隱藏式無線電收發天線

46‧‧‧可見光照度感測器

47‧‧‧紅外線感測模組

48‧‧‧手觸控面板感測模組

49‧‧‧彈力式燈控繼電器開關模組(1~3組)

50‧‧‧繼電器驅動迴路

51‧‧‧關燈儲電迴路

52‧‧‧電壓雙倍整流迴路(第1,2組)

53‧‧‧零交越電壓偵測迴路(第1組)

54‧‧‧零交越電壓偵測迴路(第2組)

55‧‧‧負載電流偵測器給電開關

56‧‧‧負載電流偵測器迴路

57‧‧‧彈力式燈控繼電器開關迴路(第1,2組)

58‧‧‧開燈儲電CT變壓器

59‧‧‧智慧省電型交換式電源供應器之間歇脈衝調變信號產生器

60‧‧‧3.3v穩壓器

61‧‧‧彈力式燈控繼電器開關迴路(第3組)

62‧‧‧零交越電壓偵測迴路(第3組)

63‧‧‧電壓雙倍整流迴路(第3組)

64‧‧‧兼具溫度感測器功能之單晶片微控制器

65‧‧‧無線電送收模組

66‧‧‧內建隱藏式無線電收發天線

67‧‧‧紅外線感測模組

68‧‧‧紅外線感測模組給電開關

69‧‧‧可見光照度感測器

70‧‧‧可見光照度感測器給電開關

71‧‧‧手觸控面板感測模組

72‧‧‧手觸控面板感測模組給電開關

73‧‧‧感測金屬片Touch Pads

74‧‧‧第3個週期在Ts3時槽收到發射封包

75‧‧‧TS1

76‧‧‧TS2

77‧‧‧TS3

78‧‧‧TS4

79‧‧‧TS5

80‧‧‧電源開啟RESET

81‧‧‧模式檢查/觸控面板模組給電運作及計時器定時設定

82‧‧‧睡眠狀態等待插斷？

83‧‧‧手動觸控面板功能鍵偵測DI

84‧‧‧計時截止進入模式運轉

85‧‧‧模式變更

86‧‧‧模式x運轉啟動

87‧‧‧無線電送收模組省電運作/觸控面板模組給電運作

88‧‧‧計時器定時設定

89‧‧‧睡眠狀態等待插斷？

90‧‧‧手動觸控面板功能鍵偵測DI

91‧‧‧無線電接收機DR(Data Ready)

92‧‧‧模式選擇設定

93‧‧‧重開啟RESET

94‧‧‧無線電發射機模式運轉通報

95‧‧‧是

96‧‧‧否

100‧‧‧模式1啟動

101‧‧‧學習模式_彈力式繼電器動作時間量測

102‧‧‧無線電送收模組省電運作觸控面板模組給電運作

103‧‧‧睡眠狀態等待插斷？

104‧‧‧手動觸控面板燈控鍵偵測DI

105‧‧‧無線電接收機DR

106‧‧‧啟動操作_開燈動作

107‧‧‧啟動操作_關燈動作

108‧‧‧負載狀態/電流數據偵測

109‧‧‧是否過載？

110‧‧‧無線電發射機狀態/數據通報

111‧‧‧計時器定時設定

112‧‧‧插斷

113‧‧‧模式2啟動

114‧‧‧紅外線感測器給電運作

115‧‧‧光照度感測器給電偵測

116‧‧‧溫度感測器偵測

117‧‧‧模式3啟動

119‧‧‧紅外線感測器/手觸控偵測DI

120‧‧‧光照度感測器給電偵測

121‧‧‧照度是否低於標準？

122‧‧‧模式4啟動

123‧‧‧是否有闖入者？

124‧‧‧啟動操作_開燈動作/開啟告警

125‧‧‧啟動操作_關燈動作/關閉告警

126‧‧‧無線電發射機闖入狀態通報

130‧‧‧模式x啟動

131‧‧‧模式Y記憶設定

132‧‧‧無線電發射機模式Y設定完成通報

200‧‧‧AC110V

201‧‧‧無熔絲開關

202‧‧‧火線

203‧‧‧N極線

204‧‧‧燈具負載

205‧‧‧牆壁埋入兩條迴路線

206‧‧‧牆壁盒傳統手動機械式燈控開關

207‧‧‧手控開燈，開關接點在AC電壓最高峰值搭接時，由電流勾錶 量測峰值湧浪電流達129.3A

208‧‧‧峰值湧浪電流波形

209‧‧‧負載電流波形

210‧‧‧負載電壓波形

211‧‧‧牆壁盒TRIAC燈控開關

212‧‧‧散熱片高溫達100℃以上

213‧‧‧TRIAC散熱片(Heat Sink)

214‧‧‧TRIAC A1極

215‧‧‧TRIAC A2極

216‧‧‧TRIAC Gate極

217‧‧‧TRIAC開燈負載在100W以上時TRIAC有內阻高溫熱排放問題

218‧‧‧牆壁開關盒

219‧‧‧本發明智慧節能型兩線式燈控開關裝置使用電源

220‧‧‧NO接點

221‧‧‧CM接點

222‧‧‧NC接點

223‧‧‧繼電器開關

224‧‧‧關燈儲電

225‧‧‧開燈儲電

226‧‧‧智慧省電型電源供應器

227‧‧‧DC5V

228‧‧‧繼電器驅動迴路

229‧‧‧零交越電壓偵測迴路

230‧‧‧開燈控制-繼電器零交越電壓點搭接避開Peak Inrush電流衝擊搭接時湧浪電流只有16.6A

231‧‧‧負載電流偵測模組

232‧‧‧關燈控制-繼電器零電流點接點釋放，避開瞬間峰值電弧放電衝擊

第1圖 為傳統手動機械式燈控開關在AC電壓最高峰值搭接時瞬間峰值湧浪電流超過100A之量測說明圖；第2圖 為TRIAC燈控開關在開燈負載在100W以上時TRIAC有內阻高溫熱排放問題示意圖；第3圖 為本發明智慧節能型兩線式燈控開關裝置使用電源迴路示意圖；第4圖 為本發明零交越電壓點搭接開燈動作量測示意圖；第5圖 為本發明零交越電流點釋放關燈動作量測示意圖；第6圖 為本發明智慧節能儲電式電源供應器關燈儲電運作原理說明示意圖；第7圖 為本發明智慧節能儲電式電源供應器開燈儲電運作原理說明示意圖；第8圖 為關燈時省電運作同步時間分割無線接收機開啟原理說明示意圖；第9圖 為本發明硬體電路方塊圖；第10圖 為本發明詳細硬體電路圖(1/5)；第11圖 為本發明詳細硬體電路圖(2/5)； 附件之附圖 為本發明詳細硬體電路圖(3/5)。

第12圖 為本發明詳細硬體電路圖(4/5)；第13圖 為本發明詳細硬體電路圖(5/5)；第14圖 為本發明軔體主程式模式變更運作、模式運轉啟動流程圖；第15圖 為本發明模式一.智慧省電燈控軔體副程式流程圖；第16圖 為本發明模式二.燈控兼環境監測軔體副程式流程圖；第17圖 為本發明模式三.自動化燈控軔體副程式流程圖；第18圖 為本發明模式四.闖入者偵測防盜軔體副程式流程圖；第19圖 為本發明無線電遙控進行模式轉換軔體副程式流程圖；第20圖 為本發明裝置供、耗電運作時間示意圖；

7‧‧‧超級電容

33‧‧‧繼電器no接點輸出端

34‧‧‧繼電器nc接點輸出端

35‧‧‧AC 110v火線端

36‧‧‧智慧節能儲電式電源供應器

37‧‧‧零交越電壓偵測迴路

38‧‧‧關燈儲電智慧省電型交換式電源供應器

39‧‧‧超級電容器&3.3V穩壓器

40‧‧‧開燈儲電CT變壓器

41‧‧‧16位元單晶片微控制器單元

42‧‧‧類比/數位轉換器

43‧‧‧環境溫度偵測器

44‧‧‧無線電送收模組

45‧‧‧內建隱藏式無線電收發天線

46‧‧‧可見光照度感測器

47‧‧‧紅外線感測模組

48‧‧‧手觸控面板感測模組

49‧‧‧彈力式燈控繼電器開關模組(1~3組)

50‧‧‧繼電器驅動迴路

Claims (10)

1. 一種無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其包含：一電源供應器，係透過該電源供應器之電路結構區透過兩線式接電將交流電(AC)經過燈具負載轉換成穩定直流電源(DC)輸出，該電路結構區更包含一關燈儲電迴路以及一開燈儲電迴路，該開燈儲電迴路，開燈後透過CT變壓器取出穩定DC工作電源；一微控制器單元，藉由類比/數位轉換器與該電源供應器相耦接；一無線電送收模組，包含一無線電送收器晶片、一天線匹配迴路與一內建隱藏式天線所組成；一觸控面板感測模組，一觸控偵測晶片以及至少三個以上之感測金屬片(Touch Pad)；一零交越電壓偵測器，係包含於該關燈儲電迴路中，並藉由DI接腳與該微控制器單元相耦接，係藉由與電壓雙倍整流器串聯之光耦合器所構成；一負載電流偵測模組，係包含於該開燈儲電迴路中，藉由類比/數位轉換器與該微控制器單元相耦接，係由AC電流磁場霍爾(HALL)轉換的感測晶片、後級運算放大器以及給電開關迴路所組成，於開燈時，將AC負載電流量轉換為類比電壓信號傳送至單晶片微控制器之類比/數位轉換器，藉由微控制器單元做取樣與負載電流數據判讀，在關燈動作時，係以該零交越 電流偵測器進行偵測，配合準確精算延遲時間啟動彈力式繼電器反吸關燈磁圈給電，做到接點在正確零交越電流點釋放，以避開瞬間峰值電弧放電(Arc Spark)；一光照度感測器，係由可見光電轉換之光電晶體與給電開關迴路所組成，並藉由類比/數位轉換器與該微控制器相耦接，該光電晶體之輸出經電阻將電流轉為電壓，輸入該微控制器單元之類比/數位轉換器，由微控制器單元軔體程式進行可見光照度偵測，轉換光電晶體輸出的類比電流值與環境可見光照度成反比，光照度越強偵測到光電晶體輸出電流轉換成電壓值也就愈低；一紅外線感測模組，係由外罩之一組光學透鏡之被動式紅外線感測晶片(Passive Infrared sensor,PIR)與給電開關迴路所組成，該紅外線感測模組藉由DI接腳與該微控制器單元相耦接，藉由該微控制器單元控制該紅外線感測模組之該給電開關迴路來啟動該被動式紅外線感測晶片，以進行人體移動感應監測；以及一繼電器開關模組，係以DO接腳與該微控制器單元相耦接，且該繼電器開關模組係由彈力式繼電器(Latching Relay)與磁圈驅動電晶體迴路所組成，該微控制器單元控制該繼電器開關模組之給電，以進行開、關燈之運作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其中該微控制器單元更包含一環境溫度感測器，該環境溫度感 測器偵測到微控制器單元周邊環境溫度數據，以低耗電睡眠狀態與操作狀態進行運作，睡眠狀態平均耗電低於3uA，操作狀態平均耗電低於400uA。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其中判定該零交越電壓偵測器負載燈具是否屬於開燈狀態係以零交越電壓偵測器配合準確精算延遲時間啟動彈力式繼電器之正吸開燈磁圈給電，做到接點在正確AC零交越電壓點搭接給電開燈，以避開峰值湧浪電流(Peak Inrush)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其中該磁圈驅動電晶體迴路之數量係為2個，分別是用以開燈之正吸開燈磁圈驅動電晶體迴路與關燈之反吸關燈磁圈驅動電晶體迴路。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其中七個主要軔體程式流程進行運作，而本發明之運作軔體主程式可以分模式變更運作與模式運轉啟動兩流程，運作程序如下：(一)模式變更運作；以及(二)模式運轉啟動。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其中七個軔體主要程式流程中，本發明之四種模式運轉啟動副程式，其中初始設定模式一、智慧省電燈控副程式，運作程序如下：(一)學習記憶各燈控彈力繼電器動作延遲時間：以軔體程式運用零交越電壓偵測器、負載電流偵測模組與彈 力式燈控繼電器開關模組，進行多次開、關燈動作過程，藉以量測出該組燈控彈力繼電器在磁圈啟動給電起至接點搭接或釋放止的動作延遲時間；(二)開啟無線電送收模組省電運作：無線電送收模組接收機開啟以超省電時間同步機制開啟接收機，讓接收機收到遠端遙控器或無線主機傳送開、關燈命令封包，以DR腳產生DI插斷喚醒單晶片微控制器進行開、關燈動作；(三)超省電時間同步開啟接收機：在完全關燈時，單晶片微控制器內部計時器程式以每100毫秒運轉週期做一次無線電送收模組控制，每五週期做一次循環，而每運轉週期又分割成5個時槽(Time Slot)每時槽時間20毫秒，軔體程式在每一週期以不同時槽時間內開啟接收機20毫秒，此時接收機耗能降至一直開啟時的1/5；(四)開啟手觸控面板感測模組給電運作進行開關燈；(五)開燈動作：以零交越電壓偵測器進行AC電壓零交越時間點偵測，啟動計時器進行一段計時延遲後啟動彈力式繼電器開燈磁圈給電運作，經繼電器動作延遲時間後，讓繼電器接點在下一週期的AC電壓零交越時間點搭接燈具負載給電開燈；(六)關燈動作：以零交越電流偵測器進行偵測AC電流零交越時間點，啟動計 時器進行一段計時延遲後啟動彈力式繼電器關燈磁圈給電運作，經繼電器動作延遲時間後，讓繼電器接點在下一週期的AC電流零交越時間點釋放，讓燈具負載斷電關燈；(七)開燈即時電流監測過載保護：當開燈動作完成立即進行負載狀態/電流數據偵測，負載電流偵測器給電運作，先延遲1秒讓燈具負載啟動穩定後開啟偵測操作，透過單晶片微控制器內建之A/D轉換器取樣判讀負載電流值，並判斷是否過載？若是，發現燈具負載有短路或過載超過上限值，則可立刻進行關燈斷電動作，做到及時用電安全保護動作；(八)無線電發射機狀態數據通報；以及(九)睡眠狀態超省電時鐘計時運作：軔體程式啟動時鐘計時器運作，回到睡眠狀態運轉，等待下一次開關燈插斷運作，在一段週期時間後再啟動負載電流安全偵測，以隨時維持監控燈控開關的正常運轉狀況。
7. 如申請專利範圍第1項所述之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其中七個軔體程式流程中，本發明之四種模式運轉啟動副程式，其中模式二、燈控兼環境監測副程式，運作程序如下：(一)平時運轉完全依照模式一智慧省電燈控程序運作外，新增加加紅外線偵測器給電偵測，偵測到人體移動接近，會以DI插斷程式喚醒睡眠狀態中的單晶片微控制器，將人體移動接近狀態值暫時儲存； (二)進行可見光照度感測器給電偵測，計算出平均環境照度值暫時記錄儲存；(三)開啟溫度感測器進行環境溫度偵測，計算出平均環境溫度值暫時記錄儲存；(四)負載電流偵測器給電1.05秒運作偵測，偵測值同樣記錄暫存；(五)透過發射機將以上所偵測人體移動接近狀態值、平均環境照度值、平均環境溫度值與負載電流數據值傳送給遠端主機轉送後臺節電網系統監控中心，做為節能減碳監控應用之重要參考使用數據；以及(六)啟動時鐘計時器運作，定時喚醒單晶片微控制器再一次重複11之(二)~(五)項程序，進行相同的環境偵測與無線電發射通報。
8. 如申請專利範圍第1項所述之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其中七個軔體程式流程中，本發明之四種模式運轉啟動副程式，其中模式三、自動化燈控副程式，運作程序如下：(一)開啟無線電送收模組省電運作與模式一副程式第(2)項相同；(二)開啟手觸控面板感測模組給電運作與模式一副程式第(3)項相同；(三)開啟紅外線感測模組給電進行人體移動接近偵測運作；(四)開啟可見光照度感測器給電運作進行環境可見光照度取樣偵測；(五)比較環境照度偵測值是否低於開燈標準條件值？若是，光線 較昏；(六)暗時，則啟動操作開燈動作；(七)開燈動作：運作程序與模式一副程式第(4)項相同；(八)開燈即時負載電流監測過載保護：運作程序與模式一副程式第(6)項相同；(九)無線電發射機狀態數據通報：運作程序與模式一副程式第(7)項相同；(十)時鐘計時自動關燈運作；以及(十一)手觸控關燈動作：在開燈狀態下，除了以上第(十)項定時計時關燈運作外，也可以手觸控面板偵測DI插斷，由手觸控方式進行啟動操作關燈動作，關燈動作程序與模式一副程式第(5)項相同。
9. 如申請專利範圍第1項所述之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其中七個軔體程式流程中，本發明之四種模式運轉啟動副程式，其中模式四、闖入者偵測防盜副程式，運作程序如下：(一)開啟無線電送收模組省電運作與模式一副程式第(2)項相同；(二)開啟手觸控面板感測模組給電運作與模式一副程式第(3)項相同；(三)開啟紅外線感測模組給電運作進行人體移動接近偵測運作；(四)有人闖入啟動開燈告警：進行開燈動作以示告警，運作程序與模式一副程式第(4)項開 燈動作相同；(五)開燈即時負載電流監測過載保護：運作程序與模式一副程式第(6)項相同；(六)無線電發射機有人闖入狀態通報；(七)時鐘計時自動關燈取消告警運作；以及(八)手觸控關閉保全告警動作。
10. 如申請專利範圍第1項所述之無線智慧節能型兩線式燈控開關裝置，其中七個軔體程式流程中，本發明之第七個流程無線遙控模式轉換副程式，當在任一模式X(1~4)副程式運轉過程中，都會開啟無線電送收模組省電運作，這時可以透過無線電接收機同步機制接收遠端遙控器或無線主機傳送來控制封包，除了接收開、關燈控命令外，還可以透過通信協定接收將操作模式變更為Y。