CN104378865B

CN104378865B - 一种单火线控制智能开关的方法

Info

Publication number: CN104378865B
Application number: CN201310349732.7A
Authority: CN
Inventors: 施建强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2018-05-04
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: CN104378865A

Abstract

该控制方法由（31）单刀双掷切换开关、（32）电源及储电回路、（33）单火线控制模块、（34）无线智能控制模块、（35）电子开关、（36）照明负载等构成了单火线控制开关方案。电源及储电回路（32）连接在照明负载的接入端，其供电通过连接在照明负载（36）上的零线以及单刀双掷切换开关（31）联通的火线实现。当操作单刀双掷切换开关（31）进行切换时，火线电压会在一个比较短的时间间隙内瞬间断开，单火线控制模块（33）拾取到该火线瞬间断开的信号进行处理后输出至电子开关（35），通过电子开关实现对照明负载（36）的控制。无线智能控制模块可以通过电源及储电回路（32）得到正常供电，同时实现无线智能控制。

Description

一种单火线控制智能开关的方法

技术领域

本发明涉及智能家居控制领域单火线控制智能开关的方法。

背景技术

目前智能控制领域技术的发展推动了智能家居产品的普及，照明开关的智能控制一直是智能控制领域的主要控制对象。随着无线传输技术的发展，无线智能控制产品可以在不破坏原有装修的前提下的得到实现，在智能家居领域有着非常广阔的市场前景。但是由于人们的生活习惯以及大量的已装修房的存在，使得已有的墙面开关控制方式需要得到保留。为了能够实现无线智能化控制的同时，保留现有墙面开关的功能，出现了可以同时通过传统墙面开关进行控制的无线智能化控制模块。目前市场上的产品主要是以利用原有墙面开关的开关功能，在开关底盒埋入无线智能控制模块，使墙面开关同时能够控制无线智能化控制模块的控制方式。但是由于无线智能控制模块工作消耗电力，需要解决模块的供电问题。这就要求无线智能控制模块的安装位置，即开关盒中同时有零线和火线；由于目前建筑装饰工程中开关盒布线的模式大多是单火线控制，所以开关盒中同时有零线和火线的状态非常稀少，这种状态限制了这些无线智能控制模块的适用领域，成为了无线智能控制产品发展的瓶颈。一些厂家为了克服这一瓶颈，探索了各种应对方法，有些在模块里使用了电池；有些则选择了单火线取电；更有一些产品采用了普通开关与智能控制模块串联的方式，将智能控制模块上移至负载端等解决方案。使用电池固然能解决智能开关供电的问题，但是存在需要定期更换电池的麻烦。单火线取电所采用的技术各不相同，但是归根结底就是使无线智能控制电路串接在被控制负载回路中实现取电，这种方式带来了用电安全方面的隐患的同时，使负载一直处于微电流工作状态导致负载异常及影响其使用寿命；由于单火线取电存在两种工作状态，特别是负载开启状态下，为了不影响负载工作同时又能够取到足够的电流，往往存在最小可控制功率的要求，无法对小功率照明进行控制，对于今后将后成为主流的LED照明控制无疑会成为瓶颈。在普通开关与无线智能模块串联的方案中，普通开关闭合时提供智能模块正常的供电，同时给无线智能控制模块提供一个上电复位信号控制控制照明打开，而普通开关关断时则切断全部回路供电，这种方法虽然能保留普通墙面开关得所有功能的同时也部分解决了智能控制模块的供电问题，但是由于普通开关关断状态下切断了无线智能控制模块的电源，导致开关关断状态下无线智能控制功能失效，给实际使用带来了不便。相关技术可以参考CN 102186295 A 等的专利，可见目前普遍存在的单火线布线的实际状况下实施无线智能控制，还是存在很多限制因素，并不是根本意义上解决单火线控制的方案。本发明采用了全新的开关信号识别技术，完全避免了单火线取电在应用过程中的弊端，可以在保留完整墙面开关功能的同时，可以实现无线智能控制，从而真正意义上实现了单火线智能开关控制。

发明内容

本发明是利用了切换开关工作过程中产生的电源瞬间断电作为控制信号，通过对控制信号的识别处理最终控制智能模块的开关来实现单火线控制的方法。

图1是目前市场销售的单火线取电一路开关无线智能控制模块的控制原理图，控制回路具有（1）单火线取电无线智能控制模块、（2）墙面开关盒、（3）智能模块220V火线输入、（4）智能模块220V控制火线输出、（5）开关信号控制线、（6）一路机械开关、（7）照明负载、（8）220V零线等组成。将单火取电无线智能模块（1）埋入墙面开关盒（2）内，智能模块220V火线输入（3）连接220V火线；智能模块220V控制火线输出（4）连接至照明负载（7），（5）开关信号控制线连接原来的一路机械开关（6）。模块内部安装无线收发装置，可以通过智能控制主机进行遥控，同时墙面开关也可通过开关信号控制线（5）对智能模块实现开关控制。

由于单火线取电的不利因素，一些厂家开发了零火线取电智能控制模块，图2为零火线取电一路开关无线智能控制模块的控制原理。控制回路具有（10）零火线取电无线智能控制模块、（11）墙面开关盒、（12）智能模块220V火线输入、（13）220V零线输入、（14）智能模块220V控制火线输出、（15）开关信号控制线、（16）一路机械开关、（17）照明负载等组成。将零火线取电无线智能模块（10）埋入墙面开关盒（11），智能模块220V火线输入（12）连接220V火线，（13）220V零线输入连接220V零线；智能控制模块220V控制火线输出（14）连接照明负载（17），（15）开关信号控制线连接原来的一路机械开关（16）。模块内部安装无线收发装置，可以通过智能控制主机进行遥控，同时墙面开关也可通过开关信号控制线对智能模块实现开关控制。

由于开关盒中需要有零线的布线，导致目前已经完成装修而且开关盒内没有零线的状态下，零火线取电方案的应用受到局限，同时需要在狭小的开关盒内埋入无线智能控制模块，在模块功能以及散热等方面都存在缺陷，于是市场上出现了将普通墙面开关与无线智能控制模块串联的控制方式，图3为普通开关与无线智能控制模块串联的控制原理图。由（21）普通开关、（22）无线智能控制模块、（23）220V火线输入、（24）220V零线输入、（25）照明负载、（26）控制火线等组成。普通开关闭合时，控制火线（26）得电，同时无线智能控制模块得电时产生一个上电复位信号，使照明负载接通，普通开关断开时，则切断所有回路的供电，照明负载断开；在普通开关闭合时无线智能控制模块得电，可以接受无线控制。此方法保留了普通墙面开关得所有功能，但是当普通开关断开时，无线智能控制模块失电，此时无线智能控制模块将失去控制功能。另外该方案还存在当断电后，恢复供电时负载将会全部打开的问题，造成安全隐患。

图4是本发明的方法原理图，由（31）单刀双掷切换开关、（32）电源及储电回路、（33）单火线控制模块、（34）无线智能控制模块、（35）电子开关、（36）照明负载等构成了单火线控制开关方案。电源及储电回路（32）连接在照明负载的接入端，单刀双掷切换开关（31）保持常闭合状态，其供电通过连接在照明负载（36）上的零线以及单刀双掷切换开关（31）联通的火线实现。当操作单刀双掷切换开关（31）进行切换时，火线电压会在一个比较短的时间间隙内瞬间断开，单火线控制模块（33）拾取到该火线瞬间断开的信号进行处理后输出至电子开关（35），通过电子开关实现对照明负载（36）的控制。即原来的机械开关动作转换为电子开关信号并控制电子开关的开闭。如果在照明负载末端安装无线智能控制模块（34），模块可以通过电源及储电回路（32）正常供电，同时将无线智能控制模块（34）的控制信号输出给电子开关（35），即可实现单火线智能控制。即单刀双掷切换开关可保留原墙面开关的功能，新增的无线智能控制模块又能实现智能控制。

图5是单火线控制模块的原理图。其供电回路与无线智能控制模块并联，由（40）单刀双掷切换开关、（41）电源回路、（42）电能存储、（43）单火线控制模块、（44）信号拾取、（45）信号整形回路、（46）初始复位、（47）记忆触发器、（48）输出驱动等组成。单火线控制模块（43）包含了信号拾取（44），信号整形回路（45），初始复位（46）以及记忆触发器（47）和输出驱动（48）。电源回路（41）及电能存储（42）提供单火线控制模块（43）能够正常工作的电源，应为供电负载仅仅局限于信号处理及智能控制模块，不涉及控制负载的供电，所以瞬间断开时维持供电的电能存储（42）非常容易实现。

当按下单刀双掷切换开关（40）时，切换开关将从一端切换至另一端，切换过程将会造成220V电源瞬间间断，但切换结束后220V电源又会恢复正常供电。电能存储（42）部分确保在瞬间断电过程中单火线控制模块（43）和需要连接的无线智能控制模块能够正常工作。信号拾取（44）部分拾取电源的瞬间断电信号，经过信号整形回路（45）的整形和防抖动处理后送至记忆触发器（47）使其反转并保持，每一次间断信号都会使触发器反转一次，记忆触发器（47）通过输出驱动（48）输出至电子开关。信号整形部分是为了防止机械开关在动作的过程产生的抖动导致开关信号的不稳定，通过设定初始复位（46）可以在初次加电时自动复位，以防止停电后恢复供电时开关全部打开的问题。

图6是本发明控制方法的控制波形图。波形取自图4和图5的标记点A、B、C、D、E。为分别使用切换开关和智能无线模块控制负载接通和关断的两个过程的波形，（51）为按动切换开关接通负载时的波形，（52）为无线智能模块控制负载关断时的波形，（53）为无线智能模块控制负载接通时的波形，（54）为按动切换开关时负载关断时的波形。A为单火线控制模块信号拾取端输入的220V交流电源波形，切换开关切换时会产生220V交流电源波形的瞬间间断。B为通过单火线控制模块后输出的瞬间间断信号。C为无线智能模块的输出波形，当无线智能控制模块在接收到开关指令时将会输出控制脉冲信号。D为记忆触发器在接收到B或C的触发脉冲后进行反转并保持后输出至电子开关的开关信号波形。E为实际负载控制火线上的波形。可以看到，通过对交流电瞬间间断信号的监测以及电子开关的控制，可以实现在交流电源瞬间断开的间隙内完成对负载的通断控制，这样可以完全避免切换开关在切换过程中由于交流电瞬间断开造成的对负载的冲击，确保了照明负载的使用寿命。而对受到交流电瞬间断开造成冲击的智能控制模块和单火线控制模块来说，我们可以通过加强保护电源电路的设计来克服冲击造成的影响，确保其使用的可靠性。

该方法的特点是利用开关切换间隙造成电源间断，通过火线将切换间断传递给连接在开关末端的信号处理装置，通过电路正确检测出断开间隙，将瞬间间断信号作为开关控制信号，使照明负载在间断间隙内完成通断控制；同时保障在瞬间断电期间各模块的供电，以确保模块安定工作。方法该突破了完整功能上单火线智能控制方案一定要在墙体开关盒内取电的局限性，将智能控制模块上移至有零线的照明负载端，根本解决了模块的供电问题，同时又完全保留了原有开关的控制功能，是一种完全功能上的单火线智能控制方法。

该方法与现有的无线智能模块结合，用于已装修房的智能化改造，开关盒无需零线也能实现可靠的全功能无线智能控制。

信号处理装置可以拾取开关的切换信号，并将不规则的瞬间断电信号处理成没有误触发的控制信号后控制负载。

瞬间断电期间需要维持供电的回路局限于小功率的信号处理及驱动，不涉及控制负载，所以非常容易实现。

切换开关可以直接使用目前市售的各种品牌双控开关而无须重新开发，完全保留了客户的喜好；也可由制造商根据要求定制，可选择范围宽广。

由于模块可以上移到照明设备的接入端，可以不考虑目前应为要埋入开关盒内带来的模块体积的限制，对于可控照明功率以及无线收发天线的设计可以更有余量。

使用该控制方法的单火线控制模块可以配置电源及储电回路后与现有的无线智能模块连接，通过控制无线智能控制模块的开关信号控制线达到与无线智能模块同时控制负载的目的，可与各种智能模块匹配，适用性宽广。

使用该控制方法的单火线控制模块也可以集成到智能模块内部，成为既能通过墙面开关控制，也能通过无线智能模块控制的一体型设备，减少安装过程的接线，提高安装效率。

该控制方法也可与无线智能控制模块同时集成至各种照明负载中，成为智能控制负载。

使用该控制方法后，只需要在火线回路中将增加双控开关并且将开关串联在火线回路中，通过一根火线即可实现多点无线智能控制。

该控制方式更可以单独使用在对同一负载的多点控制上，而无须与智能模块连接。使用本发明完全可以通过一根火线串联普通的双控开关后实现多点控制，避免了目前实现多点控制时复杂的布线需求和特殊结构的开关。

附图说明

图1单火线取电一路智能模块控制原理图。

图2零火线取电一路智能模块控制原理图。

图3普通开关与智能模块串联的控制原理图。

图4本发明的方法原理图。

图5开关信号处理器原理图。

图6本发明方法的控制波形图。

图7优选实施方案***图。

图8本发明的举例应用方案（一）。

图9本发明的举例应用方案（二）。

图10本发明的举例应用方案（三）。

具体实施方式

以下结合优选实施方案***图（图7）进行说明。

由双控开关（61）、220V火线（62）、220V控制火线（63）、220V零线（64）、交流电源整流稳压装置（65）、交流电源瞬间断电检测装置（66）、储能电容器（67）、T触发器（68）、或门（69）、继电器（70）、无线智能控制模块（71），照明负载（72）等组成。

双控开关（61）的COM侧连接进入开关盒的火线，双控开关的两个控制端直接短接后连接至控制火线（63），控制火线（63）连接至继电器（70），并通过继电器（70）连接照明负载（72）；交流电源整流稳压装置（65）通过连接在控制火线（63）和220V零线（64）上的交流电源供电，交流电源整流稳压装置（65）提供电源至交流电源瞬间断电监测装置（66）和无线智能控制模块（71）以及储能电容（67）、T触发器（68）、或门（69）、继电器（70），交流电源瞬间断电检测装置（66）的信号输入端连接在通过双开开关的交流电源上。当双控开关（61）切换时产生一个220V交流电的瞬间断开信号，该信号通过控制火线传输给交流电瞬间断电检测装置（66）产生一个控制脉冲，该输出与无线智能控制模块的输出同时加到或门（69）上，或门的输出连接T触发器（68）。根据逻辑计算，或门（69）的两个输入端上只要有一个为高电平，或者两个均为高电平时输出为高电平的特点，控制脉冲触发T触发器（68）使其输出发生反转并保持，T触发器（68）驱动继电器（70）的开闭，对照明负载（72）的控制。

图8为结合现有无线智能控制模块进行实施的方案。主要通过现有无线智能模块的开关信号控制线进行控制。可与大部分现有无线智能控制模块结合，进一步拓展了已装修房的适用领域。

图9为集成无线智能控制模块进行实施的方案。通过将单火线智能控制电路集成至无线智能控制模块中，可以共用电源及储电部分，与无线智能单元同时控制负载。最大限度减少电子元件，简化安装接线。

图10为单独使用构成多点控制的方案。通过一根火线即可实现多点控制。负载端可以是一般负载，也可以是智能无线控制的负载端。图中双控开关开业分布在不同的区域实现对同一负载的多点控制。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方案，特别是对于切换开关以及瞬间断开信号处理，以及瞬间断电期间电能存储的实现方式。应用涵盖220V交流以外其他交直流电源等领域的单线控制开关，本说明阐述的内容绝非本发明唯一的实施方案和举例的应用范围。任何可以通过瞬间间断电源来传输开关信号以及可靠检测该信号，并使用该信号进行控制的方法都可以理解为本发明的原理。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种单火线控制智能开关的方法，利用切换开关在切换过程中产生电源瞬间断电作为信号，整形处理后作为开关信号输出，以实现单火线无线智能控制，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：将一单刀双掷切换开关的两个输出端短接后，连接在开关盒火线的两端，一端连接控制火线，一端连接火线进线；

步骤2：将上述控制火线连接至一单火线控制模块，并通过此单火线控制模块连接照明负载；

步骤3：将电源及控制回路部分连接在控制火线与220V零线的交流电源上为其供电，并通过该电源及控制回路部分为单火线控制模块中的信号拾取，信号整形处理，记忆触发器，输出驱动提供电源；

步骤4：将步骤3中的单火线控制模块中的信号拾取部分的信号输入端，与通过单刀双掷切换开关的交流电源相连接；

步骤5：信号拾取的输出连接至信号整形处理，信号整形处理的输出连接至记忆触发器，记忆触发器的输出连接至输出驱动部分；

步骤6：当切换单刀双掷时，会产生一个220V交流电的瞬间断开信号，该信号通过控制火线传输给信号拾取装置通过信号整形处理后，输出一个控制信号，该控制信号通过记忆触发器和输出驱动后送至电子开关，实现对照明负载的控制；即原来的机械开关动作转换为电子开关信号并控制电子开关的开闭，如果在照明负载末端安装无线智能控制模块，模块可以通过电源及储电回路正常供电，同时将无线智能控制模块的控制信号输出给电子开关，即可实现单火线智能控制；即单刀双掷切换开关可保留原墙面开关的功能，新增的无线智能控制模块又能实现智能控制。

2.如权利要求1所述的单火线控制智能开关的方法，其特征在于，通过对电源进行储能以保持瞬间断电期间的工作电源，不影响开关信号处理以及无线智能控制模块直至电子开关的电路稳定工作。

3.如权利要求1所述的单火线控制智能开关的方法，其特征在于，将无线智能控制模块上移至照明负载终端，在切换开关不切换的期间得到正常供电，实现无线智能控制模块的全部功能。

4.如权利要求1所述的单火线控制智能开关的方法，其特征在于，瞬间断开信号整形处理后的输出直接控制电子开关从而控制负载的通断。

5.如权利要求1所述的单火线控制智能开关的方法，其特征在于，瞬间断开信号整形处理后的输出与无线智能控制模块同时控制电子开关从而控制负载的通断。

6.如权利要求1所述的单火线控制智能开关的方法，其特征在于，瞬间断开信号整形处理后的输出间接控制无线智能控制模块的开关信号线从而手动控制无线模块，达到控制负载通断的目的。

7.如权利要求1所述的单火线控制智能开关的方法，其特征在于，将无线智能控制模块移至照明负载终端。

8.如权利要求1所述的单火线控制智能开关的方法，其特征在于，对于负载的通断切换，在电源瞬间中断期间完成切换，避免了瞬间断电给负载造成的冲击。

9.如权利要求1所述的单火线控制智能开关的方法，其特征在于，通过对初次通电设定复位信号，控制停电后恢复供电时负载状态可靠。