CN107920409A - 一种基于可编程维护的智能开关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电工电子设备技术领域，尤其是一种基于可编程维护的智能开关装置，包括与控制芯片相连的液晶显示屏、触摸键、寄存器、驱动单元、通信模块、光强检测探头和配置单元，驱动单元连接灯具，通信模块与移动端连接，触摸键获取用户开关操作，液晶显示屏显示各触摸键对应的灯具信息，配置单元采用两个薄膜按键跟控制芯片相连，用于本地配置智能开关参数。本发明结构设计合理，具有提示性、可配置性和预警性，更加人性化；液晶显示屏显示各按键对应灯具的位置图标与文字提示，用户一目了然；可重新配置触摸键所对应灯具的顺序关系，避免了开关拆卸与线序调换；对忘记关灯现象增加了语音预警与自动关灯功能，使智能开关更加节能与人性化。

Description

一种基于可编程维护的智能开关装置
技术领域
本发明涉及电工电子设备技术领域，尤其是一种基于可编程维护的智能开关装置。
背景技术
伴随物联网技术的快速发展，人们对生活品质的要求不断提升，智能家居产品对提高人们生活水平越来越重要。随着智能家居技术的不断发展和广泛应用，智能开关在智能家居中扮演着越来越重要的角色，受到了人们极大的关注。一般机械式或智能式开关缺少显示开关与灯具对应关系的按键提示，或者不可更改按键提示，容易导致灯具开关的误操作，特别给陌生人和老年人带来操作不便；另外，一般开关缺少对于忘记关灯的预警处理，致使出现“长明灯”，导致资源浪费。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述技术缺点提供一种基于可编程维护的智能开关装置。
本发明解决技术问题采用的技术方案为：一种基于可编程维护的智能开关装置，包括人机交互单元、控制芯片、寄存器、驱动单元、通讯单元、光强检测探头、配置单元和供电单元，所述控制芯片分别连接人机交互单元、配置单元、寄存器、通讯单元、光强检测探头和驱动单元一端，驱动单元另一端连接灯具，所述通讯单元与移动端连接，所述供电单元为智能开关供电。
所述人机交互单元包括钢化玻璃罩、液晶显示屏和触摸键，所述液晶显示屏和触摸键固定于钢化玻璃罩背面，液晶显示屏和触摸键均与控制芯片连接，所述触摸键用于获取用户开关操作，所述液晶显示屏用于显示各触摸键对应的灯具信息。
所述光强检测探头用于检测室内光强，所述液晶显示屏背光亮度由控制芯片根据光强检测探头检测的光强来调节，降低开关能耗。
所述供电单元根据外界供电接线情况采用火零双线供电或者单火线供电方式。
所述驱动单元可根据用户开关操作来控制灯具开闭，其中包括固态继电器或者桥式整流元件以及驱动电路，所述驱动电路连接控制芯片，固态继电器或者桥式整流元件连接灯具。当供电方式为火零双线供电，采用固态继电器和驱动电路；当供电方式为单火线供电，采用桥式整流元件和驱动电路。
所述配置单元采用两个薄膜按键跟控制芯片相连，用于本地配置智能开关参数，所述智能开关参数包括：各触摸键所对应的灯具信息(灯具位置的图标与文字信息)和预警关灯时间。
所述通讯单元包括蓝牙模块和ZigBee模块，所述控制芯片通过蓝牙模块或ZigBee模块与移动端通讯。
本发明所具有的有益效果是：本发明具有提示性、可配置性和预警性，更加人性化；通过液晶显示屏显示各按键对应灯具的位置图标与文字提示，让用户一目了然，特别是对于老年人或者健忘者非常实用，且按键提示可灵活配置，只需要根据触摸键所对应的灯具去选择相应的位置图标与文字提示即可；可以重新配置触摸键所对应的灯具，可实现触摸键所控对象之间的交换，避免了拆卸开关和重新调整线序；结合人们生活作息时间，对于白天或者深夜忘记关灯的现象，增加了一项更人性化的语音预警与自动关灯的功能，让智能开关不仅智能灵活，而且更加节能与人性化。
附图说明
附图1为本发明的可配置型智能开关网络拓扑图。
附图2为本发明的可配置型智能开关结构示意图。
附图3为本发明的可配置型智能人机交互单元示意图。
附图4为本发明实施方式的控制芯片电路原理示意图。
附图5为本发明实施方式的寄存器电路原理示意图。
附图6为本发明实施方式的触摸电路原理示意图。
附图7为本发明实施方式的液晶显示屏电路原理示意图。
附图8为本发明实施方式的光强检测探头电路原理示意图。
附图9为本发明实施方式的配置单元电路原理示意图。
附图10为本发明实施方式的通讯单元电路原理示意图。
附图11为本发明实施方式的单火线供电时供电单元及驱动单元电路原理示意图。
附图12为本发明实施方式的零火双线供电时供电单元驱动单元电路原理示意图。
附图13为本发明实施方式的可配置智能开关工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图1～附图13对本发明做以下详细说明。
如图1～图13所示，本发明包括人机交互单元、控制芯片、寄存器、驱动单元、通讯单元、配置单元、光强检测探头和供电单元，所述通讯单元包括蓝牙模块和ZigBee模块，所述人机交互单元包括钢化玻璃罩、液晶显示屏和触摸键，所述控制芯片分别连接液晶显示屏、触摸键、配置单元、光强检测探头、寄存器、蓝牙模块、ZigBee模块和驱动单元一端，驱动单元另一端连接灯具，所述蓝牙模块和ZigBee模块均与移动端连接，所述供电单元为智能开关供电。
所述钢化玻璃罩美观、抗撞击、防漏电。如图3所示，液晶显示屏2、触摸键3和光强检测探头4均固定于钢化玻璃罩1背面，本实施方式中，触摸键以3个为例，对于实际触摸键数目没有限制，需根据实际室内灯具数目以及操作面板实际物理尺寸决定。
所述控制芯片采用单片机或者嵌入式芯片，用于运行程序和数据处理。本实施方式中，如图4所示，控制芯片选用型号为AT89S52-24AC的单片机。
所述寄存器用于数据和配置参数的存储，防止掉电丢失。本实施方式中，如图5所示，寄存器型号为24C02。
所述触摸键为电容式感应触摸开关按键，用于获取用户开关操作。本实施方式中，触摸键电路原理图如图6所示，以6(a)为例，包括电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4、单向二极管D1和感应线圈K1，其中，电容C4一端连接供电单元，另一端分别连接K1、电阻 R3一端和单向二极管D1的负极端连接，电阻R4与电容C5组成并联电路，两端分别连接单向二极管D1的正极端和电阻R3另一端；电阻R3另一端(KEY1)连接控制芯片，单向二极管D1的正极端接地。
所述液晶显示屏用于显示操作面板上各触摸键对应的灯具信息。本实施方式中，如图7 所示，选用TJC3224T022_011N液晶显示屏。
所述光强检测探头采用光敏元件，用于检测室内光照强度，所述控制芯片根据所述光强检测探头所采集的光照强度信号大小控制所述液晶显示屏背光亮度，降低智能开关的功耗。本实施方式中，如图8所示，光敏元件通过PCF8591模数转换芯片，将采集到的模拟信号转换为数字信号给控制芯片。
所述配置单元包括与控制芯片相连的薄膜按键S1和薄膜按键S2，体积小、灵敏度高，用于本地配置智能开关参数，所述智能开关参数包括：各触摸键所对应的灯具信息(灯具位置的图标与文字信息)和预警关灯时间。本实施方式中，配置单元电路原理如图9所示，按键选用TSW-24-11J-T100薄膜按键。
如图10所示，控制芯片通过芯片MAX232ACPE分别与蓝牙模块和ZigBee模块连接。
所述供电单元根据外界供电接线情况采用火零双线或者单火线供电方式，若外界供电为单火线方式，如图11所示，采用单火线模块PI-05V-P3，其中单火线模块即供电单元和单火线驱动单元，避免重新布线，快捷方便；若外界供电为火零双线方式，如图12(a)所示，则采用火零双线模块，是通过变压器进行变压供电，是最为安全可靠的一种方式。
所述驱动单元包括固态继电器或者桥式整流元件以及驱动电路，达到静音、更安全的效果。驱动电路通过控制芯片获取的用户开关操作来控制灯具的亮灭。供电单元采用单火线供电时，优选单火线模块，如图11所示，单火线模块PI-05V-P3中驱动单元作为驱动电路，桥式整流元件分别与灯具和驱动电路连接；当供电单元采用火零双线供电时，图12(b)所示，优选固态继电器的驱动电路与灯具连接。
用户对智能开关的控制包括本地手动控制和移动端(用户手机或平板电脑)控制，本地手动控制即通过触摸键进行开关操作或通过配置单元配置智能开关参数。
用户也可通过移动端控制，如图1所示，移动端(用户手机或平板电脑)可通过两种通讯方式与智能开关进行数据交互，一种为蓝牙通讯方式，在室内没有ZigBee网关的情况下，用户可利用移动端通过蓝牙模块(仅限10米之内)与智能开关一对一地通讯，进行室内近距离控制或者配置智能开关；另一种为ZigBee通讯方式，当室内有ZigBee网关(支持Wifi)的情况下，用户可利用移动端通过ZigBee模块及ZigBee网关对智能开关进行远程控制或者配置，而在室外可采用移动网络通过云端及ZigBee网关对智能开关进行控制或者配置。最终，实现对灯具的控制。
采用上述模块化的组件，可使本结构不仅美观简洁、操作易用、更加人性化，而且便于安装拆卸、更换检修，提高了人们生活的品质。在不影响智能开关正常使用的情况，通讯单元可根据客户需求选用。
如图13所示，本实施方式的可配置型智能开关工作过程如下：
步骤1：光强检测探头实时采集室内光强数据，并传递给控制芯片；
步骤2：控制芯片根据室内光强大小进行液晶显示屏背景亮度调节，当室内光照强时，液晶屏背光强度减弱或者无背光；当室内光照弱时，液晶屏背光强度就变亮，便于黑暗中寻找智能开关；
步骤3：控制芯片获取用户对薄膜按键a和薄膜按键b的操作，得到用户配置的各触摸键与灯具的对应关系以及预警关灯时间，并将触摸键所对应的灯具信息显示在正上方的液晶显示屏上，并保持对齐；具体方法为：同时按下薄膜按键a与b，可进入参数配置界面，再同时按下二者即可退出参数配置界面，按下薄膜按键a或者b可实现功能菜单选项的上下或者左右移动，长按(1秒以上)薄膜按键a表示确认，而按键b表示取消；
步骤4：控制芯片获取用户通过移动端对智能开关参数的配置，并将配置参数对应的灯具信息显示在液晶显屏上；
步骤5：用户根据液晶显示屏显示的灯具信息触摸下方对应触摸键，或通过移动端选择需要控制的灯具；
步骤6：将用户在操作面板上对触摸键的操作或在者移动端上对灯具的控制，传送给控制芯片；
步骤7：控制芯片接收用户操作，并根据传送的操作信息来控制驱动单元，实现灯具的开关操作；
步骤8：控制芯片将用户对触摸键与灯具对应关系的配置信息存储到寄存器中，并实时将配置信息、灯具状态、光照强度和用户开关操作信息发送给移动端显示；
步骤9：控制芯片在白天或者深夜(时间段取为：AM0：00-PM5：00，具体实现需结合人们日常作息时间)，判断单次开灯累计是否超过两个小时，是，则判定为忘记关灯，进行预警并发出预警提示音；
步骤10：用户可在预警时间(默认十分钟)内点击操作面板所对应的触摸键或者移动端所控灯具按键，进行确认消警，控制芯片接收用户操作，停止预警，保持灯具继续使用，如果控制芯片在预警时间内未获取到用户确认消警操作，则自动关闭灯具。

Claims (8)

1.一种基于可编程维护的智能开关装置，包括人机交互单元、控制芯片、寄存器、驱动单元、通讯单元、配置单元和供电单元，所述控制芯片分别连接人机交互单元、配置单元、寄存器、通讯单元和驱动单元一端，其特征在于：所述驱动单元另一端连接灯具，所述通讯单元与移动端连接，所述供电单元为智能开关供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于可编程维护的智能开关装置，其特征在于：所述人机交互单元包括钢化玻璃罩、液晶显示屏和触摸键，所述液晶显示屏和触摸键固定于钢化玻璃罩背面，且均与控制芯片连接，所述触摸键用于获取用户开关操作，所述液晶显示屏用于显示各触摸键对应的灯具信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于可编程维护的智能开关装置，其特征在于：所述控制芯片还连接有用于检测室内光照强度的光强检测探头。
4.根据权利要求1所述的一种基于可编程维护的智能开关装置，其特征在于：所述驱动单元包括固态继电器或者桥式整流元件以及驱动电路，用于根据用户开关操作控制灯具通断，所述驱动电路连接控制芯片，固态继电器或者桥式整流元件连接灯具。
5.根据权利要求1所述的一种基于可编程维护的智能开关装置，其特征在于：所述通讯单元包括蓝牙模块和ZigBee模块，所述控制芯片通过蓝牙模块或ZigBee模块与移动端通讯。
6.根据权利要求1所述的一种基于可编程维护的智能开关装置，其特征在于：所述配置单元为两个与控制芯片相连的薄膜按键，用于本地配置智能开关参数。
7.根据权利要求1所述的一种基于可编程维护的智能开关装置，其特征在于：所述液晶显示屏背光亮度可由控制芯片根据室内光强调节。
8.根据权利要求1所述的一种基于可编程维护的智能开关装置，其特征在于：所述供电单元根据外界供电接线情况采用火零双线供电或者单火线供电方式，当供电方式为火零双线供电，所述驱动单元采用固态继电器和驱动电路；当供电方式为单火线供电，所述驱动单元采用桥式整流元件和驱动电路。
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