CN114758488B - 一种无源开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无源开关装置，属于智能控制领域，包括射频模块和执行模块；初始状态下，所述装置处于无源不耗能状态，所述射频模块和所述执行模块均不通电；当所述射频模块接收并执行开机指令后，所述装置转为有源状态，此时所述射频模块和所述执行模块均通电工作，所述射频模块转为有源待机状态。且本发明的开关装置中射频模块在任何状态下均可接受并执行开机、读写以及停机指令，既解决了现有技术中遥控开关不工作时依旧耗能的技术缺陷，又能在无源待机状态下执行开机、读写以及停机指令，避免了开关关断之后装置无法接受信号的弊端。

Description

一种无源开关装置

技术领域

本发明涉及智能控制领域，特别是涉及一种无源开关装置。

背景技术

市场上已经产生了各种无线遥控开关，但基本仅具有无线遥控开/关功能，接收端均需要处于通电待机状态，在被控设备长期停滞非工作时，接收端模块任然需要保持供电状态，持续耗能。基于此，亟需一种能够节约能耗的无源开关装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种无源开关装置，解决现有技术中遥控开关不工作时依旧保持供电状态，持续耗能的技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种无源开关装置，包括：射频模块和执行模块；

所述射频模块，包括：射频前端电路、电源管理电路、第一线圈和中央控制逻辑电路，所述射频前端电路和所述电源管理电路以及所述中央控制逻辑电路均电连接，所述电源管理电路和所述第一线圈电连接；所述射频前端电路，用于接收天线传来的感应信号，将所述感应信号处理为数据信号和能量信号，并将所述数据信号传输至中央控制逻辑电路，将所述能量信号传输至所述电源管理电路，所述电源管理电路用于对所述能量信号进行能源管理，并向所述第一线圈供电；所述中央控制逻辑电路，用于接收所述射频前端电路处理后输出的数据信号，并判断所述数据信号的有效性；

初始状态下，所述装置处于无源状态，所述无源状态为不耗能状态，所述射频模块和所述执行模块均不通电；当所述中央控制逻辑电路判断出所述数据信号有效时，所述装置转为有源状态，所述射频模块和所述执行模块均通电工作，所述射频模块转为有源待机状态；当所述中央控制逻辑电路判断出所述数据信号无效时，所述射频模块返回无源待机状态；

执行模块，包括执行开关，所述执行开关串联于负载供电电路中，所述执行开关用于在所述第一线圈通电时闭合；

所述射频模块在任何状态下均可接受并执行开机、读写以及停机指令。

可选的，所述执行模块还包括：第一开关和整流稳压电路；

所述第一开关，串联于市电与所述整流稳压电路之间，用于在所述第一线圈通电时闭合；

所述整流稳压电路的输出端与所述电源管理电路电连接。

可选的，所述射频模块还包括与所述第一线圈并列的第二线圈；

所述执行模块还包括第二开关，所述第二开关与所述第一开关串联；所述中央控制逻辑电路用于控制所述电源管理电路分别向所述第一、第二线圈供电，所述第二开关用于在所述第二线圈通电时断开。

可选的，所述执行模块包括：逻辑与保持模块和开关模块；

所述逻辑与保持模块包括逻辑控制电路、整流稳压电路和继电器驱动电路；所述逻辑控制电路，与所述整流稳压电路串接，包括所述第一开关、第二开关以及与所述第一开关并联的继电器第一常开触点；所述继电器驱动电路，与所述整流稳压电路串接，包括继电器线圈；所述继电器线圈用于当所述第一开关闭合时通电；所述继电器第一常开触点用于当所述继电器线圈通电时实现自锁；

所述开关模块包括所述执行开关、所述执行开关对应的线圈、以及继电器第二常开触点；所述继电器第二常开触点，与所述执行开关对应的线圈串联，用于当所述继电器线圈通电时闭合；所述执行开关对应的线圈用于当所述继电器第二常开触点闭合时通电。

可选的，还包括传感器；所述传感器，用于实现环境监控与信息感知，包括交流供电传感器或直流供电传感器；

当为交流供电传感器时，所述传感器的供电端与所述负载并联，所述传感器的数据端与所述中央控制逻辑电路连接；

当为直流供电传感器时，所述传感器的供电端与所述继电器驱动电路中的继电器线圈并联，所述传感器的数据端与所述中央控制逻辑电路连接。

可选的，所述射频模块还包括存储器；

所述存储器中保存自身ID号、地址以及配置信息数据；

当所述射频模块接收到读指令时，所述中央控制逻辑电路从所述存储器的指定单元中读取数据返回给终端；当所述射频模块接收到写指令时，所述中央控制逻辑电路将所述终端发送来的数据写入所述存储器中的指定单元。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种无源开关装置，包括射频模块、逻辑与保持模块和开关模块；初始状态下，所述装置处于无源不耗能状态，所述射频模块、所述逻辑与保持模块和所述开关模块均不通电；当所述射频模块接收并执行开机指令后，所述装置转为有源状态，此时所述逻辑与保持模块和所述开关模块均通电工作，所述射频模块转为有源待机状态。且本发明的开关装置中射频模块在任何状态下均可接受并执行开机、读写以及停机指令，既解决了现有技术中遥控开关不工作时依旧耗能的技术缺陷，又能在无源待机状态下执行开机、读写以及停机指令，避免了开关关断之后装置无法接受信号的弊端。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的无源开关装置的总体结构及原理图；

图2为本发明实施例提供的无源开关装置中各模块的组成图；

图3为本发明实施例提供的无源开关装置中射频收发芯片方案图；

图4为本发明实施例提供的无源开关装置中天线、阻抗匹配与电荷泵整流电路图；

图5为本发明实施例提供的无源开关装置中电源管理电路图；

图6为本发明实施例提供的无源开关装置中干簧管驱动电路图；

图7为本发明实施例提供的无源开关装置中干簧管继电器(常开型)结构图；

图8为本发明实施例提供的无源开关装置中通信帧格式示意图；

图9为本发明实施例提供的无源开关装置的应用场景示意图。

符号说明：

1、射频模块，2、逻辑与保持模块，3、开关模块，11、天线，12、射频收发芯片，13、干簧管驱动线圈电路，121、射频前端电路，122、中央控制逻辑电路，123、电源管理电路，124、存储器，125、干簧管驱动电路，21、逻辑控制电路，22、整流稳压电路，23、继电器驱动电路，31、接触器驱动电路，32、输入/输出端子电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

普通遥控开关的工作状态改变、功能变换不能够根据需要进行调整，工作模式固定，使用过程中很难进行变更；同时，作为单一的遥控开关，不具备产品信息查询、使用维护支持、关联资讯介绍，也不可能将开关扩展为一个传感节点。将开关作为一个节点，将相关被控对象通过开关节点组成局域网，使之具备相互协调、状态感知、互联互通的智能***，必将极大的扩展开关类产品单一的通/断控制功能。

本发明的目的是提供一种无源开关装置能够解决现有技术中存在的遥控开关在待机时仍然需要保持供电状态，持续耗能；普通遥控开关的工作状态调整、功能变换不能够根据需要进行调整，工作模式固定，使用过程中很难进行变更；同时，作为单一的遥控开关，不具备产品信息查询、使用维护支持、设备状态监测等功能，也不可能将开关扩展为一个传感节点等问题。

本发明提供的具有射频识别功能的无源开关装置，遥控指令由遥控器、手机、PDA、无线接入点AP等便携终端生成并发送，具有射频识别功能的无源开关装置接受指令前处于无源待机状态，接收到射频激活信号和控制指令代码后，转入有源供电状态，并执行被控对象通断电状态控制、信息感知、数据回传等操作；接收到关断指令代码后，恢复被控对象原通断电状态，停止信息感知、数据回传等功能，自身恢复无源待机状态。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例提供一种无源开关装置，请参阅图1，包括：射频模块1(图2a)和执行模块；

所述射频模块1，包括：射频前端电路121、电源管理电路123、第一线圈KR₁和中央控制逻辑电路122，所述射频前端电路121和所述电源管理电路123以及所述中央控制逻辑电路122均电连接，所述电源管理电路123和所述第一线圈KR₁电连接；所述射频前端电路121，用于接收天线11传来的感应信号，将所述感应信号处理为数据信号和能量信号，并将所述数据信号传输至中央控制逻辑电路122，将所述能量信号传输至所述电源管理电路123；所述电源管理电路123用于对所述能量信号进行能源管理，并向所述第一线圈KR₁供电；所述中央控制逻辑电路122，用于接收所述射频前端电路121处理后输出的数据信号，并判断所述数据信号的有效性；

初始状态下，所述装置处于无源状态，所述无源状态为不耗能状态，所述射频模块1和所述执行模块均不通电；当所述中央控制逻辑电路122判断出所述数据信号有效时，所述装置转为有源状态，所述射频模块1和所述执行模块均通电工作，所述射频模块1转为有源待机状态；当所述中央控制逻辑电路122判断出所述数据信号无效时，所述射频模块1返回无源待机状态；

执行模块，包括执行开关，所述执行开关串联于负载供电电路中，所述执行开关用于在所述第一线圈KR₁通电时闭合；

所述射频模块1在任何状态下均可接受并执行开机、读写以及停机指令。

作为一种可选的实施方式，所述执行模块还包括：第一开关和整流稳压电路22。这里的第一开关和整流稳压电路22属于所述执行模块中逻辑与保持模块的结构。

所述整流稳压电路22的输出端与所述电源管理电路123电连接。

所述第一开关，串联于市电与所述整流稳压电路22之间，用于在所述第一线圈通电时闭合，从而在第一开关闭合时利用市电为射频模块1提供工作电源。还需要说明的是，本实施例中，当第一开关闭合前，射频模块1通过天线11接收射频信号，天线11将射频信号转化为感应信号馈入射频前端电路121，射频前端电路121输出两路信号，其中一路是包含载波的射频能量信号，经升压整流后输出V_RF送入电源管理电路123，电源管理电路123输出V_DD作为整个射频模块1早期的工作电源。

可选的，所述射频前端电路121可包括解调器、升压整流稳压电路，负载调制电路以及时钟电路(图中未示出)，所述升压整流稳压电路可包括阻抗匹配、电荷泵整流电路。

射频前端电路121输出的另一路信号为数据信号，数据信号经解调后送到中央控制逻辑电路122，作为身份识别、指令识别与操作的依据，并进行相应的操作。

作为一种可选的实施方式，所述射频模块1还包括与所述第一线圈KR₁并列的第二线圈KR₂，本实施例中第一线圈KR₁和第二线圈KR₂均为干簧管驱动线圈，即第一线圈KR₁为第一干簧管驱动线圈KR₁，第二线圈KR₂为第二干簧管驱动线圈KR₂，本装置的射频模块1包括干簧管驱动线圈电路13。

所述执行模块还包括第二开关，所述第二开关与所述第一开关串联；其中，第一开关为与所述第一干簧管驱动线圈KR₁对应的常开触点KR₁，第二开关为与所述第二干簧管驱动线圈KR₂对应的常闭触点KR₂。

所述中央控制逻辑电路122还用于控制所述电源管理电路123向干簧管驱动电路125供电，所述干簧管驱动电路125向所述第一干簧管驱动线圈KR₁和第二干簧管驱动线圈KR₂供电，所述常开触点KR₁用于在所述第一干簧管驱动线圈KR₁通电时闭合，所述常闭触点KR₂用于在所述第二干簧管驱动线圈KR₂通电时断开。

可选的，所述执行模块包括：逻辑与保持模块2(图2c)和开关模块3(图2b)；

所述逻辑与保持模块2包括逻辑控制电路21、所述整流稳压电路22和继电器驱动电路23；所述逻辑控制电路21，与所述整流稳压电路22串接，包括常开触点KR₁、常闭触点KR₂以及与所述常开触点KR₁并联的继电器第一常开触点KA；所述继电器驱动电路23，与所述整流稳压电路22串接，包括继电器KA线圈；所述继电器KA线圈用于当所述常开触点KR₁闭合时通电；所述继电器第一常开触点KA用于当所述继电器线圈通电时实现自锁；

所述开关模块3包括所述执行开关、所述执行开关对应的线圈、以及继电器KA第二常开触点；更具体的，所述开关模块可包括输入/输出端子电路32和接触器驱动电路31，其中输入/输出端子电路32包括所述执行开关、负载和电源(市电)，接触器驱动电路31包括所述执行开关对应的线圈、以及继电器KA第二常开触点。

本实施例中，所述执行开关对应的线圈可为接触器KM线圈，所述执行开关可为接触器KM常开触点；所述继电器KA第二常开触点，与所述接触器KM线圈串联，用于当所述继电器KA线圈通电时闭合；所述接触器KM线圈用于当所述继电器KA第二常开触点闭合时通电。

上述继电器可采用高灵敏度电磁驱动干簧管继电器，干簧管有效长度L不小于40mm，腔体直径D不大于2mm，使得干簧管对驱动功率的要求非常低。

可选的，本装置中的射频前端电路121、电源管理电路123、干簧管驱动电路125和中央控制逻辑电路122均可设置于射频收发芯片12中(图3)；所述射频收发芯片12设置于所述射频模块1中，且与所述11串接。

作为一种可选的实施方式，本装置的射频收发芯片12还包括存储器124；

所述存储器124中保存自身ID号、地址以及配置信息数据；

当所述射频模块1的11接收到读指令时，所述中央控制逻辑电路122从所述存储器124的指定单元中读取数据返回给终端；当所述射频模块1接收到写指令时，所述中央控制逻辑电路122将所述终端发送来的数据写入所述存储器124中的指定单元。

本装置可结合对应开发的手机APP和AP应用(参见图9)。通过手机或手机+AP可进行室内短距离遥控操作，通过手机+互联网+AP进行室外远距离遥控操作。

需要注意的是，本发明提供的开关装置根据被控对象工作环境，可灵活选择天线11类型。即不同的应用场合，可以采用不同的天线11配置，如微带天线、抛物面天线、螺旋天线、阵列天线等，最大限度的提高射频信号的接收效率，以提高遥控距离。

可选的，所述天线接收的射频信号采用2.400GH_Z～2.4835GH_Z频段，从而使得本装置可以通过AP(WIFI路由器)实现控制功能，方便接入物联网实现智能控制。

可选的，所述终端到所述装置的射频信号传输采用曼切斯特编码；所述装置到所述终端的射频信号传输采用双向空间编码。由于本装置初始处于无源待机状态，需要遥控器发送足够的射频能量激活所述射频模块1工作，曼切斯特编码不仅可以保证在连续传输0的时候也能传输射频能量，同时也能够提供时钟信息，可以简化所述射频模块1的结构和降低功耗；当局部存在多个开关装置时，遥控器需要对接收的开关装置返回的码流进行碰撞检测，并采用防碰撞算法进行信息接收，双向空间编码具有很强的编码检错能力，可以进一步简化了所述射频模块1的结构和降低功耗。同时，可以利用符合ISO18000-4标准的普通读写器读取相关信息。

可选的，本装置中前向通道采用高斯最小频移键控调制方式，反向通道采用二进制相移键控调制方式，能够提高数字移动通信的频谱利用率和通信质量，可以利用符合ISO18000-4标准的普通读写器读取相关信息，其中，前向通道为终端到装置，反向通道为装置到终端。

作为一种可选的实施方式，本发明提供的开关装置还可以接入各种传感器，实现环境监控与信息感知。

具体的，针对传感器交直流供电不同，接入方法有2种：

(1)交流供电传感器

传感器的供电端接图2b开关模块3中L₃和L₄，与负载灯并联；传感器的数据端接图3中的TX和RX数据端。传感器通电启动后，与射频收发芯片12中的中央控制逻辑进行通信，采集传感信息，并通过射频前端电路121和天线11上传数据。

(2)直流供电传感器

传感器的供电端接图2c逻辑控制模块中的V_BC和地；传感器的数据端接图3中的TX和RX数据端。传感器通电启动后，与射频收发芯片12中的中央控制逻辑进行通信，采集传感信息，并通过射频前端电路121和天线11上传数据。

本实施例通过接入传感器可以对被控对象的所处环境、工作状态进行监控，获取相关信息。

本实施例中的整个装置在初始状态下，称为无源状态，此时射频模块1、逻辑与保持模块2和开关模块3均处于无源待机状态，射频模块1接收并执行开机指令后，整个装置转为有源状态，此时逻辑与保持模块2通电工作、开关模块3通电工作、射频模块1转为有源待机状态，射频模块1在任何状态下均可接收并执行开机、读写、停机三类指令。

下面详细介绍本装置三个状态的执行过程。

无源开关装置的开机指令执行过程为：

请参阅图1，整个装置通常处于无源状态下，射频模块1的天线11接收到遥控器等发射来的射频信号产生感应信号V_TX并将其馈入射频收发芯片12的射频前端电路121，射频前端电路121输出两路信号(实际还应包含时钟输出信号，用于同步控制)，一路是解调后的数据信号送中央控制逻辑电路122，作为身份识别、指令识别与操作的依据；另一路是包含载波的射频能量信号，经升压整流后输出V_RF送入电源管理电路123，电源管理电路123输出V_DD作为整个射频模块1的早期工作电源(如图3所示)，射频模块1从接收到遥控器等发射来的射频信号开始，由无源待机状态转入下列2个流程之一：①被激活→自主供电→身份识别→指令识别→身份识别或指令识别无效，返回无源待机状态；②被激活→自主供电→身份识别→指令识别→身份识别和指令识别均有效，执行指令→转入有源待机状态。

开机指令执行过程：

中央控制逻辑电路122执行开机指令的结果是，控制干簧管驱动电路125对第一干簧管驱动线圈13中的KR₁供电，在电磁吸力作用下，逻辑与保持模块2中的KR₁常开触点闭合，接通负载供电电源向逻辑与保持模块2供电。

KR₁常开触点闭合，逻辑与保持模块2通电，逻辑与保持模块2中的继电器KA线圈通电，并由继电器KA的常开触点之一短路KR₁常开触点实现自锁(继电器KA有二个常开触点，其一位于逻辑与保持模块2中，用于自锁；其二位于开关模块3中，用于接触器KM线圈通/断电控制)，逻辑与保持模块2输出持续、稳定的V_BC作为射频收发芯片12中的电源管理电路123的另一路输入信号，电源管理电路123输出V_DD作为射频模块1的工作电源(如图5所示，这里，由于V_RF的快速衰减，电源管理电路123由短暂的V_RF和V_BC双路供电单路输出V_DD状态，自动转为V_BC单路供电单路输出V_DD状态)；同时，处于开关模块3中的继电器KA另一常开触点闭合，开关模块3中的接触器KM线圈通电，接触器KM常开触点闭合，负载通电启动并运行(该状态下，整个装置的射频模块1、逻辑与保持模块2、开关模块3均由负载电源供电)，射频模块1转入有源待机状态。

射频模块1在有源待机状态下，可随时接收并响应遥控器发出的各种指令(指令帧)，如关机指令、读写指令等。

关机指令执行过程为：

整个装置通常处于有源状态下，中央控制逻辑执行关机指令的结果是，通过干簧管驱动电路125对第二干簧管驱动线圈KR₂供电，在电磁吸力作用下，逻辑与保持模块2中的KR₂常闭触点断开，断开负载电源对逻辑与保持模块2的供电，逻辑与保持模块2失电，KA线圈断电，KA常开触点恢复常开，自锁状态解除，V_BC输出为零，V_DD输出为零，射频模块1恢复无源待机状态；开关模块3中的KM线圈断电，KM常开触点恢复常开，负载断电停机(射频模块1、逻辑与保持模块2、开关模块3均断电待机)。

读写指令执行过程：

读写类指令在无源状态或有源状态下均可执行，执行读写类指令只涉及射频模块1内部操作而无有源或无源状态转换，不涉及逻辑与保持模块2和开关模块3的操作与状态变换，读写类指令包括：①读指令，从射频收发芯片12的存储器124指定单元中读取数据返回给遥控器，②写指令，将遥控器发送来的数据写入射频收发芯片12的存储器124中的指定单元。

射频模块1处于无源待机状态或有源待机状态，射频模块1的天线11接收到遥控器等发送来的射频信号产生感应信号V_TX并将其馈入射频收发芯片12的射频前端电路121，射频前端电路121输出两路信号，一路是解调后的数据信号送中央控制逻辑电路122，作为身份识别、指令识别与操作的依据，并进行相应的操作控制；另一路是包含载波的射频能量信号，经升压整流后输出V_RF送入电源管理电路123，电源管理电路123输出V_DD作为整个射频模块1的工作电源，如图3所示，指令执行完成后射频模块1自动转入无源待机状态。如图2所示，L₁～L₅是整个装置的连接端子(管脚)标识，其中L₁和L₂接电源，L₃和L₄接负载，L₅和L₂用于低压直流供电负载应用(如DC 5V)。

本发明提供的开关装置，可应用于交、直流负载的开关控制、身份识别、信息感知等，装置受射频信号控制，可识别控制指令的有效性与类型，开关断开待机时装置处于无源不耗能状态，开关闭合接通负载后装置转成有源供电，开关再次断开后恢复无源状态，可通过遥控器、手机、WIFI模块等实现遥控操作，射频信号频段灵活可选。

为使本发明的方案更加清楚，下面列举一实例进行说明。

打开遥控器或手机遥控应用APP应用界面，发送控制指令，处于遥控器作用范围或AP覆盖范围的各具有射频识别功能的无源开关装置被激活，从待机状态进入激活状态，并且开始上电复位，随时准备执行各种控制指令。

遥控器或手机发送指令或数据的格式如图8a)、b)所示，前导码检测域为持续时间至少为400μs的稳定载波，该载波以及后续的射频信号经射频模块1中的射频前端和电源管理电路123处理后，输出V_DD作为射频模块1的电源，激活射频模块1开始工作(实际是激活射频收发芯片12并开始工作)，如图5所示，前导码检测域主要提供射频能量，随后各域既传输数据也传输射频能量。

射频模块1被激活后，紧接着进行双方的身份识别(遥控器方和本装置方)，然后进行ID号或地址识别以确认指令接收者，若非自身控制指令则进入待机状态，若确认是自身控制指令则进入指令执行过程环节。

开机指令执行过程：射频收发芯片12的中央控制逻辑控制干簧管驱动电路125，使得第一干簧管驱动线圈KR₁通电，对应逻辑与保持模块2中的干簧管KR₁的常开触点闭合，继电器KA线圈通电，KA常开触点闭合短接KR₁的常开触点实现自锁(随着时间的推移，储能电容C_L的供电能力下降，KR₁线圈产生的电磁吸力下降，KR₁的常开触点释放恢复常开，但由于自锁的作用，继电器KA线圈任然保持通电状态)，开关模块3中的KA继电器另一个常开触点闭合，接触器KM线圈通电，KM常开触点闭合，接通被控负载的供电回路，启动负载开机运行。同时，逻辑与保持模块2中的整流堆VC受电开始工作并提供持续稳定的输出电压V_BC，射频模块1的射频收发芯片12检测到V_BC后，其电源管理电路123将供电由初期的V_RF转换为V_BC供电，持续为芯片和射频模块1提供稳定的电源V_DD。负载正常工作运行状态，本装置的供电是通过开关模块3取自于负载供电回路，经由逻辑与保持模块2的整流、稳压后，最后通过射频模块1的电源管理电路123输出V_DD，实现本装置的持续、稳定供电，该阶段，射频模块1保持与遥控器的双向通信(此时，相当于射频模块1处于有源待机状态)。

关机指令执行过程：射频收发芯片12的中央控制逻辑控制干簧管驱动电路125，使得第二干簧管驱动线圈KR₂通电，对应逻辑与保持模块2中的单簧管KR₂的常闭触点断开，继电器KA线圈断电，处于逻辑与保持模块2中的KA常开触点恢复常开解除自锁，处于开关模块3中的KA常开触点恢复常开，接触器KM线圈断电，KM常开触点恢复常开，切断负载供电，本装置恢复无源待机状态。

如图3所示，射频收发芯片12由射频前端电路121、电源管理电路123、中央控制逻辑电路122、存储器124和干簧管驱动电路125组成，由天线11接收并馈入的射频信号V_TX经射频前端倍压整流后形成直流V_RF进入电源管理电路123，电源管理电路123输出V_DD作为射频收发芯片12的早期供电电源(干簧管继电器KR₁的常开触头一旦闭合，KA继电器通电并自锁，后期的输出V_DD则由来自逻辑与保持模块2的V_BC提供电源)，中央控制逻辑承担本装置和遥控器的身份识别、指令类型识别、指令响应操作控制等任务，存储器124保存自身ID号、地址、配置信息等数据，干簧管驱动电路125在中央控制逻辑电路122的控制下实现对干簧管的通、断驱动控制。

如图4所示，采用Dickson倍压整流结构产生直流电源V_RF，多级电荷泵电路对天线11接收到的射频信号进行倍压整流，MOS管采用二极管接法，输出电压与输入电压的关系为

V_RF＝N(V_in-V_th)

其中N是倍压级数，V_in是输入端的射频信号电压幅值，V_th是MOS管的阈值电压(优化后N取4～6)。

如图5所示，电源管理电路123有2个输入端，分别来自图4中的V_RF和来自逻辑与保持模块2的V_BC，射频收发模块被激活并开始工作的早期，V_BC为零，电源管理电路123由V_RF供电，射频收发模块完成身份认证(ID身份识别或地址识别)转入指令执行阶段后，V_RF供电能力迅速下降，而此时V_BC已有效建立并接替V_RF为整个装置持续供电(即前期的V_DD由V_RF供电，接着V_DD转换为由V_BC供电)，V_BC取自于负载电源，故保证了持续、稳定的供电。电源管理电路123由NMOS₃的断通来选通V_RF和V_BC，NMOS₃截止时选通V_RF供电，NMOS₃导通时选通V_RF和V_BC共同供电，随着V_RF供电能力的下降，转为V_BC持续供电。为了防止NMOS₃漏电，需要把NMOS₃的底衬连接到V_RF和V_BC两者中电压较高的一个，电路设置了由NMOS₁和NMOS₂的组成的防泄漏保护电路。基准电压源电路采用三个同样宽长比的PMOS管，三者均处于饱和工作状态，调节R₄/R₂与R₄/R₁的值(电路中取值R₁＝R₃)，就可以得到零温度系数的电压输出值。晶体管Q₁、Q₂为使用标准CMOS工艺制造的NPN纵向三极管，Q₂＝AQ₁，A为Q₂和Q₁的发射极面积的比。电源管理电路的工作流程如下：

(1)遥控器发送启动指令，携带指令帧的射频信号作用于本装置的天线11，倍压后产生V_RF。

(2)此时电源管理电路输入端处于V_RF高电平而V_BC低电平状态，NMOS₃截止时选通V_RF供电，输出V_DD。

(3)在中央控制逻辑的控制下，常开触点KR₁闭合，KA通电并自锁，整流稳压电路22启动并输出V_BC。

(4)此时源管理电路输入端处于V_RF高电平和V_BC高电平状态，NMOS₃导通时选通V_RF和V_BC共同供电，输出V_DD。

(5)随后，源管理电路输入端处于V_RF低电平和V_BC高电平状态，NMOS₃导通时实际由V_BC单独供电，输出V_DD。

(6)遥控器发送关闭指令，常闭触点KR₂断开，KA断电并解除自锁，整流稳压电路22断电停止输出V_BC。

(7)电源管理电路123失电，无V_DD输出，恢复初始状态。

如图6所示，干簧管驱动电路125由两个分别受控于中央控制逻辑的开关和接线端子KR₁、KR₂组成，中央控制逻辑根据接收到的控制指令输出选通控制信号，对应的开关闭合，输出电压V_DD，实现驱动功能。

如图7所示，线圈匝数N越大、有效长度L越大、直径D越小，继电器灵敏度越高，但装置的体积也越大。

如图8所示，遥控器或手机或AP转发的遥控信息包含两部分，第一部分是开机指令，激活射频模块1，闭合接触器KM常开触头，启动负载，同时将无缘供电状态转为有源供电状态，指令帧格式如图8a)所示；第二部分是读写指令，执行ISO18000-4标准，指令帧格式如图8b)所示。

如图8a)所示，为了降低射频模块1的功耗，开机指令不含校验码，无需射频模块1校验、请求重发操作，所以采用以随机间隔时间连续发送3次方式，随机间隔重发具有防碰撞功能，间隔时间内发送连续的载波以持续传输射频能量。开机指令帧格式如图8a)所示，各域信息说明如下：

(1)前导码检测域，n个字节，为持续时间不少于400μs的载波。

(2)同步字域，2个字节，用于收发同步。

(3)源地址域，2个字节，用于遥控器、手机等身份识别。

(4)目标地址域，1个字节，用于接收端身份识别。

(5)命令域，1个字节，用于指令识别。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种无源开关装置，其特征在于，所述装置包括：射频模块和执行模块；

所述射频模块包括：射频前端电路、电源管理电路、第一线圈和中央控制逻辑电路；所述射频前端电路和所述电源管理电路以及所述中央控制逻辑电路均电连接，所述电源管理电路和所述第一线圈电连接；所述射频前端电路，用于接收天线传来的感应信号，将所述感应信号处理为数据信号和能量信号，并将所述数据信号传输至中央控制逻辑电路，将所述能量信号传输至所述电源管理电路；所述电源管理电路，用于对所述能量信号进行能源管理，并向所述第一线圈供电；所述中央控制逻辑电路，用于接收所述射频前端电路处理后输出的数据信号，并判断所述数据信号的有效性；

初始状态下，所述装置处于无源状态，所述无源状态为不耗能状态，所述射频模块和所述执行模块均不通电；当所述中央控制逻辑电路判断出所述数据信号有效时，所述装置转为有源状态，所述射频模块和所述执行模块均通电工作，所述射频模块转为有源待机状态；当所述中央控制逻辑电路判断出所述数据信号无效时，所述射频模块返回无源待机状态；

所述执行模块包括执行开关，所述执行开关串联于负载供电电路中，所述执行开关用于在所述第一线圈通电时闭合；

所述射频模块在任何状态下均可接受并执行开机、读写以及停机指令；

所述执行模块还包括：设于逻辑与保持模块中的第一开关和整流稳压电路；

所述第一开关，串联于市电与所述整流稳压电路之间，用于在所述第一线圈通电时闭合；

所述整流稳压电路的输出端与所述电源管理电路电连接；

所述射频模块还包括与所述第一线圈并列的第二线圈；

所述执行模块还包括第二开关，所述第二开关与所述第一开关串联；所述中央控制逻辑电路用于控制所述电源管理电路向所述第一线圈和所述第二线圈供电，所述第二开关用于在所述第二线圈通电时断开；

所述执行模块中的所述逻辑与保持模块包括设有所述第一开关的逻辑控制电路、整流稳压电路和继电器驱动电路；所述逻辑控制电路，与所述整流稳压电路串接，还包括、第二开关以及与所述第一开关并联的继电器第一常开触点；所述继电器驱动电路，与所述整流稳压电路串接，包括继电器线圈；所述继电器线圈用于当所述第一开关闭合时通电；所述继电器第一常开触点用于当所述继电器线圈通电时实现自锁；

所述执行模块中的开关模块包括所述执行开关、所述执行开关对应的线圈、以及继电器第二常开触点；所述继电器第二常开触点，与所述执行开关对应的线圈串联，用于当所述继电器线圈通电时闭合；所述执行开关对应的线圈用于当所述继电器第二常开触点闭合时通电。

2.根据权利要求1所述无源开关装置，其特征在于，还包括传感器；所述传感器，用于实现环境监控与信息感知，包括交流供电传感器或直流供电传感器；

当所述传感器为交流供电传感器时，所述传感器的供电端与所述负载并联，所述传感器的数据端与所述中央控制逻辑电路连接；

当所述传感器为直流供电传感器时，所述传感器的供电端与所述继电器驱动电路中的继电器线圈并联，所述传感器的数据端与所述中央控制逻辑电路连接。

3.根据权利要求1所述无源开关装置，其特征在于，所述射频模块还包括存储器；

所述存储器中保存自身ID号、地址以及配置信息数据；

当所述射频模块接收到读指令时，所述中央控制逻辑电路从所述存储器的指定单元中读取数据返回给终端；当所述射频模块接收到写指令时，所述中央控制逻辑电路将所述终端发送来的数据写入所述存储器中的指定单元。

4.根据权利要求3所述无源开关装置，其特征在于，所述天线接收的射频信号采用2.400GH_Z～2.4835GH_Z频段。

5.根据权利要求4所述无源开关装置，其特征在于，所述终端到所述装置的射频信号采用曼切斯特编码；所述装置到所述终端的射频信号传输采用双向空间编码。

6.根据权利要求5所述无源开关装置，其特征在于：前向通道采用高斯最小频移键控调制方式，反向通道采用二进制相移键控调制方式；所述前向通道为所述终端到所述装置的通道，所述反向通道为所述装置到所述终端的通道。

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