CN206919129U - 一种电源可调的开关型室温控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源可调的开关型室温控制器，包括温控主板、灯具接线端子、开关主板、MCU芯片、无线模块、低电检测模块、灯具开关模块和电量存储模块；其特征在于该控制器还包括开态单火取电转换模块和关态单火取电转换模块；所述开态单火取电转换模块和关态单火取电转换模块连接于开关主板上；所述开态单火取电转换模块和关态单火取电转换模块通过开关主板与电量存储模块连接。该控制器通过针对取电电路设计的开态单火线取电转换模块和关态单火线取电转换模块，将输出电压在3.3V‑3.6V范围可调，即当输出电压下降时可实时进行供电调节，从而可以改善数据传输距离短的限制。

Description

一种电源可调的开关型室温控制器

技术领域

本实用新型涉及供热节能远程监控领域，具体是一种电源可调的开关型室温控制器，用于供热节能的智能调控及数据信息远程传输。

背景技术

冬季北方地区采用集中供热的方式为住户提供保证生活所需的室内温度。近年来随着城市居民住宅量增加，同时由供热排放等因素所引发的大气污染日趋严重，采取有效的节能减排方式成为当下供暖工作的重中之重。

目前社会上供暖方式多采用粗放式的集体供暖方法，住户家中对室温的需求值不能得到有效的采集与利用。同时住户无法根据自家实际情况自动对供热管道进行有效的关闭与开启操作，导致居民家中无需供热时，同样消耗大量热量，同时供热公司无法根据居民现住房内实际温度值来调节供暖量的多少，导致资源的极大浪费。

已有的开关型室温控制器的安装解决了保留热用户的原室内装修不变的情况下，实现热用户对室内温度的任意调节，解决了部分用户随意移动控制器造成的测温不准。已有的开关型室温控制器利用原电源开关内的供电线路，采用单火线取电技术，为室温控制器提供供电电源，解决了热用户电池没电时更换电池的繁琐。但是该开关型室温控制器虽然采用单火线取电技术，但用于无线温度采集部分的输入电压只能固定为DC3.3V，导致无线模块发送时的电压最大只能提供DC3.0V，当热用户室内安装室温控制器距离管道井内安装数据接收装置较远时，无线模块发送电压过低进而不能保证数据传输的可靠性，不能保证数据上传到热力公司监控中心平台的可靠性，已有的开关型室温控制器不能保证室温数据信息的可靠远传，从而不能保证正确地指导换热站或热源工况进行最佳节能控制。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种电源可调的开关型室温控制器。该控制器通过针对取电电路设计的开态单火线取电转换模块和关态单火线取电转换模块，将输出电压在3.3V-3.6V范围可调，即当输出电压下降时可实时进行供电调节，从而可以改善数据传输距离短的限制。输出电压转换同时包含过流、过压、过功率等一系列保护及控制电路。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种电源可调的开关型室温控制器，包括温控主板、灯具接线端子、开关主板、MCU芯片、无线模块、低电检测模块、灯具开关模块和电量存储模块；所述MCU芯片、无线模块和低电检测模块连接于温控主板上；所述MCU芯片通过温控主板分别与无线模块和低电检测模块连接；所述温控主板与开关主板连接；所述灯具开关模块、电量存储模块和灯具接线端子连接于开关主板上；其特征在于该控制器还包括开态单火线取电转换模块和关态单火取电转换模块；所述开态单火线取电转换模块和关态单火取电转换模块连接于开关主板上；所述开态单火线取电转换模块和关态单火取电转换模块通过开关主板与电量存储模块连接；所述开态单火线取电转换模块在灯具开启状态下进行电量采集工作，并将所采集的电量存储到电量存储模块中，为***供电；所述关态单火取电转换模块在灯具关闭状态下进行电量采集工作，并将所采集的电量存储到电量存储模块中，为***供电。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

该控制器通过针对取电电路设计的开态单火线取电转换模块和关态单火线取电转换模块，将输出电压在3.3V-3.6V范围可调，即当输出电压下降时可实时进行供电调节，从而可以改善数据传输距离短的限制；输出电压转换同时包含过流、过压、过功率等一系列保护及控制电路。

该控制器采用单火线取电原理，克服了控制器频繁更换电池的弊端；该控制器固定于墙体标准开关上，避免了用户将控制器私挪的现象；该控制器保留了原有开关的功能特性，控制器可直接替换原有开关；该控制器具有无线通信能力，可以实现远程控制对应阀门进行开关操作的功能；该控制器配有显示模块以及按键，可以实现良好的人机交互功能；该控制器装有高精度测温原件， 可以实现环境温度测量功能；该控制器配有触控按键以及声光提示功能。

附图说明

图1为本实用新型电源可调的开关型室温控制器一种实施例的内部整体结构后视示意图；

图2为本实用新型电源可调的开关型室温控制器一种实施例的内部整体结构主视示意图；

图3为本实用新型电源可调的开关型室温控制器一种实施例的整体结构主视示意图；

图4为本实用新型电源可调的开关型室温控制器一种实施例的整体结构后视示意图；

图5为本实用新型电源可调的开关型室温控制器一种实施例的整体结构左视示意图；

图6为本实用新型电源可调的开关型室温控制器一种实施例的模块连接示意图；

图7为本实用新型电源可调的开关型室温控制器一种实施例的单火取电及电源可调功能实现的原理示意图；(图中1、前盖；2、后盖；3、温控主板；4、显示器；5、温控按键；6、灯控按键；7、灯具接线端子；8、天线；9、开关主板；10、温度传感器；11、第一透气孔；12、安装孔；13、第一连接器；14、第二连接器；15、第二透气孔；101、MCU芯片；102、无线模块；103、低电检测模块；104、灯具开关模块、105、开态单火线取电转换模块；106、电量存储模块；107、关态单火线取电转换模块；201、开态降压电路；202、开态整流电路；203、LDO稳压电路；204、电压检测电路；301、关态整流电路；302、电流采样电路；303、高频变压器；304、输出整流电路；305、过流反馈电路；306、高频开关电路；307、电压反馈电路；308、开关控制电路)

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种电源可调的开关型室温控制器(参见图1-7，简称控制器)，包括前盖1、后盖2、温控主板3、显示器4、温控按键5、灯控按键6、灯具接线端子7、天线8、开关主板9、温度传感器10、第一透气孔11、安装孔12、第一连接器13、第二连接器14、第二透气孔15、MCU芯片101、无线模块102、低电检测模块103、灯具开关模块104、开态单火线取电转换模块105、电量存储模块106和关态单火线取电转换模块107；

所述前盖1和后盖2卡扣连接，组成控制器的主体外壳；所述温控主板3通过卡扣或螺钉固定于前盖1内，主要负责采集温度、显示数据、无线数据传输、温度设定；所述显示器4、温控按键5和灯控按键6焊接于温控主板3上，位于前盖1的相应预留位置上；显示器4用于显示相关温度等信息；灯控按键6为触摸式按键，用户可在现场进行开关灯操作；温控按键5为机械按键，主要进行设定温度操作以及显示信息查询操作；所述前盖1上开有第一透气孔11和第二透气孔15，第一透气孔11和第二透气孔15开在前盖1的长方体结构不同的面上，使温度传感器10具有更好的通风效果，测量的温度更准确；温度传感器10焊接在温控主板3上，安装位置在前盖1对应的第一透气孔11和第二透气孔15处，进行环境温度测量工作，保证控制器测量的温度与实际室温一致；

所述MCU芯片101、无线模块102、低电检测模块103和第一连接器13焊接于温控主板3上；MCU芯片101通过温控主板3分别与无线模块102、低电检测模块103、灯控按键6、温度传感器10、温控按键5和显示器4连接；低电检测模块103实时检测温控主板3对无线模块102的供电电压，当检测到的电压低于设定值时，通过温控主板3向MCU芯片101发出信号；MCU芯片101接收电压低信号后，通过开关主板9向电量存储模块106发出指令，自动调整温控主板3的供电电压；同时MCU芯片101在显示器4上显示低电提醒标志，同时禁止无线模块102的通信操作以节省电量，并且防止电压低时MCU芯片101的不可靠工作；MCU芯片101实时读取并存储温度传感器10测量的温度值，为MCU芯片101通过无线模块102向管井内的通断控制器提供开关阀门判断依据；

所述天线8位于前盖1内，天线8通过无线模块102与温控主板3电连接，MCU芯片101通过无线模块102控制天线8，天线8具有接收和发射信号的功能；所述开关主板9通过螺钉固定于后盖2内，主要负责灯具的控制、单火线取电转换和电量存储；所述灯具开关模块104、开态单火线取电转换模块105、电量存储模块106、关态单火取电转换模块107、灯具接线端子7和第二连接器14焊接于开关主板9上；开关主板9通过接线端子7与原来标准开关内部的灯具电线进行连接进行单火取电，同时控制灯具开关操作；所述温控主板3通过第一连接器13、第二连接器14和灯具接线端子7与开关主板9连接；灯具开关模块104通过第一连接器13和第二连接器14之间的连接线接收温控主板3下发的开关灯状态信号来进行现场灯控操作；所述安装孔12安装于后盖2上，利用自攻螺丝通过安装孔12将整个控制器安装到标准开关面板预留墙体内；

开态单火线取电转换模块105在灯具开启状态下(开态取电)进行电量采集工作，并将所采集的电量存储到电量存储模块106中，为***供电；关态单火取电转换模块107在灯具关闭状态下(关态取电)进行电量采集工作，并将所采集的电量存储到电量存储模块106中，为***供电。

所述开态单火线取电转换模块105包括开态降压电路201、开态整流电路202、LDO稳压电路203和电压检测电路204；所述关态单火线取电转换模块107包括关态整流电路301、电流采样电路302、高频变压器303、输出整流电路304、过流反馈电路305、高频开关电路306、电压反馈电路307和开关控制电路308；所述灯具开关模块104分别与开态降压电路201和关态整流电路301连接；开态降压电路201与开态整流电路202连接，开态整流电路202与LDO稳压电路203连接，LDO稳压电路203分别与输出整流电路304、电量存储模块106连接；所述电压检测电路204分别与电量存储模块106、LDO稳压电路203和开关控制电路308连接；所述关态整流电路301与电流采样电路302连接，电流采样电路302分别与高频变压器303和过流反馈电路305连接，高频变压器303分别与输出整流电路304和高频开关电路306连接，输出整流电路304与电压反馈电路307连接，所述开关控制电路308分别与过流反馈电路305、高频开关电 路306和电压反馈电路307连接；

所述开态降压电路201用于在开态取电时将输入电压进行降压以免高压烧毁后续电路，作为电路保护单元；将电压降到10V以内，一方面保护后续电路不被烧毁，另一方面为后续的二次降压提供稳定的电能。

所述开态整流电路202用于在开态取电时将低压交流电转换为直流电，以供后续取电部分使用。

所述LDO稳压电路203用于将低压电进行二次降压，使电压降到MCU芯片等后续电路正常工作相对安全的范围内后输送给电量存储模块106。

所述电压检测电路204用于对电量存储模块106所存储的电量电压进行测量，当电量存储模块106上电压降到一定程度后开启快冲模式，具体实现分别通过控制LDO稳压电路203或开关控制电路308得以实现。

所述关态整流电路301用于在关态取电时将交流市电转换为直流电以供后续电路进行取电操作。

所述电流采样电路302用于在关态取电时对取电电流进行实时检测。

所述高频变压器303用于在关态取电时将电能转化为磁能，再由磁能转换为电能。

所述输出整流电路304用于将高频变压器303转移过来的交流电能进行整流滤波操作使其转换为直流电，以供后续电路使用。

所述过流反馈电路305用于在关态取电时对电流采样电路302测量得到的取电电流进行判断，当电流超过预设的安全值时，将信号传送给开关控制电路308进行相应操作，使取电电流下降，确保关态取电时不会因电流过大导致灯具点亮。

所述高频开关电路306用于产生高频开关操作，控制流过高频变压器303的电流进行开启和关断操作。

所述电压反馈电路307用于测量输出整流电路所产生的电压值，将测量得到的电压值信号反馈给开关控制电路308。

所述开关控制电路308用于产生高频开关频率及占空比信号，从而控制高 频开关电路306进行开通和关断，以实现高频变压器303的储能和电能转移操作。开关控制电路308可以接收到过流反馈电路305和电压反馈电路307的反馈信息，从而对频率和占空比进行调节以适应电路需求。

所述温控主板3的供电电压可自动控制在3.3V-3.6V的范围内。

所述MCU芯片101的型号为MSP系列、51系列、PIC系列、AVR系列或Cortex系列。

本实用新型电源可调的开关型室温控制器的工作原理和工作流程是：整个控制器通过后盖2固定到室内标准开关的固定口处，后盖2上开有安装孔12，后盖2固定好后，将开关主板9与温控主板3连接好，将前盖1扣在后盖2上，整个控制器固定在房间墙体上。显示器4用于显示室温信息，所述温控按键6为三个按键，用于控制器工作状态切换、参数设置与查询。所述灯控按键5为三个触控按键，用于对灯具的控制。

通过温控按键6设置用户舒适的温度设定值，温度传感器10采集室内温度，将温度信号转换为电信号后传送给MCU芯片101。MCU芯片101将电信号量的温度值转换为数字量信息，通过显示器4显示给用户；之后MCU芯片101通过无线模块102控制天线8，天线8与用户单元楼中的管井内对应的通断控制器通信实现信息传送(通断控制器与本控制器一对一双向无线通信)，根据当前室温和设置室温的关系，从而控制通断控制器阀门的开启与关闭操作，以达到调节室内温度的目的；同时无线模块102还能收集通断控制器阀门的启闭状态信息，通过MCU芯片101在显示器4上显示。

开态取电过程：当电路处于开态时灯具开关模块104导通，此时开态压降电路201由于电路导通得到了220V的高压交流电。为保护后续电路免于高压电产生的器件烧毁现象，在取得高压电时开态降压电路201将高压电转换为10V以内的低压电。降压后的低压交流电通过开态整流电路202产生可供后续电路使用的直流电。此时产生的直流电对于MCU芯片101等用电单元来说依然偏高，因此电流再次进过LDO稳压电路203使电压最终输出3.6V。最终输出的电能存储到电量存储模块106中，为后续电路提供持续的电能。电压检测电路204实 时测量电量存储模块106上的电压值，当测得的电压值低过一定安全值后，将信号传送给LDO稳压电路203，LDO稳压电路203在得到信号后采取旁路直充方式实现快冲功能，令电量存储模块106上的电压快速上升到安全值以上。当电量存储模块106上电压恢复安全值后，电压检测电路204将信号切断，从而使LDO稳压电路203关闭旁路直充模式。

当电路处于关态时为不使灯具点亮，线路中不能存在大电流，灯具开关模块104处于关闭状态，开态降压电路201得不到电压，因此无法通过开态取电来获取电量。此时需要为后续电路供电量同时也要防止灯具在取电时点亮的现象，因此设计开发出关态单火取电转换模块107，关态单火取电转换模块107主要优势在于取电过程中电路不存在大电流，因为没有大电流存所以灯具也就不存在点亮现象。同时关态单火取电转换模块107采用开关电源形式，使输出电压可调，从而实现3.6V电压输出功能，确保后面无线通信时产生的压降不足以影响电路通信的可靠性。

关态取电过程：灯具开关模块104处于关闭状态时关态整流电路301将交流220V电压转换为直流电，转换后的直流电经过电流采样电路302传输到高频变压器303中，高频变压器303通过高频开关电路306控制产生不同频率和占空比的通断现象，在不停的通断过程中高频变压器303将流经电流采样电路302而来的高压电转换成低压交流电，然后通过输出整流电路304将输出的交流电转换为直流电传送给LDO稳压电路203。开关控制电路308产生高频信号驱动高频开关电路306进行上述操作。开关控制电路308产生开关信号的频率高低以及占空比大小主要受过流反馈电路305、电压反馈电路307和电压检测电路204的影响。当过流反馈电路305测得取电电流过大时，将所得信号传输给开关控制电路308对高频开关电路306做调整，使电流下降以避免灯具点亮现象。电压反馈电路307作为输出反馈，主要是测量输出整流电路304的电压值，通过将输出电压值信息反馈给开关控制电路308以实现开关状态调节，避免出现过高或过低的电压输出现象。电压检测电路204主要测量电量存储模块106的电量，当无线通信等操作时产生的电量存储模块106电压急剧下降时电压检测 电路204及时快速将此现象反馈给开关控制电路308，从而使开关控制电路308处于一个快速充电的模式使输出电量快速提升，以减缓电量存储模块106电压的下降带来的不良影响。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (6)

1.一种电源可调的开关型室温控制器，包括温控主板、灯具接线端子、开关主板、MCU芯片、无线模块、低电检测模块、灯具开关模块和电量存储模块；所述MCU芯片、无线模块和低电检测模块连接于温控主板上；所述MCU芯片通过温控主板分别与无线模块和低电检测模块连接；所述温控主板与开关主板连接；所述灯具开关模块、电量存储模块和灯具接线端子连接于开关主板上；其特征在于该控制器还包括开态单火线取电转换模块和关态单火线取电转换模块；所述开态单火线取电转换模块和关态单火线取电转换模块连接于开关主板上；所述开态单火线取电转换模块和关态单火线取电转换模块通过开关主板与电量存储模块连接；所述开态单火线取电转换模块在灯具开启状态下进行电量采集工作，并将所采集的电量存储到电量存储模块中，为***供电；所述关态单火线取电转换模块在灯具关闭状态下进行电量采集工作，并将所采集的电量存储到电量存储模块中，为***供电。

2.根据权利要求1所述的电源可调的开关型室温控制器，其特征在于所述开态单火线取电转换模块包括开态降压电路、开态整流电路、LDO稳压电路和电压检测电路；所述关态单火线取电转换模块包括关态整流电路、电流采样电路、高频变压器、输出整流电路、过流反馈电路、高频开关电路、电压反馈电路和开关控制电路；所述灯具开关模块分别与开态降压电路和关态整流电路连接；开态降压电路与开态整流电路连接，开态整流电路与LDO稳压电路连接，LDO稳压电路分别与输出整流电路、电量存储模块连接；所述电压检测电路分别与电量存储模块、LDO稳压电路和开关控制电路连接；所述关态整流电路与电流采样电路连接，电流采样电路分别与高频变压器和过流反馈电路连接，高频变压器分别与输出整流电路和高频开关电路连接，输出整流电路与电压反馈电路连接，所述开关控制电路分别与过流反馈电路、高频开关电路和电压反馈电路连接。

3.根据权利要求2所述的电源可调的开关型室温控制器，其特征在于所述开态降压电路用于在开态取电时将输入电压进行降压；所述开态整流电路 用于在开态取电时将低压交流电转换为直流电；所述LDO稳压电路用于将低压电进行二次降压，使电压降到后续电路正常工作的范围内后输送给电量存储模块；所述电压检测电路用于对电量存储模块所存储的电量电压进行测量。

4.根据权利要求2所述的电源可调的开关型室温控制器，其特征在于所述关态整流电路用于在关态取电时将交流市电转换为直流电；所述电流采样电路用于在关态取电时对取电电流进行实时检测；所述高频变压器用于在关态取电时将电能转化为磁能，再由磁能转换为电能；所述输出整流电路用于将高频变压器转移过来的交流电能进行整流滤波使其转换为直流电；所述过流反馈电路用于在关态取电时对电流采样电路测量得到的取电电流进行判断，确保关态取电时导致灯具不会点亮；所述高频开关电路用于产生高频开关操作，控制流过高频变压器的电流进行开启和关断操作；所述电压反馈电路用于测量输出整流电路所产生的电压值，将测量得到的电压值信号反馈给开关控制电路；所述开关控制电路用于产生高频开关频率及占空比信号，从而控制高频开关电路进行开通和关断，以实现高频变压器的储能和电能转移操作；开关控制电路接收到过流反馈电路和电压反馈电路的反馈信息，对频率和占空比进行调节以适应电路需求。

5.根据权利要求1所述的电源可调的开关型室温控制器，其特征在于所述温控主板的供电电压可自动控制在3.3V-3.6V的范围内。

6.根据权利要求1所述的电源可调的开关型室温控制器，其特征在于所述MCU芯片的型号为MSP系列、51系列、PIC系列、AVR系列或Cortex系列。