CN207133615U - 一种智能开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能开关，包括：单火线取电装置、储能装置、控制单元、一个或多个按键开关、无线通讯模块和开关控制器。其中，控制单元包含按键计时器和信息处理器，按键计时器用于对按键的时长进行计时，将计时数据提供给信息处理器，根据按下按键开关时间的长短不同，可以执行不同的控制动作。由于按键计时器的加入，使按键开关的控制更加丰富多样，仅通过对同一个按键开关的操作，就能实现不同的控制功能，简化了智能控制器件，改善了用户体验。

Description

一种智能开关

技术领域

本申请属于智能家居技术领域，涉及一种智能开关，尤其涉及一种能够替代传统开关的新型智能开关。

背景技术

传统86型开关是机械开关，靠机械开关的开合控制电路的通断，从而开启或关闭用电设备。这种机械开关的缺点是容易产生电火花，有安全隐患；开合时有吧嗒声，产生噪音；功能单一且必须人工操作，使用有较大的局限性。

随着信息技术和网络技术的高速发展以及人们居住理念的变化与提升，家居智能化和家电网络化逐渐成为热门话题。智能家居是指将各种信息设备和住宅设备通过网络连接起来，从而构筑舒适、安全、方便的信息化居住空间，满足人们在家中生活、工作、娱乐和交流的需要，提供安防、社区管理和人们外出时了解家居状况的手段。随着智能家居的快速发展，越来越多的家庭愿意使用或尝试智能家居产品，但随之而来的问题就是，智能家居产品通常都有随时被远程唤醒的需求，在电路控制和信号接收方面均有特殊的需求，也同时产生了一些现实的问题。

典型地，如果要保证智能家居产品一直处于可被随时唤醒的待机状态，传统的做法是保持该产品一直带电，这显然存在用电方面的安全隐患。为保证智能家居产品断电后可唤醒，现有技术中出现了智能开关，由智能开关保持待机来接收信号，控制智能家居产品电路的通断，来间接实现智能家居产品的唤醒和关机。

如图1所示的现有智能开关电路原理图，其通过一个入户电源的火线进L接入，通过一个取电模块为智能家居的核心处理***以及通信模块等供电，而执行单元主要是一个开关(图中火线出L1)，直接连接火线，实现负载的供电。其中，执行单元为开关控制电路或开关控制器电路，选用电子开关、继电器、可控硅等方式，用于智能家居供电负载的开关控制，如室内照明、电动窗帘等。而智能家居的核心处理***用于执行单元的控制、检测，以及通信模块的通信、协议处理等，为中央控制部分。

但现有技术中的智能开关仍存在着一些明显缺陷：智能开关仍需要接收信号以执行控制功能，其通信模块在收发信号时需要用电，而智能开关是和用电设备单火线串联后接入电网的，在保持用电设备关闭时对智能开关的通信模块供电是个难点。典型地，串联情况下智能开关和用电设备的电路通断是一致的，如果接通电路取电显然会形成对用电设备的供电，如果不接通电路又会影响智能开关的信号收发和控制。现有技术中进一步出现了通过附加供电单元(比如电池或额外的供电回路等)来实现的智能开关，但这一方面影响开关体积、成本和寿命；另一方面使用体验也不佳，开关按键只能起到开关作用，不能满足智能化更多应用。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种能够替代传统开关的新型智能开关。

所述智能开关包括：单火线取电装置、储能装置、控制单元、一个或多个按键开关、无线通讯模块和开关控制器；其中，

单火线取电装置，输入端与火线相连，输出端与储能装置相连；

储能装置，存储单火线取电装置提取的小电流并存储，储能装置的输出端连接控制单元；

控制单元，分别与所述按键开关、储能装置、无线通讯模块和开关控制器相连；所述控制单元，包含按键计时器，对按键的时长进行计时，控制单元根据按下按键开关的不同时长产生对应的开关控制信号。

可选地，所述控制单元还包括信息处理器，接收并处理按键计时器发送的数据。

可选地，所述信息处理器还接收和处理无线通讯模块传送来的数据，并向无线通讯模块发送数据；以及控制开关控制器执行相应动作。

可选地，所述一个或多个按键开关为机械式开关或触摸式开关，或者是二者的组合。

可选地，所述无线通讯模块，与所述控制单元双向通讯连接，接收远程控制指令和对外发送无线数据。

可选地，所述无线通讯模块根据控制单元的不同命令，对外发送特定的数据信息，或者进入组网模式；无线通讯模块工作时，控制单元控制储能装置对无线通讯模块供电。

可选地，所述开关控制器，输入端与单火线连接，输出端接相应负载，控制端与控制单元相连，用于接收控制单元发送的控制信号。

可选地，所述开关控制器包括单路或多路输出开关。

可选地，所述单路或多路输出开关为单路或多路的继电器或可控硅，根据控制信号执行开关动作。

可选地，所述控制单元根据按下按键开关的不同时长，进行不同的控制，至少包括：

控制单元根据按下按键开关的第一时长，向开关控制器发送控制信号，控制单路或多路输出开关打开或关闭；

控制单元根据按下按键开关的第二时长，控制无线通讯模块向外发送特定数据信息；

控制单元根据按下按键开关的第三时长，控制无线通讯模块进入组网模式。

当无线通讯模块向外发送特定数据信息或进入组网模式时，控制单元根据实际情况，控制储能装置向无线通讯模块进行供电，以满足无线通讯模块正常工作时的电流需求。

可选地，所述无线通讯模块向外发送特定数据信息的对象包括：中控主机、其他智能化开关或用电器中的至少一个。

可选地，所述智能开关还能通过无线通讯模块接收来自外部的控制信号而被无线遥控；其中，无线遥控是由其他设备发送控制信号给智能开关，控制单元中的信息处理器对接收到的信号进行处理和解析，控制开关控制器打开或者关闭某一路开关、或者全开或全关。

可选地，所述储能装置在无线通讯模块收发信号时提供电流，在无线通讯模块待机时通过单火线取电装置储能。

可选地，所述储能装置的储能元件为法拉电容或可充电电池。

可选地，所述开关控制器为一路火线输入，三路可控输出。

可选地，所述无线通讯模块为Z-Wave、Zig-Bee、蓝牙或Batell无线通讯模块。

可选地，所述智能开关通过无线通讯模块发送信息，控制其他智能设备产生联动。

本实用新型能够直接替换原有开关，在单火线情况下即可工作。智能开关具有多种被控方式，一方面通过按键开关可以控制，另外也可以通过无线通讯模块接收来自外部的控制信号进行无线控制；智能开关上的按键开关被按下后计时器会进行计时，根据按下时间的长短不同，可以执行不同的控制动作。安装了储能装置，当无线模块不工作时将多余的电力存储，工作时放电满足电力需求。无线通讯模块待机时，单火线取电供电可以满足，富裕的电流可以充入储能装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例。

图1为现有技术中的漏电式单火线开关电路原理图；

图2为依照本申请实施例的智能开关的一种示例的结构示意图。

具体实施方式

为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

此外，在本申请各实施例中，电路或器件的连接或相连，在不违反本领域公知常识的前提下，既包括直接连接，也包括通过常规手段实现的间接连接，这些常规手段包括但不限于出于保持信号、电压和/或电流稳定，阻抗匹配，电磁兼容性等常规电路问题考虑所采增加的过渡连接器件或模块；既包括有线连接，也包括现有技术常规方式中的无线连接(例如检测或控制信号的传输连接，一些小功率无线设备的充电等等)；既包括线路连接，也包括可行的集成电路内部连接。

本申请各实施例中，“多个”或“多路”如无特殊说明，其数量中均包含两个的情况。

智能开关欲取代传统开关并实现家居产品的智能控制，需要在开关本身用电和家居产品供电之间进行平衡控制。在采用传统的单火线取电方式时，开关本身用电电流会对开关控制的用电设备造成影响，最典型地，单火线取电时开关和用电设备串联电流大小是一样的，若电流小会导致智能开关电路不能工作，电流过大又会导致用电设备会有间歇性的启停，对功耗和用电设备的寿命均会造成较大的影响。因而，单线制智能开关的供电电源设计需要重点考虑两个问题：一方面尽可能的降低待机功耗，减小待机电流，避免出现灯关后闪烁或者微亮；另一方面是单火线的取电问题，提供足够的输出电流给电子开关控制电路。由于单火线取电的电流必须很小，为智能部件或模块供电时、例如在无线通讯模块工作时会出现供电不足的问题，不能满足大功率的智能模块工作。并且智能开关工作时取电是通过开关断开时的两端压差来取电的，当开关闭合时就没有了压差无法取电，这样就会导致控制电路开时失电失控问题。

本申请实施例首先通过储能设备来获取开关通讯时需要的电能，保证开关在单火线取电时的可用性；其次通过降低通讯模块待机和通讯时需要的电流大小，降低开关使用时的负面影响；最后，还通过多种控制逻辑实现了更为复杂的开关操作。

图2为依照本申请实施例的智能开关的一种示例的结构示意图，所述智能开关包括：单火线取电装置、储能装置、控制单元、一个或多个按键开关、无线通讯模块和开关控制器。其中，

单火线取电装置，其输入端与火线相连，用于从火线中提取电能，所述单火线取电装置的输出端与储能装置的输入端相连；

储能装置，其输入端与单火线取电装置的输出端相连，把单火线取电装置平时小电流取出来的电存储起来，用于在通讯的时候大电流放电，满足通讯需求，或者在无法取电时，用于供智能开关其他元件工作时的供电；储能装置的输出端连接控制单元；

控制单元，分别与一个或多个按键开关、储能装置、无线通讯模块和开关控制器相连；接收按键开关的输入信号，与无线通讯模块为双向通讯连接，接收储能单元提供的电能用于无线通讯模块的信号发送；控制单元的一个输出端与开关控制器相连，用于控制相应开关的接通和关断。所述控制单元包含按键计时器和信息处理器，按键计时器用于对按键的时长进行计时，将计时数据提供给信息处理器，根据按下按键开关时间的长短不同，可以执行不同的控制动作；信息处理器，接收和处理按键计时器发送的数据，接收和处理无线通讯模块传送来的数据，并向无线通讯模块发送数据，以及控制开关控制器执行相应动作；

一个或多个按键开关，与控制单元连接，用于实现开关操作，按键开关优选是机械式的或触摸式的，也可以是感应式的，或者是几种开关的组合；

无线通讯模块，与所述控制单元双向通讯连接，用于接收远程控制指令和发送无线数据；能够根据控制单元的命令，对外发送特定的数据信息，或者进入组网模式接收和发送无线信息；无线通讯模块收发信号时主要通过储能装置获取电流；

开关控制器，控制单路或多路输出开关，所述输出开关的执行元件为单路或多路的继电器或可控硅，根据控制信号执行相应动作；其输入端与单火线连接，输出端接相应负载，控制端与控制单元相连，用于接收控制单元发送的控制信号。

本实施例是一种能够替代传统开关的新型智能开关，其工作原理是，一根火线输入进来之后，接入单火线取电装置，单火线取电装置进行单火取电，所取电流一部分用于供应智能开关各部件维持待机状态或低电工作模式，富余的电流则对储能装置进行充电储能，以在通讯模块进入工作状态时提供所需电能。

具体工作过程如下：

在待机状态或低电工作模式下，单火线取电装置进行单火取电，一部分电流用于维持智能开关的待机或低电运行，另一部分电流对储能单元充电，直到充满。

当通过按键开关控制时，如当开关上的按键被按下或触摸后，计时器开始进行计时检测，根据按下或触摸时间的长短不同，控制单元执行不同的控制动作。例如，1.按下时间小于2秒，则控制单元向开关控制器发送控制信号，控制单路或多路输出开关打开或关闭；2.当计时器检测到按下时间大于等于2秒小于8秒时，则表明用户有特定操作，控制单元通过无线通讯模块向外发送特定数据信息；3.当计时器检测到按下时间大于等于8秒时，则控制无线通讯模块进入组网模式。当无线通讯模块执行上述2或3操作时，控制单元根据实际情况，控制储能装置向无线通讯模块进行供电，以满足无线通讯模块正常工作时的电流需求。

无线通讯模块的信息收发模式及内容可以在出厂前设定，比如按下时间大于等于2秒小于8秒时发送的特定数据信息可以为：

(1)发送给中控主机，告诉中控主机这个按键被长按了，具体这个按键被长按后做什么，是由用户自己设定的；(2)发送给另外一个开关，去触发另外一个开关；(3)发送给一个电器，控制那个电器的工作状态。当然，无线通讯模块的信息收发模式及内容除了可以在出厂前设定，也可以在出厂后，利用一定的设备和/或器件进行设定、修改和重新设置。

所述智能开关具有多种被控方式，除了上文描述的通过按键开关控制，还可以通过无线通讯模块接收来自外部的控制信号进行无线遥控；其中，无线遥控是由其他设备发送无线信号给智能开关，开关中的无线通讯模块收到信号后，将信号发送给控制单元，控制单元中的信息处理器对接收到的信号进行处理和解析，根据信号中的指令，来控制开关控制器执行相应动作，比如打开某一路开关、或者关闭某一路开关、或者是全开或全关等。

由于单火线取电的电流很小，在无线通讯模块工作时会供电不足，因此本实用新型在单火线取电模块与无线通讯模块中间增加了储能装置，当无线模块不工作时储能装置将多余的电力存储，工作时储能装置放电以满足电力需求。其中，储能装置主要在无线通讯模块收发信号时提供电流，无线通讯模块待机时功耗很低，单火线取电供电可以满足，富裕的电流可以充入储能装置。

所述储能装置的核心元件为一个法拉电容，用于把平时小电流取出来的电存储起来，然后在通讯的时候大电流放电，满足通讯需求。

可选地，所述储能装置也可以采用锂电池或其他可充电储能元件。

本实用新型的智能开关，能够直接替换原有开关，在单火线情况下即可工作。可以输出一路或多路火线，能够控制每一路的输出通断(图2中是一路输入，三路输出)。

所述单火线取电装置，包括能够满足本实用新型工作要求的本领域常规单火线取电电路及其变化和变型。一种可行的单火线取电电路包括：电压控制电路、整流滤波电路与供电电路；所述电压控制电路包括电压反馈电路和电流控制电路；所述整流滤波电路包括连接于火线进线端的整流滤波器；电压控制电路通过整流滤波电路整流、滤波并给供电电路供电。供电电路对储能装置充电和/或用于维持智能开关的待机或低电运行。所述单火线取电电路仅仅是一种可行的实施方式，在不影响其取电功能的前提下，本领域技术人员可以根据负载的工作要求和智能开关其他电路元器件的功能性能，对该单火线取电电路增加或减少部分功能电路或器件，以达到优化性能或节约成本的效果或目的。

所述无线通讯模块可以是Z-Wave、Zig-Bee、蓝牙、Batell等无线射频通讯模块，或激光、红外等无线光通讯模块。

所述智能开关还可以进行联动控制，即当控制单元检测到电流变化时，通讯模块发送信息，控制其他智能设备产生联动效果。比如通过智能开关使与其连接的投影仪打开，当检测到投影仪的工作电流后，控制单元通过无线通讯模块发送信息，控制其他开关自动打开幕布。

所述智能开关连接和/或控制的负载，包括但不限于电灯、电动窗帘、空调、冰箱、洗衣机、电视、机顶盒等。

此外，在待机时，控制单元可设置一个休眠时间，在此期间仅消耗微安级的电流。需要说明的是，为了能够及时响应请求，无线通讯模块并不休眠，而是一直保持工作状态，当无线通讯模块收到数据时，会唤醒控制单元工作。这样可以确保无线通讯模块实时接收数据并马上唤醒控制单元，但是，在这种情况下，无线模块需要持续耗电，单火线取电一直都在工作，一直都有漏电流。由于选用耗电量很低的无线通讯模块(如Batell模块)，待机过程漏电流很小，所以有效避免了安全隐患及负载闪烁不良现象。

由于按键计时器的加入，使按键开关的控制更加丰富多样，仅通过对同一个按键开关的操作，就能实现不同的控制功能，简化了智能控制器件，改善了用户体验。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (17)

1.一种智能开关，其特征在于，所述智能开关包括：单火线取电装置、储能装置、控制单元、一个或多个按键开关、无线通讯模块和开关控制器；其中，

单火线取电装置，输入端与火线相连，输出端与储能装置相连；

储能装置，存储单火线取电装置提取的小电流并存储，储能装置的输出端连接控制单元；

控制单元，分别与所述按键开关、储能装置、无线通讯模块和开关控制器相连；所述控制单元，包含按键计时器，对按键的时长进行计时，控制单元根据按下按键开关的不同时长产生对应的开关控制信号。

2.如权利要求1所述的智能开关，其特征在于，所述控制单元还包括信息处理器，接收并处理按键计时器发送的数据。

3.如权利要求2所述的智能开关，其特征在于，所述信息处理器还接收和处理无线通讯模块传送来的数据，并向无线通讯模块发送数据；以及控制开关控制器执行相应动作。

4.如权利要求2或3所述的智能开关，其特征在于，所述一个或多个按键开关为机械式开关或触摸式开关，或者是二者的组合。

5.如权利要求1-3任一项所述的智能开关，其特征在于，所述无线通讯模块，与所述控制单元双向通讯连接，接收远程控制指令和对外发送无线数据。

6.如权利要求5所述的智能开关，其特征在于，所述无线通讯模块根据控制单元的不同命令，对外发送特定的数据信息，或者进入组网模式；无线通讯模块工作时，控制单元控制储能装置对无线通讯模块供电。

7.如权利要求1-3任一项所述的智能开关，其特征在于，所述开关控制器，输入端与单火线连接，输出端接相应负载，控制端与控制单元相连，用于接收控制单元发送的控制信号。

8.如权利要求7所述的智能开关，其特征在于，所述开关控制器包括单路或多路输出开关。

9.如权利要求8所述的智能开关，其特征在于，所述单路或多路输出开关为单路或多路的继电器或可控硅，根据控制信号执行开关动作。

10.如权利要求1所述的智能开关，其特征在于，所述控制单元根据按下按键开关的不同时长，进行不同的控制，至少包括：

控制单元根据按下按键开关的第一时长，向开关控制器发送控制信号，控制单路或多路输出开关打开或关闭；

控制单元根据按下按键开关的第二时长，控制无线通讯模块向外发送特定数据信息；

控制单元根据按下按键开关的第三时长，控制无线通讯模块进入组网模式；

当无线通讯模块向外发送特定数据信息或进入组网模式时，控制单元根据实际情况，控制储能装置向无线通讯模块进行供电，以满足无线通讯模块正常工作时的电流需求。

11.如权利要求10所述的智能开关，其特征在于，所述无线通讯模块向外发送特定数据信息的对象包括：中控主机、其他智能化开关或用电器中的至少一个。

12.如权利要求1或2所述的智能开关，其特征在于，所述智能开关还能通过无线通讯模块接收来自外部的控制信号而被无线遥控；其中，无线遥控是由其他设备发送控制信号给智能开关，控制单元中的信息处理器对接收到的信号进行处理和解析，控制开关控制器打开或者关闭某一路开关、或者全开或全关。

13.如权利要求1-3任一项所述的智能开关，其特征在于，所述储能装置在无线通讯模块收发信号时提供电流，在无线通讯模块待机时通过单火线取电装置储能。

14.如权利要求13所述的智能开关，其特征在于，所述储能装置的储能元件为法拉电容或可充电电池。

15.如权利要求14所述的智能开关，其特征在于，所述开关控制器为一路火线输入，多路可控输出。

16.如权利要求12所述的智能开关，其特征在于，所述无线通讯模块为Z-Wave、Zig-Bee、蓝牙或Batell无线通讯模块。

17.如权利要求1-3任一项所述的智能开关，其特征在于，所述智能开关通过无线通讯模块发送信息，控制其他智能设备产生联动。