专利名称：智能弱电开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子技术领域中的电气开关，是一种无触点电气开关，具体地说，是一种智能弱电控制的无触点强电开关。
本实用新型的技术解决方案是一种智能弱电开关，其特征是有开关面板，开关面板后装有面板开关控制电路，面板开关控制电路与强电开关电路相连接，另有低压直流供电电路与上述电路相连接。本实用新型中所述的面板开关控制电路采用微处理单片机控制电路，微处理单片机控制电路的输入连接有按键开关，微处理单片机控制电路的输出与强电开关电路相连接。强电开关电路采用带光电隔离的双向可控硅电子开关电路。微处理单片机控制电路的输入还连接有遥控开关信号接收电路，与遥控开关接收电路相对应的有一个遥控开关信号发射器。微处理单片机控制电路接有LED开关按键状态显示器件，并分别连接对应的开关按键。微处理单片机控制电路的输出开关控制信号，经光电耦合器件接双向可控硅的控制极，双向可控硅连接在负载与强电之间。控制及开关电路采用普通一或二、三按键控制电路或定时五或六按键控制电路、或遥控零至六按键控制电路。开关面板采用薄膜大按键形开关面板。
本实用新型的有益效果为220伏交流强电不进入开关面板，可为人身触电安全和火灾消防安全提供强有力的保证。开关面板按键采用薄膜超大型键盘按键式设计，按动一次为开，再按动一次为关。各按键内的LED指示灯用以指示该按键所对应开关的开或关的状态，开关面板可使用各种颜色以配合装饰环境的格调，美观大方、使用方便、可靠、寿命长。采用统一配电箱，将强电进、出户线、保险熔丝、触保开关、强电无触点开关、微处理单片机控制电路的工作电源等集中在统一配电箱内，使强电与弱电控制的开关面板彻底隔开、可规范装璜电源线路的设计、布线及安装，既安全、又便于检修和维护。室内开关面板内的控制线均采用直径为0.4毫米的电话线与带光电隔离的强电无触点开关相连接，其最大电压仅为直流5伏、最大电流仅为直流10毫安，对无电气知识的人无任何潜在的危害，并可节省大量开关连接的电力铜线。强电开关无触点、无火花、不产生电磁干扰；无开关触点、无接触电阻、压降低、功耗小、温升小、不产生火灾隐患；使用安全、可靠，是低压照明及用电器具理想廉价的防爆安全开关。对于无开关的用电器具如电熨斗、电水壶等，可在插座开关断开，插座内无电的情况下进行插、拔，既可防止插拔瞬间的拉弧，又阻止了接插件的电烧烛现象，从而可大大地延长插头、插座的使用寿命，并达到安全的目的。强电无触点开关电路采用过零触发技术，使开关始终处在零电压处接通，可使用电器具避免开关接通瞬间的浪涌电压、电流的冲击，特别是普通白炽灯泡，从而可大大地延长用电器具的使用寿命。可使多个开关控制一个用电器具(灯具等)或一个开关控制多个用电器具(灯具等)变得极其简单方便，且改变控制即使在不切断电源的情况下亦可随时随地、随心所欲。通过开关面板下方的定时功能设定键，可随时随地随心所欲地预先设置任一开关的接通(定时开)或关闭(定时关)的时间，且设置和解除均十分方便；对于电风扇的定时、阵风、无级变速等的控制，仅不过是稍增加点软件即可达到理想的目的。是“智能公寓”强电管理最理想的接口硬件。可广泛应用于各类室内外低压照明电路及各用电器具的“开”、“关”控制和“定时开”、“定时关”的控制。开关的控制方式可轻触按键控制、键设定智能定时延时控制、手持遥控器控制、计算机控制及远程计算机网络控制和群控。特别适用于户外的广告灯、霓虹灯、夜景灯及音乐喷泉的程控和群控；“智能公寓”强电管理控制；智能交通红绿信号灯的控制；网络控制及群控等。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明
该智能弱电开关面板可分普通型一至三按键、定时型五至六按键、和遥控型、程控型四大类型；根据双向交流电子开关允许通过的最大电流又可分为下表所示的各种规格序 最大电流(A) 最大功率(W) (匹) 可用的用电器具类型1 0.6 120 0.2100W以内的照明灯具2 0.8 150 0.3150W以内的照明灯具3 1200 0.35 电视、音响插座4 2400 0.7400W以内的家用电器5 5 1000 1.51.5匹窗式空调、插座6 6 13002 窗式空调、洗衣机、插座7 8 1700 2.52.5匹空调、洗衣机、插座8 10 2000 3.52000W以内的插座9 12 26004 2600W以内的插座1015 30005 3000W以内的插座1120 40007 4000W以内的插座1235 7500 12 7500W以内的插座根据插座开关的数量，还有三、五、八键异型开关面板等。工作原理及过程本实用新型的智能弱电开关，其控制核心暂选用的是美国Microchip公司生产的8引脚PIC12C508、509型微处理单片机。为消防安全考虑，电路中的“电源部分”采用开关电源AC-DC变换器模块。
图1或图2电路中去掉安装在总配电箱内的“电源部分”和“强电部分”的两个强电无触点开关电路及负载。所剩部分如图3、图4、图5所示。
1、硬件安排以图5为例，微处理单片机IC41的时钟，由其内部RC的4MHz震荡电路产生；通过合理地资源分配，用仅有的六只引脚，由软件通过分时复用技术，控制六只按键的输入、三只LED开关状态指示发光二极管LED41～43显示器的输出、两个强电无触点电子开关控制信号的输出。应用其中三只引脚所具有的睡眠中“引脚电平变化唤醒”功能，连接四只开关控制按键K41、K42、K43、K44，图5中二极管D45的作用是利用二极管的单向性，配合软件使K3键通过K41而新增加的IC41的第四个引脚电平变化唤醒功能。这里的K41、K42为两个强电无触点开关的控制开关键，K43为其它面板开关中K41或K42的联动键，(这里假设K43已用一根电话线，通过暗敷管道与其中的K41或K42连接好了)；K44为“定时设定”功能键，其中K44又与R41、C42组成IC41的外部复位电路，K45为“定时开”功能键，K46为“定时关”功能键，及二次复用的K45-可连按累加的“时设定”键和K46-可连按累加的“分设定”键；LED03为电源指示显示器，置于开关面板的右上角；LED41、LED42和LED43分别对应于K41、K42、和K43，它们分别置于薄膜大型按键“K41”，“K42”和“K43”的中上方内，用于显示它们的开、关状态。
2、工作过程图5电路，在接通电源后的瞬间，IC41通过R41、C42上电复位，经初始化后进入工作状态。此时电源指示显示器LED03受电源的控制而点亮，显示开关处于电源接通工作状态下。当IC41检测到是第一次上电使用或停电后又来电后的上电复位时，IC41经初始化后，置所有的开关输出为关状态，同时清除所有的工作状态标志。IC41在检测到是复位或被引脚电平变化唤醒后以每秒四次的方式查询各开关状态，五秒钟内无任何键按下，IC41即自动进入低功耗睡眠待命状态，此时K41、K42、K43-引脚电平变化唤醒键、K44--复位/功能设定键；四个键中的任何键均可唤醒IC41进入工作状态，且IC41均能通过其内部的状态位、查询位等而判断出是哪一个键被按下，通过内部滤波程序对电网尖脉冲和干扰信号的过滤和处理，找出真正的键信号来。
这里假设K41键已被按下，瞬间即将IC41唤醒，IC41在判断出是K41键时，在检测到1#开关目前处于“关状态”时，立即使LED41亮显示，同时使1#输出，驱动控制该路强电无触点开关接通，使其处于“开状态”，强电通过无触点开关流过与该开关连接的用电器具，使其通电工作。相反，若IC41在判断出是K41键并检测到1#开关目前处于“开状态”时，则立即使LED41灭显示，同时使1#输出，驱动控制该路强电无触点开关关闭，使其处于“关状态”，使该开关连接的用电器具通过无触点开关与强电断开，使其断电休息。
K42键的工作过程同上，略。
若IC41查询到是K43键被按下，并检测到该开关目前处在“关状态”时，则仅置位LED43亮显示，该信号经所连接的线路(一根电话线)直送异地的另一个IC41的K41或K42使其查询到、或唤醒其进入工作状态，进而让其完成以上K41所述及的全部工作。相反，则置LED43灭显示。此即是本地开关控制异地用电器具“开”或“关”的过程。
K45、K46键仅在K44键按动后的5秒钟内按动它们时才起作用，其它任何时间按动均无效，且不起任何作用。K44、K45、K46三小键组成“定时设定”功能键。改变软件后，这些功能键还可用于电风扇的定时、(模拟自然)阵风、无级变速控制等功能。
任一开关关闭时，IC41均要检测各开关状态，当IC1检测到1#、2#及K43键所连接的异地开关均处在关闭状态时，则立即自动进入低功耗睡眠待命状态。直到本地或有线与K41或K42相连的异地的开关面板有键按下唤醒时为止。
图2为一典型的遥控型电路电原理图，其红外线接收电路部分的IC13、R14、R15、C16等元器件可直接接入
图1或图3、图4、图5中任一控制电路内，但该接入点必须同时具备唤醒(中断)和通讯功能，本控制器原理图中的接入点为“C”点，至于连不连接联控按键开关等元器件则无关紧要，只要联动键和遥控器不在同一时间内使用即可，它们只不过是控制信号并入而已，所不同的是，联控按键开关是查询输入，而红外线信号则是一组数据的通讯输入，须通过密码确认后才读入数据，再将该数据处理转换成相应的功能设定，最后输出开关控制信号。
由于开关面板的面积有限，不能安置太多的按钮，以及成本等因素，故面板上设置六键控制，作为家用开关面板已足已。而增加了遥控功能后，不但使用变得更加舒适方便，(一遥控器在手，在红外线方向性的特性下可遥控自家所有密码相同的遥控开关)并且，控制功能还可大大增加。
图6为六按键遥控信号发射电路电原理图，其按键位置与使用方式与面板开关相一致，仅不过是缩小成为掌上的手持遥控器而已。图中LED51为微处理器接受按键压下确认用的指示器(亦可用压电蜂鸣器代之)、LED52为红外线发射管TSAL6200。
图7为带遥控接收的六按键定时型面板控制电路电原理图。
若将所有开关面板内的“C”点引出，接至一具有通讯接口的微处理单片机内，则它们就具有了接受计算机、网络信号的控制能力，但必须具有符合16位的密码密钥，信号才能进入。
3、安装大按键形面板、面板电路、微处理单片机控制电路组成一体，为一开关控制主体，称为新86普通型或新86定时型或新86遥控型开关面板，配合86型标准开关盒，半暗敷安装于室内手可触及的各需要安装之处，统一配电箱安装于室外或室内通风处(亦可暗敷于墙内)，其内安装强电电源进、出户线、触保总开关、保险熔丝、低压直流供电电路、强电无触点开关电路(多个强电无触点开关电路，每一个强电无触点开关电路对应于一个用电器具或电源插座)等。强电电源进户线的火线(相线)经触保总开关、保险熔丝后，直接连接于各强电无触点开关电路电子开关的一端，强电无触点开关电路的另一端和地线(零线)、保护接地线经最高暗敷管道直送各室各用电器具并直接连接。
配电箱内的低压直流供电电路为一交、直流(AC--DC)电源变换器，其输出电压、电流为5伏、1安培(输出电流根据开关数量而定)，采用两根颜色可区别的Ф0.1x22多股“灯头线”沿低位暗敷管道分送各面板开关盒内，以提供各微单片机的工作电源、电源指示器和开关指示显示器的电源。
各面板开关盒内的开关控制信号线采用多股Ф0.1x7或Ф0.4的单股电话线，沿低位暗敷管道集中送至统一配电箱内各强电无触点开关电路开关板的光电隔离输入端，分别经光电隔离后，驱动控制它们的“开”、“关”动作，从而实现弱电控制强电之目的。
若想多个开关控制一个用电器具，仅需在面板开关盒内用一根电话线将它们的开关信号输入线逐一串并即可；若想一个开关控制多个用电器具，仅需在统一配电箱内将多个强电无触点开关电路的控制输入端“并接”再经开关信号放大器接任一开关信号输出线即可。显然，联控十分方便。
附图中元器件说明图中包括集成电路IC1(7805L)、IC2(12C508或509)、IC11(7805L)、IC12(12C508或509)、IC13(TSOP1840)、IC21(12C508或509)、IC31(12C508或509)、IC41(12C508或509)、IC51(12C508或509)、IC61(12C508或509)、IC62(TSOP1840)、光耦驱动器(MOC3081)、双向可控硅(TRUC2)、二极管D1～D4、D11～D14、D5、D15、D35、D45、D55、D65、发光二极管LED、LED01、LED02、LED03、LED06、LED1、LED2、LED11、LED12、LED21、LED22、LED31、LED32、LED33、LED41、LED42、LED43、LED44、LED61、LED62、LED63、红外线发射二极管TSAL6200、变压器T1、T2、按键开关K1、K2、K3、K1 1、K12、K21、K22、K31、K32、K33、K41、K42、K43、K44、K45、K46、K51、K52、K53、K54、K55、K56、K61、K62、K63、K64、K65、K66、电容C1、C2、C3、C4、C5、1C1、1C2、2C1、2C2、C11、C12、C13、C14、C15、1C11、1C12、2C11、2C 12、C21、C22、C31、C32、C41、C42、C51、C52、C61、C62、电阻R01、R02、R03、R06、R1、R2R3、R4、R5、R6、1R1、1R2、1R3、2R1、2R2、2R3、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、1R11、1R12、1R13、2R11、2R12、2R13、R21、R22、R23、R24、R25、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R40、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48、R49、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、R60、R61、R62、R63、R64、R65、R66、R67、R68、R69、R71、电池E等。图中的1#、2#均连接至各自的强电无触点开关的控制输入端。3#为本控制器的“C”点，作为联动开关的信号输出端和外部通讯数据的输入端的复用端。2-1、2-2为异地其它面板开关联动开关信号的输入端。
权利要求1.一种智能弱电开关，其特征是有开关面板，开关面板后装有面板开关控制电路，面板开关控制电路与强电开关电路相连接，另有低压直流供电电路与上述电路相连接。
2.根据权利要求1所述的智能弱电开关，其特征是面板开关控制电路采用微处理单片机控制电路，微处理单片机控制电路的输入连接有按键开关，微处理单片机控制电路的输出与强电开关电路相连接。
3.根据权利要求2所述的智能弱电开关，其特征是强电开关电路采用带光电隔离的双向可控硅电子开关电路。
4.根据权利要求1或2、3所述的智能弱电开关，其特征是微处理单片机控制电路的输入还连接有遥控开关信号接收电路，与遥控开关接收电路相对应的有一个遥控开关信号发射器。
5.根据权利要求2或3所述的智能弱电开关，其特征是微处理单片机控制电路接有LED开关按键状态显示器件。
6.根据权利要求5所述的智能弱电开关，其特征是微处理单片机控制电路的输出开关控制信号，经光电耦合器件接双向可控硅的控制极，双向可控硅连接在负载与强电之间。
7.根据权利要求1或2、3所述的智能弱电开关，其特征是控制及开关电路采用普通一或二、三按键控制电路或定时五或六按键控制电路、或遥控零至六按键控制电路。
8.根据权利要求1或2、3所述的智能弱电开关，其特征是开关面板采用薄膜大按键形开关面板。
专利摘要本实用新型公开了一种智能弱电开关，其特征是有开关面板，开关面板后装有面板开关控制电路，面板开关控制电路与强电开关电路相连接，另有低压直流供电电路与上述电路相连接。其有益效果为220伏交流强电不进入开关面板，可为人身触电安全和火灾消防安全提供强有力的保证；结构新颖、使用方便、寿命长、便于检修和维护；强电开关电路无开关触点、无电磁干扰、无接触电阻、压降低、功耗小、温升小、不产生火灾隐患，可大大地延长插头、插座及用电器具的使用寿命；联动控制方便、安全可靠、应用广泛；控制方式可轻触按键控制、键设定智能定时延时控制、手持遥控器控制、计算机控制及计算机远程网络控制和群控。
文档编号H03K17/79GK2575900SQ02264509
公开日2003年9月24日 申请日期2002年9月18日 优先权日2002年9月18日
发明者李坤 申请人:李坤